玄武岩纤维在重载路面养护中的应用

杨伟涛

（石家庄市交建高速公路建设管理有限公司西阜分公司，河北 石家庄 050000）

重载和超载情况的普遍出现使得路面承载能力、功能性急剧下降，为了应对当前公路行业中出现的困境，目前诸多技术均采用向沥青混合料中掺入纤维来提高路面使用性能。

一、工程概况

某公路工程k4+100～k6+200路段通车以来路况良好，未进行过大规模维修养护，仅对部分网裂较多的路段进行过局部修补。随着近年来交通量逐步增长，该公路早期设计时预估的交通量逐渐不满足当前实际通行的交通量需求，路面各种病害频繁出现，为了应对交通量增长带来的各种问题，经研究决定采用玄武岩纤维沥青混合料作为面层材料，对路面结构进行调整。

二、原材料

（一）沥青

采用SMA混合料作为上面层，主要是考虑到SMA结构中粗集料多，其骨架密实结构能使路面抗滑性能良好，同时在掺加玄武岩纤维后能够大幅提升混合料延展性能，有效降低路面开裂几率。此外，为了提高路面的抗车辙性能及高温稳定性，SMA要求沥青原材料黏度大，能够保证集料充分黏结，有效防止车辙病害的产生。

（二）集料

沥青混合料中集料占比高达70%，集料的物理化学性质、级配和结构组成对混合料各方面性能都有着重要影响。工程中，在集料的选择上往往将压碎值、坚固性、洛杉矶磨耗损失等作为评价碎石集料强度与磨耗的重要指标，压碎值良好的碎石用于路面工程中能够经受重载车辆的碾压而不被破坏，维持了混合料的结构组成。而洛杉矶磨耗小的碎石集料，在长期经受车轮作用时能够较好地保证路面抗滑性能。此外，在进行级配设计时，良好的级配组成能够形成稳定的结构，有效提高路面的抗剪切能力。因此在选择碎石集料时应充分考虑这几方面性能。考虑到工程对碎石性能要求较高，本项目选用工程中常用的优质碎石玄武岩作为原材料。

（三）纤维

随着我国发展理念的变化，施工中更加注重污染的排放，开始由高速发展转向高质量发展，而玄武岩纤维作为新兴材料，用于道路工程中几乎不会产生污染，而且能大幅提高混合料的高低温性能，十分契合我国发展理念。此外，纤维是通过玄武岩碎石熔融得到，无需很高的制备工艺技术，故工程使用成本十分低廉。但由于玄武岩纤维的长度和掺入量的不同，对沥青混合料各方面性能影响不同，为了确定最佳掺入量与纤维长度，在最佳油石比条件下通过车辙试验进行确定，根据试验确定选用6mm玄武岩纤维，掺入量为0.5%。不同长度、不同含量的车辙试验结果如表1、表2所示。

表1 不同长度车辙试验结果

表2 不同含量车辙试验结果

三、施工工艺

（一）混合料的拌和

掺入玄武岩纤维的混合料拌和工艺复杂，采用现场湿法拌和不仅需要纤维沥青拌和设备，还十分容易造成沥青混合料结团情况，严重时更会产生混合料的离析。为了保证纤维在沥青混合料中均匀分布，应选择工厂拌和生产。本工程采用新湿法生产玄武岩纤维沥青混合料，每次拌和前，先精确计算各种原材料的用量，通过履带投送方式向加热完毕的沥青与碎石中投放纤维，保证一定的拌和时间，待其拌和均匀后再放料[2]。

（二）混合料的运输

由于掺加纤维的沥青混合料成分更为复杂，为了保证不产生离析，运输过程中应该避免急停或突然启动等情况，此外，在运输前应在车顶覆盖篷布以减缓混合料温度的散失。

（三）混合料的摊铺和碾压

沥青混合料摊铺作业前应对基层表面的透层油渗透深度进行检查，其渗透深度超度5mm时方可开始摊铺工作，若由于赶工期等原因未满足渗透深度要求会造成基层与面层黏结不够紧密。检查完毕后，调整好相应松铺系数，根据路幅宽度合理安排摊铺机数量，考虑为防止混合料离析，采用多台摊铺机梯队联合摊铺作业。摊铺作业同时安排施工员在侧对摊铺厚度进行检验，若不满足摊铺要求应及时进行处理。碾压施工紧跟摊铺作业后，根据不同混合料特性选择合适的压路机进行碾压施工，由于SMA混合料属于间断级配，在胶轮压路机的揉搓碾压作用下十分容易破坏混合料结构，故在进行表面层碾压时应采用钢轮压路机施工[3]。

四、施工质量检测

（一）低温性能检验

沥青混合料在低温条件下，由于温度影响产生的内应力超过材料本身的极限拉伸强度容易造成混合料开裂，同时在重载车辆碾压下，裂缝进一步扩展。研究表明，掺入玄武岩纤维后，纤维的网状结构能够对沥青混合料进行束缚，从根本上提高了其抗拉强度。为了检验施工后路面的抗裂性能，项目通过低温弯曲试验进行评价，试验结果如表3所示。

表3 低温弯曲试验结果

从低温弯曲试验结果得知，掺入0.5%含量的玄武岩纤维后，其弯拉强度、弯拉应变和劲度模量分别为13.75MPa、3553με和3870MPa，满足规范使用要求。

（二）高温性能检验

根据混合料变形流动的特点，车辙形成主要原因是混合料自身的剪应力不足以抵抗车轮带来的荷载影响。影响混合料剪应力的主要因素是集料和沥青，而纤维通过吸附作用能够保证碎石与沥青紧密结合，从而不轻易产生流动变形。为了检验施工后路面高温性能，项目通过车辙试验开展评价施工质量。从车辙试验结果得知，掺入不同含量的玄武岩纤维，动稳定度测试结果均满足规范要求。在掺入0.5%含量玄武岩纤维时，动稳定结果为8823次/mm，而未掺加玄武岩纤维时动稳定度平均值为5925次/mm，相比提升幅度高达48.9%。

五、结语

本文依托工程实例，对道路工程中玄武岩纤维沥青混合料技术进行研究，详细介绍了玄武岩纤维的作用机理及玄武岩纤维沥青混合料施工技术，最后通过低温弯曲试验和车辙试验评价试验路段性能，得出以下结论：

第一，掺入0.5%含量的玄武岩纤维后，混合料的弯拉强度、弯拉应变和劲度模量分别为13.75MPa、3553με和3870MPa，满足规范使用要求。第二，掺入不同含量的玄武岩纤维,动稳定度测试结果均满足规范要求。在掺入0.5%含量玄武岩纤维时，动稳定结果为8823次/mm，而未掺加玄武岩纤维时动稳定度平均值为5925次/mm，掺加后提升幅度高达48.9%，说明掺加纤维后路面抗车辙性能显著提升。