加纤微表处在汕（头）湛（江）高速公路预防性养护中的应用

加纤微表处在汕（头）湛（江）高速公路预防性养护中的应用

陈高志

广东省南粤交通阳化高速公路管理处    广东茂名    5250000

摘要 ：加纤维微表处具有良好的耐久性、抗疲劳性能、抗滑性能，并且施工快捷、简单、交通影响小。在高速公路预防性养护工程中具有良好的经济、社会效益和推广应用价值。汕（头）湛（江）高速公路区域气候条件多变，且汕（头）湛（江）高速公路需要承载较大的交通运营量，众多因素综合作用，容易造成路面龟裂、损坏、摩擦系数降低、车辙等损害，进一步对行车安全造成威胁。为了防止上述情况的发生，在汕（头）湛（江）高速公路公路施工过程中采用了加纤微表处进行预防性养护，将有利于提高路面摩擦力，防止龟裂情况产生，改善路面渗水情况，延长公路使用寿命。

关键词：加纤微表处；汕（头）湛（江）高速公路；预防性养护；混合料

纤维微表处技术是由聚合物改性乳化沥青、洁净的压碎集料、矿物填料、纤维、水和必要的添加剂组成的稀浆混合料，优点是施工快捷交通影响较小，改善路面的摩擦系数、提高路面耐久性和抗疲劳性。汕（头）湛（江）高速公路区域气候条件多变，且汕（头）湛（江）高速公路需要承载较大的交通运营量，众多因素综合作用，容易造成路面龟裂、损坏、摩擦系数降低、车辙等损害，进一步对行车安全造成威胁。为了防止上述情况的发生，在汕（头）湛（江）高速公路公路营运养护过程中采用了加纤微表处进行预防性养护，将有利于提高路面摩擦力，防止龟裂情况产生，改善路面渗水情况，延长公路使用寿命。

一、 加纤微表处的优点

(1) 高温下，具有优异的抗变形能力。加纤微表处中所采用的沥青为特种复合改性沥青，其软化点高达80 ℃以上，25 ℃时的弹性回复率高达25%以上。采用该沥青能够提高混料在高温下的抗剪切能力，通常25 ℃时的扭剪强度能够达到0.7 MPa以上，因此加纤微表处不易发生剪切破坏、滑移和车辙等损害。

(2) 低温下，具有优异的抗开裂性能。加纤微表处所采用的特种复合沥在5 ℃时的延度可达35cm以上，具有十分优异的低温韧性，因此加纤微表处在低温下不易发生开裂等损害。

(3) 优良的抗疲劳破坏性能：采用的特种复合改性沥青在60℃时的动力粘度高达20000 Pa·s以上，在25℃时的拉拔强度可达0.3 MPa以上，在交变应力作用下，加纤微表处抵抗疲劳破坏的能力得到提高。

(4) 较长的使用寿命：加纤微表处与原路面之间具有超强的粘结强度，而且通过改进材料、级配及摊铺厚度使得加纤微表处的路面强度和封水性能得到改善，使得加纤微表处的使用寿命得以延长。

除了以上优点外，加纤微表处还具有十分优异的抗滑性能和封水性能；而且，加纤微表处路表平整度高，均匀密实，使得车辆轮胎与路面的有效接触点数量增多，从而起到了降噪的效果。

二、项目概况

广东省汕（头）湛（江）高速公路云浮至湛江段及支线工程是广东省高速公路网规划“第二横”（汕头至湛江高速公路）重要组成部分，是珠三角通往粤西地区、西南地区以及大陆连通海南岛的干线通道，位于云浮、阳江、茂名和湛江四市之间。采用四车道高速公路标准，采用双向四车道高速公路标准，整体式路基宽26m、28m，设计时速为100公里/小时、120公里/小时，批复设计概算为330.57亿元。

路面结构采用4.5cm SBS改性沥青混凝土GAC-16C+5.5cm SBS改性沥青混凝土GAC-20C+7cm沥青混凝土GAC-25C+36cm水泥稳定级配碎石+18cm水泥稳定级配碎石+15cm级配碎石。

项目地处粤西山区，高温、台风等区域气候条件多变。项目于2017年12月28日通车，转入营运，通车后承载较大的交通运营量。众多因素综合作用，容易造成路面龟裂、损坏、摩擦系数降低、车辙等损害，进一步对行车安全造成威胁。为了防止上述情况的发生，在汕（头）湛（江）高速公路营运养护过程中采用了加纤微表处进行预防性养护，将有利于提高路面摩擦力，防止龟裂情况产生，改善路面渗水情况，延长公路使用寿命。

