纤维微表处技术在高速公路路面预防性养护中的应用

曹兴坚

（甘肃省武威公路事业发展中心，甘肃武威 733000）

0 引言

为保障高速公路的质量，进行预防性养护工作非常重要，其中沥青路面由于长时间受到车辆的碾压，容易产生裂缝、坑洞问题。利用微表处技术进行修补，能够延长高速公路的使用寿命。纤维微表处技术通过添加纤维，改变沥青路面的胶体结构，在路面没有发生塑性形变的情况下，应用该技术进行路面修补，能够延缓路面老化，提高路用性能和使用年限。

1 玄武岩纤维微表处技术实施路段基本情况

对G3017 武金高速公路及G2012 营双高速公路行车道进行铺筑。2 条高速公路均建成于2013 年，10 月通车。在近几年的通车运营中发现，部分路段出现沥青油膜和施工材料的脱落，路面出现坑洞情况。下雨后，路面会囤积雨水，当车辆经过时，受到泵吸压力的作用，附近集料出现剥落。同时，雨水经过缝隙渗透到路面中，在冬天会结冻破坏路体结构，导致高速公路路面的强度下降。为了解决当前沥青路面的病害问题，延长高速公路的使用寿命、提高路况质量，进行预防性养护工作非常关键。

2 玄武岩纤维微表处技术的特点

纤维微表处是指将改性乳化沥青、级配集料、纤维、填料、水和必要的添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料并摊铺到路面上的薄层结构，具有耗时短、耐久性高的特点。用于微表处技术的纤维包括木质素纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维。近年来，各级专家通过反复试验，验证了各种纤维的优缺点。试验表明，木质素纤维由于其吸油率高且结构不稳定，不建议用于微表处技术；聚丙烯纤维的混合时间长，施工相对容易。2018 年，有关学者对比了在高寒和高海拔环境下，纤维类型及用量、改性乳化沥青类型对微表处技术应用性能的影响。结果表明，纤维的加入可以有效减缓低温抗裂性能；加入聚丙烯纤维或玄武岩纤维，道路综合性能最好。因此，经过综合考虑和协商，该项目选择加入玄武岩纤维。

2.1 玄武岩纤维的优点

玄武岩纤维主要的原材料为天然玄武岩，通过1500℃的高温拉丝、浸润完成制作。

在稀浆混合料中加入玄武岩纤维对其动态稳定性有明显的改善作用。加入玄武岩纤维后的动态稳定性高于普通乳化沥青，最多可提高34.2%；加入6mm 长纤维的稀浆混合料的动态稳定性最高，加入9mm 长纤维的稀浆混合料的动态稳定性低于加入6mm 长纤维的稀浆混合料。因为纤维的分散性，动态稳定性随着纤维长度的增加而降低；因此，选择合适的加入纤维长度对于发挥纤维的作用十分有益。纤维的应用使混合料中的筋性更强，能够有效降低和延缓反射裂缝的现象，促进路面抗裂性能的提升，减少裂缝问题。

玄武岩纤维具有稳定性，在高温环境下也不会失效。纤维在混合料中随机分布，形成纤维网络。这种结构网称之为“结构沥青网”，让沥青胶浆的黏滞性得到提升，增强高温稳定性能。

黏附力增强，水损坏减少。纤维的表面可以吸附沥青的油分，增加沥青的黏附力，使集料中的各种物质紧密黏结在一起。

纤维沥青胶结料具有较强的阻裂作用，提升沥青混合料的抗裂性，使用后促进路面恢复弹性，提升微表处混合料的耐久性，延长沥青路面的使用时间。

2.2 玄武岩纤维的缺点

玄武岩纤维主要有两种类型，一种是用于公路工程热拌沥青混合料的亲油性玄武岩纤维，另一种是常用于公路工程水泥混凝土的亲水型玄武岩纤维。近年来的应用研究表明，关于玄武岩纤维用于微表处技术的信息很少，没有有效解决施工过程中遇到的问题的依据[1]。在微表处技术施工过程中，由于稀浆混合料未加热，混合料中的纤维分布不均匀，使用拖布拖动时，纤维容易嵌入拖布，导致路面不同程度的划痕，表面不平整。玄武岩纤维难制造，原料少，因此价格偏高，用于路面预防性养护后，将增加养护成本。

3 路面病害调查及处治

3.1 路面病害调查

近年来，由于重载车辆数量逐年增加，行车道和超车道路面长期磨损，原路面部分路段的骨料和沥青胶片脱落，车道上出现了小坑，严重影响了高速公路的通行质量和美观性。为了提高高速公路的通行能力，防止水损坏路面，延长沥青路面的使用寿命，进行了微表处施工，达到预防和降低风险的目的，显著提升沥青路面的防水性、抗滑性等，使路面外观更加美观。

3.2 路面病害处治

原路面精铣刨1cm。铣刨后，对原路面病害裂缝及坑槽进行处治，实施玄武岩纤维微表处技术[2]。

4 玄武岩纤维微表处技术的指标

4.1 纤维微表处技术材料的选用

纤维微表处技术材料的选用应严格按照施工规范要求进行，表1 为该工程中微表处技术用粗细集料的质量要求，详细介绍了材料的选择标准。

表1 微表处技术中粗细集料标准规范

纤维微表处技术应用的矿料主要为坚硬、清洁干燥、无杂质的石料，石料的粒径需要满足规范要求（见表2），该工程选用的合成集料级配为MS-Ⅲ型，含砂量在65%以上。

纤维微表处技术选用的改性乳化沥青需要根据高速公路沥青路面相关要求进行添加（见表3）。

表3 BCR 型改性乳化沥青试验标准表

改性剂剂量即改性剂中的有效成分应大于纯沥青质量的3%。

根据施工配合比，选用与石料配伍性好的纤维。纤维长度应为6mm，用量应为矿料的0.1%～0.3%；在选择材料时，需要参照相关沥青路面修补施工指南；选择其他填料、添加剂和水，都需要在规范指南的要求下进行[3]。

