复式加筋微表处混合料性能研究及应用

董志宏

(廊坊市交通运输局地方道路管理处)

1 概述

公路养护应贯彻“预防为主，防治结合”的方针，加强预防性养护，保持公路及其沿线设施良好的技术状况。我国传统的养护方式多为“改正性”养护，即在路面出现破坏后再进行修补。“改正性”养护通常需要对原路面进行修补，再铺筑罩面，故施工时间较长，影响交通，且成本会比预防性养护高很多。我国的预防性养护的概念始于20世纪80年代，它旨在解决当路面没有出现结构性破坏时，对轻微病害和隐形病害进行修复，从而恢复路面表面服务功能的一种措施。预防性养护在没有提高路面结构能力的情况下，有助于延迟路面的损坏，维持或改善路面现有的通车条件。复式加筋微表处属于预防性养护范畴。它将改性沥青、水、适当级配的集料、填料、添加剂等按照一定比例配合并通过专用的机械设备进行拌和，分两层迅速地摊铺在路面上，形成15 mm厚左右的薄层，并能在短时间内开放交通。

2 原材料性能

2.1 改性乳化沥青

改性乳化沥青作为复式加筋微表处重要的粘结材料，对微表处的开放交通时间及拌和时间有很大影响，故改性沥青的选择对微表处的质量至关重要。试验所用的改性乳化沥青为沧州广源公路养护公司生产。其检测结果如表1所示。

表1 改性乳化沥青检测结果

2.2 纤维

(1)纤维种类的选择

复式加筋微表处的表层是将普通微表处材料中加入纤维，此为“加筋”。软纤维实质上是合成纤维，它不但具有钢纤维的优点，并且不受酸碱环境的影响，不会产生“凸尖现象”，故在实际工程中应用较为广泛，试验中采用的增强型聚酯纤维和玄武岩纤维均为软纤维。增强型聚酯纤维为白色带状纤维，原料为聚酯，具有耐热性、热稳定性好与沥青相溶性好等优点。玄武岩纤维的颜色一般为褐色，有些似金色，具有优良的耐化学性，可以提高沥青混凝土的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等。

(2)纤维长度与掺加量选择

增强型聚酯纤维、玄武岩纤维为带状纤维，需要剪断，根据国内外研究经验选取纤维长度为1.5～2 cm进行试验。根据国内外试验的经验与试验结果，选用掺加量为0.05%、0.18%、0.20%、0.25%和0.30%进行试验。

2.3 集料

集料的表面要尽量保持干净，含泥量要严格控制，一般多采用轧制碎石。试验集料选自河北省易县玄武岩，选用325#普通硅酸盐水泥作为填料。级配符合MS-3型，具体筛分结果及配合比确定见表2。

表2 表层矿料级配标准及配比

2.4 水

水的用量是否适宜直接决定了稀浆的稠度以及摊铺效果。微表处所用的水不应含有有害的可溶性盐、能引起化学反应的物质和其他污染物。试验中的水均采用饮用水，不含杂质。

3 复式加筋微表处室内试验

3.1 纤维的添加方法及分散性能

纤维在混合料中的分散情况直接影响纤维微表处混合料的性能。为使纤维均匀分散，试验中将纤维加入石料中进行预拌和，待纤维分散开后，再加入沥青乳液和水进行拌和。在实际施工中，由于要先进行预拌和，故应当延长拌和时间，以确保纤维在混合料中混合均匀。

3.2 可拌和时间试验

拌和试验的目的是确定稀浆混合料的可拌和时间和成浆状态，评价改性乳化沥青与石料的相溶性。试验表明纤维对于水分具有吸附作用，会使用水量增加。为判断两种纤维对混合料用水量的影响，选择6.5%的油石比，石料100 g，用水量均为7.5 g，对不同掺量纤维进行拌和试验，结果见表3。从结果中分析得出对于增强型聚酯纤维和玄武岩纤维而言，当纤维掺量超过0.2%时，拌和时间不再满足规范要求。采用0.20%的纤维掺量进行混合料试验。

表3 纤维掺量对拌和时间的影响

3.3 纤维掺加量及油石比对混合料粘聚力的影响

在其他试验条件不变的情况下，变化不同的油石比，考察两种纤维的纤维量和不同油石比对混合料粘聚力性能的影响。具体试验结果见表4。通过试验得出随着油石比的增大，粘聚力逐渐增加。两种纤维的粘聚力相比较，玄武岩纤维要好于增强型聚酯纤维。

