玻璃纤维沥青碎石封层在公路养护中的应用研究
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作者:黄崇仁
摘要：为研究玻璃纤维碎石封层在公路养护中的应用效果，文章通过对比试验确定了加铺层沥青混合料的最佳纤维用量和油石比，并针对养护前后路面的抗滑性能、抗裂性能、防水性能及平整度进行了对比分析。结果表明：采用玻璃纤维沥青碎石封哟χ魏螅路面渗透系数最大未超过30 mL/min，最大挠度降至5 mm，最大弯拉应变、构造深度及摩擦系数分别提升了16.5%、38.3%和30%，路面各项性能得到显著改善，说明玻璃纤维碎石封层在公路养护工程中具有优良的应用价值。
关键词：公路养护；纤维沥青碎石封层；抗裂性能；抗滑性能
中图分类号：U418.6-A-28-085-3
0 引言
近年来，随着我国公路交通流量和重载车辆的增大，部分公路在投入运营不久后便出现轻微坑槽、裂缝及车辙等早期病害，若不及时进行处治，严重时将会对路面结构造成影响［1-2］。而纤维碎石封层技术作为一种新型路面封层技术，已在我国公路养护工程中得到广泛应用［3］。因此，深入研究纤维碎石封层技术对于提升公路质量具有重要意义［4］。
目前，国内外学者关于纤维沥青碎石封层技术在公路工程中的应用展开了大量研究，如韩博等［5］选定5种预防性养护技术，从路面性能提升、费用效益、施工和环境等4个方面对预防性养护技术进行综合比选，为路面养护质量保证提供了数据支撑和技术比选体系。张静［6］提出了改性乳化沥青纤维同步碎石封层养护工艺，认为改性乳化沥青纤维同步碎石封层工艺处理后的路面具有较好的防水、防滑性能，在沥青路面预防性养护中具有推广价值。王金华等［7］结合国内的实际现状，对纤维沥青碎石封层这一技术的特点、配合比设计、工艺流程等方面进行了详细研究，认为该技术具有良好的发展应用前景。王素兰［8］建立了路用性能评价体系，阐述了同步加纤维碎石下封层施工工艺和质量控制要点，并分析了同步加纤维碎石下封层试验段的路用性能。为进一步提升纤维沥青碎石封层技术的施工质量，以及扩大纤维沥青碎石封层技术在公路工程中的应用范围，本文以某公路养护工程为研究对象，针对玻璃纤维沥青碎石封层技术处治公路早期病害实际效果进行对比分析，证明了该技术可有效恢复公路使用品质，延长公路使用寿命。
1 工程概况
某公路养护工程起止桩号为K362+200～K394+500，项目全长32.3 km，公路等级为二级公路，设计速度为40 km/h，路基设计宽度为10.5 m，路面面层结构为6 cmAC-13沥青混凝土+4 cmAC-20改性沥青混凝土+8 cmAC-25沥青混凝土+20 cm水泥稳定基层+20 cm砂砾底基层。道路在运营3年后，经检测发现路面出现大量轻微裂缝、坑槽及车辙等早期病害，为保证道路的美观性和安全性能，研究决定采用玻璃纤维改性沥青碎石封层技术对路面病害进行修复，整体加铺厚度为6～8 mm。
2 施工原材料
（1）沥青：玻璃纤维碎石封层粘结剂选用流动性和粘结性较高的SBS改性沥青，其相关技术指标如表1所示。
（2）集料：选用规格为4～8 mm的玄武岩碎石，严格控制粉尘含量不超过0.075 mm比例，其相关技术指标如下页表2所示。
（3）纤维：沥青碎石封层采用长度为6 cm的玻璃纤维，其相关技术指标如表3所示。
3 配合比设计
3.1 级配设计
纤维沥青碎石封层加铺层沥青混合料级配选择AC-13级配，其最终目标级配如表4所示。
3.2 纤维用量及最佳油石比确定
为选择沥青混合料较优的纤维用量和确定最佳油石比，纤维用量分别选择40 g/m2、60 g/m2、80 g/m2及100 g/m2，油石比分别选择4.5%、4.7%、4.9%和5.1%，制备4种沥青混合料试件进行马歇尔试验，结果如表5所示。
根据表5可知，随着纤维用量的增加，AC-13沥青混合料的油石比、饱和度、稳定度、动稳定度和残留稳定度值均逐渐增大，空隙率和流值逐渐减小，说明纤维用量越大，沥青混合料的路用性能越好，其中纤维用量选择80 g/m2，油石比选择4.9%对于沥青混合料综合性能的改善效果相对显著。
4 养护效果分析
为分析玻璃纤维沥青碎石封层对道路病害的处治效果，选取桩号K365+200、K372+400、K382+600和K390+500共4个路段进行检测，每个路段横向布置5个测点，分别对养护前后4个路段的防水性能、抗裂性能、防滑性能及平整度进行对比分析。
4.1 防水性能
