纤维增强封层技术在沥青路面中的应用

吴成朋

摘 要：纤维增强封层技术是一类近些年在道路工程中得到广泛应用的新型养护技术，实践证明其具有突出的应用价值与良好的应用效益，能够很好的满足我国道路工程发展的需求。本文主要从纤维增强封层技术的基本概况出发，对其各组成部分的材料进行了详细论述，并结合工程实践对薄层罩面的路用性能展开了讨论。

关键词：纤维增强封层技术;沥青路面;工程应用

目前我国在沥青路面的维护上主要有以下四个方面：预防性养护、修复性养护、路面翻修以及路面重建。其中纤维增强封闭技术就属于预防性养护的范畴，其主要作用在路面病害刚刚出现的阶段，抑制病害的进一步发展。纤维增强封层技术在施工流程上即为在既有沥青路面表层铺一定比例的沥青胶结料与玻璃纤维，同时在其上再铺一层碎石层并碾压密实的技术，实践表明该技术有着突出的抗滑移能力，此外也有施工便捷、作业周期短的优点。

1 纤维增强封层的组成

1.1 应力吸收中间层

应力吸收中间层在组成上可大致归为乳化沥青和玻璃纤维两种材料，其在施工时一般铺设在道路基层与路面之间，也有的工程将中间层铺设在新旧结构层之间。检测结果表明，中间层对于既有结构层内的裂缝应力有着很好的缓解效果，同时可以有效阻隔上部结构中雨水的渗透，提升道路的抗渗性。

1.1.1 乳化沥青

目前在道路养护中广泛使用的乳化沥青可大致分为喷洒型与拌和型两类，前者主要用于粘层、桥梁等工程中;后者则主要用于改性稀浆封层的工程中。总体来说，乳化沥青在施工时便于撒布、凝结速度较快、环境友好，且能够与其他建筑材料有效粘结。此外，在工程中应当注意乳化沥青在封层施工完成前应保持流动态，便于在压力作用下能够有效爬升。

1.1.2 纤维

纤维自身表面有很大的接触面积，在纤维、沥青的接触面上，两者会发生较为复杂的物理作用，使得纤维与沥青能有效粘结、作用，并充分发挥两者各自的特性。在微观视野下，沥青分子附着在纤维表层，构成密实可靠、性质稳定的沥青层，研究中通常称为结构沥青。结构沥青相较于游离的自由沥青分子而言粘结强度高、结构稳定性好，其在中间层中有以下意义：①加强作用。纤维、结构沥青层构成的复合结构具有很好的稳定性，通过控制沥青分子的位移能够有效提升结构抵抗外部荷载的能力，抑制裂纹等的产生。②均匀分散。纤维的加入为沥青分子的附着提供了可靠的支持，有利于材料均匀的散布。③吸附沥青。能够加大对内外沥青的吸引作用，进而提升沥青材料的用量，并间接提升材料的粘结性能。④稳定结构。纤维-沥青的结构较为稳定，能够对沥青分子起到很好的约束效果，特别是对于高温环境下沥青的膨胀变形可以有比较显著的缓和。

1.2 罩面封层

罩面封层即指一类介于磨耗层与石屑封层之间的结构，在工程中其厚度通常控制在15 mm～30 mm的范围内。罩面封層在纤维增强封层中主要起到调节路面的作用，特别是其能够很好地对不平整路面进行整平，此外罩面封层还可以保障道路工程的使用寿命、综合效益。但罩面封层对于下层结构强度要求较高，因此需要技术人员特别注意下层设计。

1.2.1 沥青结合料

研究表明，罩面封层设计中一般工程要求沥青结合料具备较好的粘结性能、热稳定性以及低温抗裂性。由于沥青罩面在结构上存在较多的孔隙且大多尺寸较大，因此很容易受到高温、强光等的作用而老化，因此在工程中通常选用合适的改性沥青进行施工。

