同步纤维磨耗层在辽宁省高速公路的应用

邵传恒

（辽宁省高速公路运营管理有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

同步纤维磨耗层技术体系包括高品质粘结料、特殊体系设计、专用设备以及同步的施工工艺。同步纤维磨耗层克服了传统微表处易掉料、松散、脱皮、层间粘结差等缺点，不仅可改善路用性能、校正路表缺陷、改善行驶质量、提高服务水平、同时可用于交通量大的养护。该技术具有高耐磨损性、高粘附性、高防水性和超强的抗裂能力等优良使用性能，不但可改善路面的各项性能，而且显著节约社会成本，效益显著。其在预防性养护领域具有适用性强、经济性好、服务周期长、使用效果好、施工快速、开放交通快等独特的优势，很好地适应了现代养护工作及时、快速、安全、可靠的要求，具有广阔的推广应用前景。

1 同步纤维磨耗层特点

1.1 高粘附性和防水性

由于同步纤维磨耗层喷洒了高性能改性乳化沥青粘结层，其中约有1/3 的改性乳化沥青进入裂缝中，不但可以起到了良好的粘附性，还对旧路的防水起到了关键的作用。

1.2 超强的抗裂能力

纤维的掺入可有效提高冷拌沥青混合料的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。

1.3 高耐磨性和高稳定性

玻璃纤维、沥青与骨料形成的网状结构，可有效抑制骨料的滑移、脱落。

1.4 施工快捷性

避免了分步施工造成的施工污染对材料长期性能的影响。

2 同步纤维磨耗层适用范围

2.1 宏观路况标准

在对路面进行同步纤维磨耗层技术时，必须满足强度要求，即路面的结构强度系数为中等以上，其它具体标准可参见表1。

表1 同步处治预防性养护宏观养护标准

2.2 微观路况标准

同步纤维磨耗层技术与路况之间有很强的相互制约性，在宏观路况满足要求的前提下，还需要判断路面的损坏类型和程度是否适合同步纤维磨耗层技术。适合的路面损坏及程度包括：

（1）细小裂缝；

（2）轻微的表面不平整；

（3）各种程度的泛油、老化、松散；

（4）抗滑不足；

（5）路面轻微渗水。

同时，在实施纤维磨耗层罩面之前，需要对上述病害外的其它病害进行维修处理。

3 工程概况

试验段选择在沈彰高速 （上行）K16+400-K18+640；沈吉高速 （下行）K38+550-K39+540。沈彰高速处理宽度为8.95m，即行车道+超车道；沈吉高速处理宽度为11.25m，即半幅整个断面。试验段检测数据见表2。

表2 试验段检测数据

该路段病害为由微小裂缝组成的网裂，及路面老化导致的骨料外漏贫油等病害，无法通过简单的灌缝处治来进行路面养护，为防止雨水的下渗对道路性能造成的严重影响，急需通过罩面处治养护。

4 纤维磨耗层混合料配合比设计

4.1 矿料

矿料包括粗集料、细集料，要求矿料与改性乳化沥青的极性要好，拌和性、破乳固化性等适应于同步纤维磨耗层的需要，矿料要多棱角，质量均匀、洁净、坚硬且耐久性好，不得含有黏土等有害物质，经过检测，试验用的原材料均满足技术指标的要求。

4.2 填料

同步纤维磨耗层掺加填料，主要作用在于改善矿料级配及和易性。

为了调整同步纤维磨耗层的拌和可在矿粉中掺加适量的消石灰或水泥，但剂量不宜过多，特别在寒冷地区，水泥用量过多会增加纤维磨耗层混合料的脆性，不利于同步纤维磨耗层在寒冷季节抵抗低温冷冻和除雪除冰。因此，在寒冷地区同步纤维磨耗层中水泥含量约占0.5-1.0%。为了便于质量控制，一般要求在加工厂完成，现场混合很难保证均匀性。此外，禁止使用拌合楼回收粉尘作为矿粉使用。

4.3 改性乳化沥青

选用阳离子的聚合物改性乳化沥青，剂量不宜小于3%。

4.4 纤维

路用玻璃纤维尚无专门统一的标准和规范。参考国内外玻璃纤维厂家及现有研究的成果，同步纤维磨耗层用的玻璃纤维应符合表3 的要求。

表3 同步纤维磨耗层用玻璃纤维技术要求

4.5 添加剂

快速开放交通及冷拌冷铺是同步纤维磨耗层的特点之一。为了满足同步纤维磨耗层施工性能的需要，有时候须在拌制混合料中加入添加剂。添加剂是为了调整可拌和时间、破乳速度、开放时间及成浆状态等施工性能。

4.6 生产配合比

实际施工时配合比见表4 所示。

表4 同步纤维磨耗层生产配合比

5 分散性分析

5.1 分散机理

在界面中，玻璃纤维属于增强类纤维，与乳化沥青的结合为表面粘附，没有化学吸附性。也就是说，玻璃纤维与乳化沥青混合料的混合完全为物理混合。两者完全以独立物质形态存在，复合材料可以把两者各自的优点叠加起来。

5.2 纤维添加对比试验

为了验证纤维的最佳添加方式，本项目采用以下3 种方式添加纤维，并进行混合料的拌合试验：方法一直接加入集料；方法二将纤维加入乳液中；方法三沥青与矿料拌好后，再添加纤维。