为检测养护路段的防水性能，分别计算养护前后各测点的渗水系数，得到各路段的渗水系数均值变化曲线如图1所示。
根据图1可知，养护路段采用玻璃纤维沥青碎石封层处理后，各测点的渗透系数均有所减小，说明玻璃纤维沥青碎石封层可有效改善路面防水性能。养护前检测路段渗水系数最大达到127 mL/min，路面防水能力较差，但养护后检测路段的渗透系数最大未超过30 mL/min，路面防水能力得到显著提升。主要原因是改性沥青可有效修复路面轻微裂缝，增强路面防渗水能力，而纤维的掺入可使沥青与碎石粘结性更高，有助于提升路面整体封闭性，由此说明玻璃纤维沥青碎石封层对于改善路面防水性能具有优良效果。
4.2 抗裂性能
为检测养护路段的抗裂性能，分别计算养护前后各检测点的弯拉应变值，得到各路段弯拉应变均值变化曲线如图2所示。
根据图2可知，养护路段采用玻璃纤维沥青碎石封层处理后，各测点的弯拉应变值均有所降低，说明玻璃纤维沥青碎石封层可有效改善路面抗裂性能。养护前检测路段的最大弯拉应变值为5 123 με，路面抗裂能力相对较差，但养护后检测路段的最大弯拉应变值增至5 970 με，路面抗裂能力得到显著提升。主要原因是纤维的掺入使得沥青与碎石的粘结更为牢固，增强了混合料的抗裂性，有助于提升加铺层整体结构强度，由此说明玻璃纤维沥青碎石封层对于改善路面抗裂性能具有优良效果。
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4.3 抗滑性能
为检测养护路段的抗滑性能，分别计算养护前后各检测点的构造深度和摩擦系数，得到各路段构造深度和摩擦系数均值变化曲线分别如图3、图4所示。
根据图3可知，养护路段采用玻璃纤维沥青碎石封层处理后，各测点的构造深度均有所提升，说明玻璃纤维沥青碎石封层可有效改善路面构造深度。养护前检测路段的最大构造深度为0.81 mm，路面构造深度相对偏低，不利于路面防滑，但养护后检测路段的最大构造深度增至1.12 mm，路面构造深度提升了近38.3%，路面防滑能力明显增强。主要原因是构造深度的增大，增大了沥青路面与轮胎间的摩擦阻力，从而提升了路面的抗滑性能。
根据图4可知，养护路段采用玻璃纤维沥青碎石封层处理后，各测点的摩擦系数均有所提升，说明玻璃纤维沥青碎石封层可有效改善路面摩擦系数。养护前检测路段的最大摩擦系数为61，路面摩擦系数相对偏低，不利于路面防滑，但养护后检测路段的最大摩擦系数增至75，路面摩擦系数提升了近30%，路面防滑能力明显增强。主要原因是新纤维沥青混合料具有良好的棱角性，使路面可形成粗糙纹理，从而增强了路面的摩擦力。综合来看，玻璃纤维沥青碎石封层对于改善路面抗滑性能效果显著。
4.4 平整性
为检测养护路段的平整度，分别计算养护前后各检测点的挠度值，得到各路段的最大挠度值变化曲线如图5所示。
根据图5可知，养护路段采用玻璃纤维沥青碎石封层处理后，各测点的最大挠度值均有所降低，说明玻璃w维沥青碎石封层可有效改善路面平整性。养护前检测路段的最大挠度值为21 mm，路面平整性相对较差，但养护后检测路段的最大挠度值降至5 mm，路面平整性得到显著提升。主要原因是路面进行纤维沥青碎石封层处理后，路面坑槽及车辙早期病害得到有效修复，从而提升了路面的平整性，由此说明玻璃纤维沥青碎石封层对于改善路面平整度具有优良效果。
5 结语
本文主要研究了玻璃纤维沥青碎石封层技术对公路早期病害的处治效果，首先对施工原材料提出了技术要求，然后对加铺层沥青混合料进行了配合比设计，并确定了最佳纤维用量和油石比，最后针对养护前后路面的抗滑性能、抗裂性能、防水性能及平整度进行了综合评价。结果表明，采用玻璃纤维沥青碎石封层后，路面渗透系数、弯拉应变、构造深度、摩擦系数及平整度均得到有效改善，路面病害处治效果显著。
参考文献
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［6］张 静.沥青路面改性乳化沥青纤维同步碎石封层养护技术研究［J］.交通世界，2019（31）：80-81.
［7］王金华，王云龙，赵兴春，等.纤维沥青碎石封层技术的特点及流程研究［J］.河南科技，2020，39（34）：122-124.
［8］王素兰.同步加纤维碎石下封层施工技术及质量控制［J］.北方交通，2017（6）：118.
作者简介：
黄崇仁（1985―），工程师，主要从事国省干线公路养护、安全生产和国有资产管理工作。
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