1.2.2 集料

（1）粗集料。总体来说，罩面封层对于粗集料的需求与要求都较高，其应当有良好的强度、耐久性以及粘接性，此外在施工前还应对集料进行处理以确保其干净整洁、纯净干燥。此外，粗集料的表面尤其需要满足抗滑要求，一般要对集料中的扁平颗粒占比做出约束。粗集料中使用的碎石应当使用锤击的方式进行破碎而不能使用颚板式轧石机。在粗集料类型的选择上，应尽可能选用质地较硬的材料，譬如玄武岩、花岗岩等，此外也要保障石料与沥青材料之间能达成可靠的粘结。

（2）细集料。细集料作为在罩面封层中用量较小的一类组分，其对于罩面封层整体的性能影响却较为显著。虽然天然砂、石屑和机制砂都能够作为细集料，但这三者之间所产生的性能作用却有着很大的不同。天然砂是一类经过长期自然筛选、打磨的集料，其硬度、耐久较为突出，但粘结效果较差，在高温环境下性能往往不足;石屑总体的扁平程度高，但强度较低，一般需要严格控制其用量;机制砂的棱角分明，有利于材料粘结，在高温下仍具备良好的力学性能。

（3）填料。除了粗集料与细集料外，集料中常常也会掺加一定量的填料，一般选择矿粉，此外也可考虑水泥、粉煤灰等材料。以矿粉为例，其对沥青分子有很好的吸附效果，并在表面附着一层薄膜，以此增强对于集料的粘结效果。

1.2.3 纤维

在罩面封层中一般还需要加入适量的纤维来提升材料的稳定性。实践经验表明，纤维的加入能够极大地改善沥青材料的抗离析性能，保证材料的稳定均质。除了上文论述的四个方面的作用外，纤维还可以提升材料的粘结性能，提升沥青与其他各种材料间连接的可靠性。

2 薄层罩面的路用性能

薄层罩面的路用性能对于道路的使用舒适性、安全性、耐久性有着直接影响，其指标一般包括了高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性等。路用性能的高低主要由材料种类、集料级配等来决定，但同时这些性能的影响因素相互之间往往也存在着矛盾与冲突，譬如：（1）为了达成高温稳定性的要求、提升高温环境下道路的抗车辙性能，一般可以选用粗粒径的集料，并控制配比中沥青的占比，但这样的材料选择往往也会导致混合料的脆性突出，特别是在低温条件下往往容易发生断裂的现象，此外材料使用耐久性也较差。相反地，低温抗裂性的实现，一般可以使用针入度、含油量都较大的沥青材料，并在集料的选择上倾向于粒径更小的，但这样的混合料在高温环境下软化问题较突出，在循环荷载作用下很容易出现车辙。（2）沥青材料功能要求与耐久要求之间也存在着拮抗关系，为了增大沥青路面的抗滑性能，一般要求其纹理较为粗糙、有较大的构造空隙，但同时较大的空隙也将为雨水的渗透提供路径，降低路面的抗渗、抗水损能力，进而影响道路的使用寿命。（3）此外，沥青的饱和度和耐久性也是一对相互矛盾的设计指标。当沥青饱和度处于较高的水平时，沥青材料空隙内的自由沥青在高温的作用下将发生显著的膨胀，并将空隙内填充密实进而溢出材料表面，产生泛油的问题。控制沥青的饱和度虽然可以有效抑制泛油的发生，但也会对材料的耐久性产生不利影响。总体来说，薄层罩面的设计需要考虑多方面的性能因素，综合建设需求与施工环境，特别是要控制相互矛盾的指标，以达到均衡而稳定的状态。

3 结语

纤维增强封层技术作为一种在道路养护上拥有独特优势的新兴技术，其性能受到材料组成的影响较为深刻，需要从中间层与罩面封层两个大的方面来进行设计与研究。此外，还应当对设计中相互矛盾的性能进行充分考虑，做好性能间的平衡与调节，以此来最大化适应工程需求。

参考文献：

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