通过试验发现，采用方法一拌合时，纤维可以分散在集料中，但在混合料拌合时，纤维出现结团的现象，当采用方法二拌合时，纤维可以较好的分散在乳液中，但在加入混合料后纤维出现结团的现象。采用方法三进行混合料拌合，纤维能较均匀地分布，分散效果较好。综上，玻璃纤维在乳化沥青混合料中的掺加步骤为：

（1）改性乳化沥青与矿料拌合10s；

（2）将纤维直接投入拌缸，拌合 30s。

拌合时间与其余磨耗层混合料的拌合时间相同，一般情况下不需额外增加拌合时间。

6 同步纤维磨耗层专用摊铺设备

（1）进行微表处和同步乳化沥青纤维微表处施工设备。

该设备为增加超粘乳化沥青粘层油喷洒模块和混合料玻璃纤维添加模块，加强路面吸附程度的新型同步纤维磨耗封层车，如图1 所示。同步喷洒高粘改性乳化沥青粘结材料，使上下层牢固的粘结在一起，增强层间耐久性、层间抗剪切强度及粘附力、提高寿命；同时向搅拌锅内添加玻璃纤维，改善了铺筑在路面上的稀浆混合料整体物理、力学性能，独特的网络缠绕结构与高粘改性乳化沥青形成板块效应。使层间的抗拉、抗压、抗剪及抗渗水等得到不同程度提高，独特的网状结构具有较强的张力、弹力，对由面层传递的载荷具有较强的吸收和分散能力，高防水性、高稳定性、快捷施工。

图1 新型同步纤维磨耗封层车

（2）加装易法智能服务系统，实现远程监测、服务、定位等功能。

易法智能服务系统通讯终端搭载到NS9 同步纤维封层车上，与该车的通讯采取两种方式：CAN 总线数据采集、串口实现远程调试，通过两种通讯方式，实现设备的远程调试维护。

该智能服务系统的搭设：

①形成一种施工设备的 “全生命周期、智能化、可视化” 的管理理念，从 “人、机、料、工、监” 五个环节进行控制，使设备高效使用，减少设备使用人员的培训成本。

②在大数据分析基础上通过施工设备、施工过程等相关的各类特征参量、指标并融合专家信息系统的评价意见。通过远端云方式采集数据的分析处理，得到施工设备状态、施工情况、进度评估等信息，进行及时、清晰、准确的施工问题排查和施工方案设计等。最终进行智能化分析处理得到施工过程的最优期智能服务方案设计和施工质量评价管理。

③突破了传统施工方案设计、质量评价、验收方式，通过智能评价系统就可以进行最优施工方案设计、专家可远程进行质量评价、评估。省去了大量的方案设计会议、验收会议时间、成本、也提高施工监理的规范性、施工质量等。

易法控制系统，大大提高了工程机械设备的智能化、信息化管理。通过远程可解决75%以上的设备故障，极大的降低了时间成本和差旅费用，降低服务成本，为设备使用者保驾护航，分秒级别的服务响应和全方位管家式的服务，最大程度的保障了客户的施工周期和施工质量，经济效益、社会效益明显。通过对大量设备的数据采集、大数据统计分析，更有利于促进产品的升级改造及存量闲置设备、二手设备的再利用等等，社会效益显著。获得众多用户的高度认可，易法智不仅能够解决了设备服务的后顾之忧，还拉近了厂家和客户的距离，非常值得在行业内大面积推广。该系统平台是 “互联网+工程机械” 典型应用，是物联网时代智能制造业转型升级必由之路，对其他行业亦有积极的参考意义。

（3）采用马达驱动齿式变宽机构的乳化沥青粘油喷洒装置。

采用马达驱动齿式变宽机构的乳化沥青粘油喷洒装置有效地解决了高粘油喷洒时的宽度与摊铺宽度的有效匹配，有效解决了喷洒高度及产品运输高度的调整，保证了喷洒高粘度改性乳化沥青均匀性，简化了操作者控制，实现沥青喷洒的完全自动化和智能化。

（4）采用车载式液体燃油加热器对喷洒粘油进行加热保温。

采用一体式燃油加热及导热油循环系统对高粘乳化沥青管路、沥青泵、气动球阀、阀组等进行保温加热，不仅节约了能源，而且节约了资金，减少空间布局，自动化控制，简便操作，达到设计使用要求。

7 试验路检测

7.1 完工检测

在试验路铺筑完成后，在规定时间内完成对试验路现场性能的相关指标检测，各项指标均满足设计要求。

7.2 性能跟踪检测

为了对同步纤维磨耗层铺筑后的效果进行验证，在试验路铺筑后，项目组对试验路段进行路面技术状况的评定及路面噪音进行检测。经检验路段的路面技术状况指标 （PCI、RQI、RDI、SRI、PQI）均有大幅度提高，见表5所示。

表5 试验路 （铺筑1 个月后）检测指标一览表

8 结论

根据辽宁省特点，分析了同步纤维磨耗层特点及使用条件，提出了在辽宁省高速公路养护工程中应用的配合比设计要求，施工设备要求。最后对试验段使用情况进行了分析，为本省工程的应用提供参考。