表4 粘聚力试验结果

3.4 混合料湿轮磨耗、粘砂量、车辙试验分析

对复式加筋微表处进行湿轮磨耗试验主要是为了控制混合料的最小沥青用量、判断混合料中各组分的配伍性及抗水损害能力。国际稀浆封层协会(International Slurry Surfacing Association)建议微表处混合料的1 h湿轮磨耗值不应大于540 g/m2，我国也采用此值来作为1 h湿轮磨耗值的标准。粘砂量试验是用来控制沥青用量的上限值。通常，油石比越大，试件表面所粘附的砂量也就越多。规范规定粘砂量值不应低于450 g/m2。负荷车轮试验主要用于测试混合料的抗车辙能力。它是将条形试样放在负荷车辙试验仪碾压1 000次后，得到单位宽度上的侧向变形率和单位厚度的车辙深度率来评价混合料的抗车辙能力，规范中规定的宽度变化率限值为5%。混合料的侧向变形率和车辙深度率越小，就表示混合料的抗车辙能力越好。1 h湿轮磨耗试验可与粘砂量试验一起确定混合料的最佳沥青含量。

通过试验得出，随着油石比的增大，两种纤维的磨耗值逐渐减小，粘砂量是逐渐增大的;增强型聚酯纤维的轮迹宽度变化率先减小后增大，在油石比为6.0%时，达到最小值，玄武岩纤维的轮迹宽度变化率逐渐减小，在油石比为6.5%时，达到最小值。相较而言，玄武岩纤维的轮迹变化率数值较小，增强型聚酯纤维的轮迹宽度变化率数值较大，即在相同油石比情况下，玄武岩纤维的抗车辙能力要强于增强型聚酯纤维。

两种复式加筋微表处的抗变形能力优于普通微表处，说明纤维在混合料中起到了加筋的作用，两种纤维均能在混合料中分散均匀，并形成纤维网，使微表处的粘结力及弹性提高，减少车辙的产生。沥青能够依附在纤维表面，形成了结构沥青，减少了混合料中自由沥青的数量，降低了出现油斑的可能性，使沥青的粘性增大，软化点提高，提高了其高温稳定性。

表5 湿轮磨耗和车辙变形试验结果

3.5 复式加筋微表处底层混合料性能研究

底层的铺筑主要用于提高路表的抗滑性能和平整度，改善行车舒适性。与表层微表处的实验设备与条件相同，分别进行可拌和试验、粘聚力试验、湿轮磨耗试验、粘附砂量试验和车辙试验等，考察变化规律。

底层可拌和试验采用矿料100 g，外加水7.5 g，油石比为7%，试验得可拌和时间为138 s。其他试验结果见表6。

表6 底层微表处试验结果

由试验结果得出，底层微表处的粘聚力随油石比的增大而增大，当油石比大于6.5%时，满足规范要求;随着油石比的增大，磨耗值逐渐降低，当油石比大于6.0%时，满足规范要求;随着油石比的增大，粘砂量逐渐增大，当油石比小于7.0%时，满足规范要求;随着油石比的增大，车辙变形率逐渐减小，当油石比大于7.0%时，满足规范要求。

4 复式加筋微表处试验段的铺筑

为了验证复式加筋微表处路用效果，2010年7月在京沪高速K211+050～K210+050段铺筑微表处试验段，试验段选用增强型聚酯纤维和玄武岩纤维分别进行铺筑。施工中，稀浆封层机采用一般的封层机，先在稀浆封层机的填料仓内安装纤维剪切刀，然后在封层机的后面空余处安装独立的气泵设备，与纤维剪切刀用耐高压气管连接。气泵带动纤维剪切刀的同时高压气流将剪断的纤维吹入下面的拌和缸中，与混合料进行均匀拌和，然后进行铺筑。经过几个月的行车运营，复式加筋微表处没有出现裂缝、脱落、松散等现象，直尺量测平整度较好，没有明显的辙槽，整体效果良好。

5 结论

复式加筋微表处较普通微表处抗磨耗性能、抗水损坏性能都有所提高，抗变形能力也有所提高，延长了微表处的使用寿命。复式加筋微表处中的纤维起到了加筋的作用，提高了混合料的粘结性，减少了裂缝的产生。复式加筋微表处施工与普通微表处施工基本一致，不需再购买设备，节约成本，且与普通微表处施工一样快捷、方便，可提早交通的时间。

[1]中华人民共和国交通运输部.公路养护技术规范(JTG H-10-2009)[S］.2009.

[2]廖良生，李洪亮.微表处技术在江西高速公路路面养护中的应用[J］.石油沥青，2007，(12).

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[4]刘海峰.纤维对改良微表处混合料性能的试验[J］.中国市政工程，2009，(4).

[5]交通部公路科学研究院.微表处和稀浆封层技术指南[M］.北京:人民交通出版社，2006.