三、项目具体实施

从材料选取、配合比设计、设备选定和新工艺的引进等入手，严把工程质量关。

1结合微表处工程的技术特点，对工程材料、技术、人员以及机械设备作出详细的规定为打造优良工程把好第一关，保障工程实施质量。

2严格把好原材料质量关，微表处技术的主要效用是改善路面抗滑性能，原材料质量的好坏将直接影响微表处抗滑性能效果以及使用寿命。

3.1材料选择

粗集料和细集料

粗集料和细集料合成集料分别按照设计比例混合，合成集料中应含有大于65%比重的4.75 mm以下的石料。

表1 集料技术指标测定结果

合成集料配比设计如表2所示：

表2 集料配比设计

改性乳化沥青

根据项目所在粤西地区气候特点和地区石料的性质，采用加纤微表处专用特种复合改性沥青（乳液），选择不同型号的基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂和改性剂（SBR胶乳等）生产改性乳化沥青，其性能应满足我国技术标准的要求。

通过试验确定施工采用中海AH-70基质沥青、阳离子慢裂快凝乳化剂（Q3）、阳离子SBR胶乳制成改性乳化沥青，其性能如表3。

表3 改性沥青乳液检测结果

B纤维

目前可以采用的纤维有很多种，玻璃纤维、聚酯纤维、矿物纤维和聚丙烯纤维等。由于纤维微表处加入纤维的过程中，不需要特殊加热，添加过程都是在常温下进行的。因此，选择了耐久性比较高的玻璃纤维，作为纤维微表处的纤维用材。玻璃纤维的指标如表4。

表4 玻璃纤维的性能指标

C集料

碎石、石屑、均采用辉绿岩，填料采用325号普通硅酸盐水泥，集料级配见表5。

表5集料级配表

配合比设计

本项目微表处配合比做了适当改进。在4.75mm～9.5mm档之间增加了8mm档，集料规格变为0mm～3mm，3mm～5mm，5mm～8mm和8mm～10mm共四档料，并提高了8mm～10mm的含量，在保证抗滑性能的同时，使微表处表面更均匀，达到了降低噪声、延长使用寿命的目的，同时对噪声问题也起到改善作用。配合比验证：结果见表6。此外，添加纤维对混合料的初凝时间基本没有影响。混合料性能试验均采用0.2％的纤维添加量。

表6可拌和时间试验

注：气温28℃，石料32℃，水温28℃，乳液30℃。

B粘聚力试验

粘聚力试验主要用来评价微表处的初凝时间和终凝时间（开放交通时间），粘聚力试验结果见表7。由表7可以看出，添加纤维对混合料的成型及初期强度影响不大，说明纤维微表处同样可以满足快开放交通的要求。

表7 粘结力试验结果

C湿轮磨耗试验和碾压试验

纤维微表处混合料的油石比同样采用湿轮磨耗试验和碾压试验来确定。表8试验数据和施工经验确定纤维微表处最佳油石比为6.5％。同时其6d湿轮磨耗试验结果也可以满足技术要求。

表8 湿轮磨耗和车辙变形试验结果

3.2纤维微表处的施工

3.2.1 施工前准备工作

(1) 路面预处理：施工前需首先对路面破损特征和导致因素进行分析，并对路面破损进行及时修复，防止损害进一步扩大，消除路面质量安全隐患；

(2) 施工设备的调试：为保证施工安全，需要对设备进行检查和调试，使其处于最佳状态。在设备首次使用，连续使用半年后和集料配比发生变化的时候需要对设备的计量系统进行重新标定；

(3) 施工条件确认：在施工之前需对气候进行确认，当气温处于15 ℃并持续下降，或是低于15 ℃时，不能进行施工；另外，路面积水未除尽或养护成型期处于雨季时不能进行施工。

3.2.2 施工步骤

(1) 施工路段封闭：施工之前首先要和施工路段的交通管理部门建立联系，制定出交通管制方案，保证足够的施工期和养护成型期；

(2) 施工路段的清扫：正式施工前需要对施工路段进行彻底的清扫，除去原路面的泥饼、泥土、杂物、油脂等，并需要利用吹风机吹净路面以及利用铁铲和钢刷反复清洁路面，保证施工前的路面洁净无尘、干燥无积水；

3.2.3 加纤微表处摊铺

(1) 将集料装入摊铺机中，调整摊铺箱的摊铺拱度和厚度，使摊铺箱紧贴路面，并使摊铺机对准走向控制线，由施工起点开始摊铺；

(2) 根据石料的含水量以及现场施工集料配比，调整料门的开度和高度；

(3) 开启发动机，接合拌合缸离合器，开启摊铺箱分料器；

(4) 打开料门开关，将石料、水、水泥装入拌合缸，预湿的混料摊移至乳液喷出口；

(5) 调节分向器控制稀浆流向，使其均匀流至摊铺箱左右两侧；

(6) 调节水量，控制稀浆稠度；

(7) 启动封层车并控制以10-30 m/min的速度前进，行进过程中注意保持摊铺箱内稀浆储存量为其溶剂的一半，并注意稀浆生产量与摊铺量的匹配；

(8) 若摊铺机中任意一种材料用尽后，立即中断所有材料输送，带拌合缸中的浆料搅拌均匀、送入摊铺箱并摊铺完成后，停止封层车行进；

(9) 提起摊铺箱，将摊铺机移至施工路段外，清洁拌合缸和摊铺箱，检查剩余材料量。

表9施工阶段质量控制要求

3.2.4 修补

摊铺完成后需要对施工路段进行局部修补，局部缺陷修补主要是通过人工完成的，主要修补处为施工路段中不平整、过厚或过薄处，以及纵向接缝和施工路段的起点和终点。修补过程中需要对纵向刮痕进行填平和清除，修补过后的路面要达到接缝平顺、边沿顺直、表面平整的标准。

