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瀝青纖維碎石封層在路面預防性養護中的應用
2012-10-26 來源:橋梁加固網
我國的公路建設已經經歷了一個高峰期,公路總里程在逐年大比例增加。但是在公路建設取得巨大成就的同時,日益繁重的公路養護工作也擺在我們面前。目前,我國不少的公路養護部門已經開始嘗試采用各種公路養護新技術與新材料,以達到節約成本和延長道路使用壽命的目的。作為經濟、有效的道路預防性養護技術,繼2002年引進同步碎石封層技術后,目前,我國又引進了道路建養的最新技術—瀝青纖維碎石封層,為國內筑養路業界帶來了又一新技術。

  瀝青纖維碎石封層不僅可以作為下封層、面層層間粘結應力吸收層,還可用于舊瀝青路面鋪設耐磨層,進行預防性養護。本文針對瀝青纖維碎石目前在我國路面預防性養護中的試驗及使用情況進行介紹,為其在路面養護中的推廣應用積累經驗。

  一、瀝青纖維碎石封層技術簡介

  (一)、概念

  瀝青纖維碎石封層技術是指采用纖維封層核心設備同時灑布瀝青粘結料和玻璃纖維,然后在上面撒布碎石,經碾壓后形成新的磨耗層或者應力吸收中間層的一種新型道路建設施工和養護技術。

  (二)、發展歷史及國內外應用

  瀝青纖維碎石封層技術發源于英國,憑借其優越的性能及廣泛的適用性,該技術現在已經在英國、美國、澳大利亞、法國等國家得到普遍應用。20世紀90年代,四個國家對瀝青纖維碎石封層進行了一項歷時長達15年之久的持續實驗室評估,并進行跟蹤試驗,研究數據表明瀝青纖維碎石封層能夠明顯改善瀝青路面的質量:抗拉強度及抗疲勞性能均可提高30%以上,抗車轍性能提高300%以上。

  我國對瀝青纖維碎石封層的研究才剛剛起步,2007年6月底,遼寧營口公路處在岫水線順利完成了法國SECMAIR賽格瑪纖維封層設備的調試,并進行了試驗路鋪筑,效果良好,這是瀝青纖維碎石封層新技術在中國的首次使用,隨后在遼寧、浙江兩省逐步得到推廣應用。

  (三)、技術特點

  瀝青纖維碎石封層是經過專門工藝將纖維在上下兩層均勻灑布的瀝青結合料中呈亂向均勻分布,相互搭接,與瀝青混合料形成網絡纏繞結構,類似在新建道路基層和面層之間或原有路面基礎上加鋪了一層具有高彈性和高強度的防護網墊,效果見圖1。

  

   圖1  纖維封層效果
 
  纖維封層的特點主要有以下幾點:

  (1)良好的應力吸收和擴散能力 

  具有網絡纏繞獨特結構的纖維封層,由于纖維本身具有高抗拉伸強度和高彈性模量值的特性,有效地提高了封層的抗拉、抗剪、抗壓和抗沖擊強度。它能夠吸收和擴散舊瀝青路面原有裂縫或路基的反射應力,消除舊瀝青路面裂縫尖端產生的應力集中,有效地抑制反射裂縫出現、阻止因車載負荷過重造成的路面破壞,提高了道路的使用壽命。

  (2)高耐磨性 

  纖維封層設備施工后,緊接其后進行碎石集料撒布,撒布后的集料進入由纖維與瀝青結合料形成的網狀結構中,壓實成型后集料被結合料網狀結構緊緊裹縛,形成了一個復合的力學嵌鎖體系,有效地限制了骨料的滑移、脫落。因此,采用瀝青纖維碎石封層,提高了路面的耐磨性,有效地延長了路面的使用壽命。

  (3)高防水性 

  瀝青纖維碎石封層是由1層瀝青+1層纖維+1層瀝青+1層碎石形成的物料相互作用的致密網絡纏繞結構。2層瀝青的連續灑布,提高了封層的密閉性,纖維起到加筋和橋接作用,在原有路面上形成一層致密的保護膜,因此該封層明顯具有很好的防水性能。更好的保護了道路因水損害造成的早期破壞。

  (4)高穩定性

  纖維比表面積大,對于前后兩層瀝青結合料起到很強的吸附作用,它能吸附瀝青中的油分,增加其粘度和粘附力,對瀝青起到高溫穩定,增韌阻裂的作用,從而避免了路面高溫泛油造成的路面破壞。