4.2 配合比确定

根据规范及《微表处和稀浆封层技术指南》相关要求做好原料的比例调整，对操作过程进行如下阐述。

其一，对所有施工原料进行入场检测。其二，根据级配要求进行原料配比，确保符合工程施工指南所述。其三，参照以往的施工经验和规范要求，选择相应比例的集料进行拌和试验，主要包括改性乳化沥青、纤维、矿料、水和添加剂等。拌和试验主要测试最高温度，再次进行黏聚性试验，测试施工可以接受的最低温度。其四，进行湿轮磨耗试验和负荷轮碾压试验，掌握沥青用量的范围。其五，根据沥青用量范围，选择适当用量的沥青。其六，经过多次试验，在充分考虑路面原构造深度、气候、交通等外界因素的影响下，对需要修补的路段进行原料配合比的确定。选择一段试验路段进行混合料的检测。当出现质量问题时，及时进行调整，防止后续返工补修，增加施工成本[4]。

5 玄武岩纤维微表处的铺筑

5.1 玄武岩纤维微表处摊铺

在摊铺前，绘制控制线，方便对齐，再进行摊铺。摊铺时，摊铺车需要严格按照控制线进行摊铺。施工的过程需要坚持缓慢而连续的标准，保证摊铺修补的用料平整均匀。在摊铺过程中，需要保持摊铺车的速度和混合料的搅拌速度相同，施工人员随时在旁观察，保证摊铺的厚度和宽度，在出现摊铺问题时应及时调整。始终保持摊铺速度在1.5～3km/h。摊铺车容量槽中混合料的体积控制在总容量的1/3～1/2。如果摊铺车中的某一种原料快要用完时，需要及时闭合混合料的开关，加入原料。搅拌机中的混合料必须进行充分搅拌再摊铺，完成摊铺后，需要将摊铺车驶离施工路段，及时清理摊铺槽。如果在摊铺过程中，有较大的石料对路面微表处造成刮痕时，需要人工进行清除和修补找平。此外，此方法也适用于纵、横缝之间的突出部位，人工刮平的方式能够提高施工质量。

5.2 道路养护

摊铺结束后，需要加强重视道路的初期养护工作，封闭路段，车辆绕行。检查修补的路面，发现有漏铺或者缺陷的位置，进行补修。在完成养护后，及时清理施工过程中的垃圾，并在满足通车条件后，尽快恢复通车。

5.3 玄武岩纤维微表处施工质量控制

5.3.1 施工质量控制

在施工前，必须提交每种材料的检查报告，并在施工前对混合料进行抽样检测，满足要求，才能开始施工。原材料和乳化沥青的含水量发生变化时，必须按照标准调整配合比，并按照调整后的配合比再进行施工。

5.3.2 施工质量检测

在施工过程中，应按照规范和相关准则，严格控制施工质量。施工质量与最终道路的完工密切相关。施工完成1 个月后，必须对道路进行检测，不符合标准要求的必须重新返工维修。

6 玄武岩纤维微表处技术应用思考及评价

6.1 玄武岩纤维微表处技术应用思考

从工程应用情况来看，玄武岩纤维微表处技术的应用有效促进路面摩擦系数的增加，减少路面渗水问题，但是在施工过程中不能为节约施工成本而忽略了非车道部分，将所有的问题路面都修补后，能够减少路面渗水堆积的情况。石料的配伍性控制非常重要，细集料的砂当量不可低于标准值。选择混合料的配合比时，需要结合当地的道路需求和环境气候特征进行适当的调整，选择试验路段进行试验。施工人员的专业水平直接影响施工质量，因此需要选择专业的施工队伍。施工机械的选择应以自动添加纤维的机械为首选，保证加入的纤维能够均匀地分布在沥青混合料中。在完成施工后，混合料不会黏附在车轮上后，方可开放交通，经过车辆的碾压能够促进路面密实度的提升。

6.2 玄武岩纤维微表处技术应用评价

玄武岩纤维微表处技术的应用，有效促进了路面抗裂性和耐磨性的提升，纤维微表处中添加的纤维能够在混合料中改变沥青胶体的结构，纤维具有稳定性、吸附性，实现对混合料的多向加筋，减少路面病害，延长路面的使用寿命，为高速公路工程的建设和发展提供保障，促进经济效益和社会效益的提升。该技术将在今后高速公路预防性养护项目中被推广应用。

7 结语

微表处技术的应用有助于提高预防性养护的质量，通过在G3017 武金高速公路及G2012 营双高速公路中的应用，总结一套经济实用且适合该辖区内高速公路的玄武岩纤维微表处技术施工工艺，为今后的预防性养护提供更多的选择，同时也为纤维微表处技术实施提供有力的技术与实践支持，对高速公路玄武岩纤维微表处预防性养护技术推广具有重大意义。