3.2.5 养护

加纤微表处摊铺完成后需要对其进行一段时间的养护，在养护期间需禁止施工人员、行人以及车辆在加纤微表处上行进，带起凝结成型并满足开放交通条件后，方可开放交通。

微表处是预防性养护方案，参照《公路沥青路面稀浆封层技术指南》，本次工程采用下面指标进行质量验收。具体项目如表所示。

质量验收指示

通过验收，微表处路面表观质量较好，表面平整、密实，均匀，无松散，无花白料，无轮迹，无划痕，接缝对接平顺；横向力系数平均值SFC=60、构造深度平均值为1.18mm、厚度平均值为9.6mm、渗水系数为1ml/min～6 ml/min，各项指标均符合规范要求。在各项检测指标中，经过微表处罩面后的路面抗滑性能得到了较大提升，横向力系数平均值SFC由38提高至60，达到了预防性养护的目的。

加纤微表处施工结束并实现通车的8-10个月，期间加纤微表处中的水分蒸发完毕，终期强度形成。我们对施工路段的加纤微表处的路面强度进行验收，验收项目、验收指标、验收频率、验收标准以及验收结果如表5所示。图2为现场进行拉拔试验和扭剪试验的照片。进行路面钻芯，钻孔深度需要达到加纤微表处下承层5 mm处。在拉拔头底面和测量点路面之间均匀涂抹环氧树脂粘结剂，使二者粘结牢固。然后，在拉拔头处连接拉拔设备，以10 mm/min的速度进行拉拔试验。拉拔试验完成后，得到最大拉拔力并予以记录。测试温度为28℃，拉拔强度可通过公式1进行计算：

          公式1

其中，F为抗拉强度，单位为MPa；P为最大拉拔力，单位为N；D为钻芯直径，为100 mm；

扭剪试验方法：进行路面钻芯，钻孔深度需要达到加纤微表处下承层5mm处。在扭剪盘底面和测量点路面之间均匀涂抹环氧树脂粘结剂，使二者粘结牢固。然后，在扭剪盘处连接扭剪设备，以90º/s的速度进行扭剪试验。扭剪试验完成后，得到最大扭矩并予以记录。测试温度为28 ℃，扭剪强度可通过公式1进行计算：

         公式2

其中，τ为扭剪强度，单位为MPa；M为最大扭矩值，单位为N·m；D为钻芯直径，为100 mm；

施工完成并开放交通1-2月后，我们对加铺的加纤微表处的路表性能进行了质量工程验收，如图2下图所示，加铺的加纤微表处路表均匀、平整、无明显裂缝出现。表9中路面表观性能验收也表明，加纤微表处路面表面密实、无松散、无花白料、无轮迹、无刮痕，且边线、横纵向对接平顺。质量验收结果表明，本文所涉及工程中所加铺的加纤微表处具有十分优异的防反射裂纹性能。

通过对施工路段路面强度进行验收后发现，在通车8-10个月后，施工路段加纤微表处的表观质量和强度完全符合验收指标要求。通过目测对施工路段加纤微表处表观质量进行验收后发现，施工路段加纤微表处为出现脱落、磨损、衰减和麻面等现象，表观质量均匀无划痕。另外，通过对施工路段每1000米进行2处拉拔和扭剪试验（行车道轨迹带）发现，施工路段加纤微表处最大的拉拔强度为0.66 MPa，最低拉拔强度为0.36 MPa，均满足大于0.3 MPa的指标要求；最大扭剪强度为1.11 MPa，最小扭剪强度为0.97 MPa，均满足大于0.7 MPa的指标要求。以上实验结果均表明，本施工路段的加纤微表处在通车8-10个月后，路面的表观质量和强度均达到了相关的技术指标要求，通过了终期路面强度验收，具有较高的施工质量和较好的运行情况。

图2工程路段施工前后路面外观对比。上图：原路面；下图：加铺加纤微表处路面。

四、结束语

a纤维微表处能有效地提高原路的摩擦力、耐久性和抗疲劳性，同时提高路面的服务功能和使用寿命，具有良好的社会和经济效益。

b纤维起到一定的加筋作用，可有效增加稀浆混合料的整体性，从而提升混合料的抗剪切强度、疲劳性能和抗裂能力，采用该技术改善原路车撤具有很好的效果。

参考文献

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