  (5)施工快捷性 

   纖維封層車,在一臺設備上同時完成2層瀝青灑布、1層纖維撒布,隨后馬上進行1層碎石撒布,即刻完成瀝青纖維碎石封層的施工。這種連續施工工藝極大地縮短了瀝青道路養護的時間,縮短了開放交通的時間。

  (四)、適用條件

  與其他預防性養護技術相同,纖維碎石封層的應用首先應滿足宏觀標準即路面狀況指數PCI、路面強度SSI和行駛質量指數RQI評價等級都為優秀,即預防為主。

  在宏觀路況滿足預養護要求的前提下,還應判斷路面的具體損壞類型、程度等是否適合預防性養護。一般適合應用預養護的路面損壞類型和程度包括:輕微的橫向裂縫或縱向裂縫、細小或輕微的不規則裂縫、輕微或中等程度的龜裂、輕微的車轍(深度小于25 mm)、路面輕微磨損(包括磨光、麻面)、輕微的松散、各種程度的老化(包括老化、硬化、泛白)、泛油、輕微的路面滲水等9種情況。

  對不適合于預養護的路面狀況則應先進行結構性修復和重建。

  二、材料特性及指標

  根據原路面的表面構造深度、平整度等情況,選擇不同的纖維、碎石和瀝青類型。纖維封層配合比設計后需進行抗滑性能試驗、濕輪磨耗試驗、負荷輪粘砂試驗、車轍變形試驗及力學性能試驗,各種材料的要求如下:

  (一)、瀝青結合料

  一般選用陽離子型聚合物改性乳化瀝青,可作為瀝青纖維封層結合料的包括SBS,SBR等各種改性劑,改性劑劑量通常不少于3%。當天生產后能在第二天使用完時可選用1d的試驗。乳化瀝青粘度以恩格拉粘度為準,改性乳化瀝青撒布溫度宜控制在50~70℃左右,通過室內相關試驗確定改性乳化瀝青的改性劑和改性劑劑量。乳化劑采用快裂新型配方,乳化瀝青的粒徑應在5um左右。目前用于瀝青纖維碎石封層的改性乳化瀝青應符合表1質量要求,乳化改性瀝青噴灑用量為1.5-2.0kg/m2

  

  表1  乳化改性瀝青PCR的質量要求
 
  說明:①我國以往采用瀝青標準粘度計進行乳化瀝青的粘度檢測。為使粘度指標與國際接軌,決定同時采用恩格拉粘度和瀝青標準粘度,并以恩格拉粘度為準。②考慮到瀝青纖維碎石封層用于南方炎熱地區、重載交通道路時,軟化點對熱穩定和抗車轍能力的重要性,初步規定軟化點應不低于57℃。

  (二)、集料

  碎石的規格要求根據原路面構造深度及平整度等情況進行試驗決定。集料宜采用水洗后為佳。碎石覆蓋率要求達到整個面積用量宜選用7-11m3/km2。碎石與瀝青的粘附性達到4級以上,不考慮添加劑。碎石與乳化改性瀝青的粘附性大于2/3以上,其他指標應符合表2要求

  

  表2  碎石質量要求
 
  集料的級配是影響碎石封層使用性能的關鍵指標之一。通過多次實驗證明,在碎石封層施工中,單一粒徑集料比有一定級配的集料使用效果要好,其優點主要表現在:(1)礦料間隙率大,有更多的空間供結合料填充,利于集料與瀝青的牢固粘結;(2)單一粒徑碎石封層與車輛輪胎的接觸面積比有級配的大,抗滑性能更好;(3)單一粒徑碎石封層的碎石之間形成連通的排水渠道,更有利于路面排水;(4)單一粒徑碎石封層的設計、施工和質量都好控制。

  (三)、纖維

  纖維與瀝青之間的粘結力、纖維用量及纖維的力學性能是決定纖維封層使用性能的關鍵。試驗證明纖維性能及用量控制不好往往會出現纖維結團、分布不均、纖維從瀝青材料中拔出等病害。

  

  圖2  纖維拔出、結團
 
  一般規定纖維類型:噴射無捻粗紗型玻璃纖維。特克斯數級為2400TEX(g/km)采用卷軸式纖維盤的纖維平均用量一般為50~70g/m2,具體用量需通過室內相關試驗予以確定,在未進行相關試驗時,通常情況下選用60 g/m2左右。

  纖維長度:30mm,60mm,120mm,具體用量需通過室內相關試驗予以確定,在未進行相關試驗時,通常選用長度為60mm的纖維段。

  纖維物理性能:選擇HB6000或HB6300型,可燃物含量1.35%,含水率0.1%,線密度24000TEX,纖維直徑11um,包裝防水。

  為達到更好的使用效果,部分業主優先選用耐溫性、抗氧化,抗壓縮性、與瀝青的粘結性、強度等各項使用性能更優的玄武巖纖維。

  三、施工技術要點

  1)修補原路面的各種病害,清掃干凈,經檢查合格后提交下一道工序。

  2)對已檢查合格后的路面進行放樣,確定施工方案,準備好施工所用的機械和材料,進行施工。

  選擇試驗路段,把已準備好的機械運至施工路段,裝配完畢后按放樣的尺寸邊線順直,控制順直美觀,同時對厚度實行嚴格控制,根據最佳要求控制改性乳化瀝青噴灑用量。嚴格控制碎石灑布量;厚度均勻、顆粒嵌擠密實,特別對纖維控制量的確定,增強表處層,既能封水,又能抗裂縫的傳遞,根據試驗路段的試驗結果指導下步生產工作。

  在試驗結果的指導下,確定全面大面積施工方案,提交各種實驗數據,推薦施工方案,進行大規模生產。對施工完畢的路段進行封道,封道時間1-3小時,然后進行適當養護,保證工藝正確,施工精細。

  3)改性乳化瀝青生產和噴灑,纖維噴灑同步進行。

  選用滿足技術要求的乳化瀝青,噴灑前應用強力清刷機清掃原路表面,表面無灰塵即可,用法國賽格瑪纖維封層設備進行噴灑改性乳化瀝青第一層,同步噴灑纖維和第二層改性乳化瀝青,應保證灑布均勻,起步及終止時必須采取措施,避免噴灑過量或過少,橫向搭接處應調整好寬度,避免搭接處噴灑過多或漏灑現象,控制車速在3~4.5km/h,最佳車速為3.6km/h。

  4)碎石的灑布。

  碎石的灑布車緊跟纖維層設備車進行碎石灑布,車速與纖維封層設備相匹配,撒布車應倒車撒布,車速不宜過快。在接頭處灑布時宜提前開啟撒布車,在改性乳化瀝青未噴灑的接頭處應提前關閉,對撒布不到位的區域應及時處理,確保撒布均勻。碎石撒布全部在乳化改性瀝青破乳之前完成。

  5)碾壓

  碎石撒布后,應立即用26T輪胎壓路機碾壓作業不少于2-3遍,初壓速度不宜超過2km/h,復壓碾壓速度宜控制在2.5km/h左右。經穩壓后的碎石顆粒浸入度為顆粒徑的1/2左右。若分幅進行施工時,應做好搭接縫的處理。兩幅搭接處第一幅暫留5-10厘米寬度不撒骨料,第二幅沿預留瀝青邊緣進行撒布。

  6)施工結束

  ①施工結束,碾壓完成后,待改性乳化瀝青破乳后可開放交通,但須對來往車輛進行限速,設立標志或派人把守,使過往車輛限速在20~30km/h以下,同時嚴格限制重載車輛通行。對于一些散落在路邊的骨料進行及時的清除。

  ②通車一周后對路面進行一次清掃,碎石殘留率大于80%ASTMD7000。

  ③通車一周的路面,可進行臨時性冷標線處理,劃分超車道和主車道,確保交通安全。

  ④交工驗收檢驗。

  四、交工驗收檢驗要求

  根據目前經驗,確定表3中各項驗收檢驗指標:

  

  表3  交工驗收檢驗要求
 
  注:由于現階段各地經驗存在較大差別,因此暫無將厚度檢驗作為硬性驗收指標要求。

  五、結語

  根據纖維瀝青碎石封層的形成機理、技術特點及其在遼寧浙江省的應用效果來看,該技術具有其他養護措施無法實現的優點,能有效降低養護成本和提高路面使用效益,應用前景十分廣泛。作為一項新技術,它在國內的研究雖然才剛剛起步,還沒有一套成熟的施工技術、檢測方法和驗收標準,現有工藝和技術還有待不斷的深入研究及完善提高。但在短短兩年時間內,已經達到了很好的進展與使用效果,相應的施工指導意見也逐步出臺,相信在不久的將來,該項新技術的各項優勢在我國的道路建養業會得到更充分的發揮。
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