公路养护管理：同步纤维磨耗层在公路养护中的应用

摘 要

预防性养护可以延长道路使用寿命，延缓路面破坏。同步纤维磨耗层作为新型的预防性养护技术，具有耐磨、抗裂、粘附性高及稳定等特点。本文依托山西省高平市公路养护项目，介绍了同步纤维磨耗层的技术特点、材料选择及施工工艺，结果表明同步纤维磨耗层施工后效果良好，路面各项性能得到了提高，延长了路面的使用寿命。

关键词

道路工程 | 预防性养护 | 同步纤维磨耗层 | 配合比中图

山西省331省道(简称“曲辉线”)起于山西省临汾市曲沃县，经翼城县、沁水县、高平市、杨寨乡至陵川小坪上进入河南省，道路全长246公里。本项目标段位于山西省高平市内，为山西省331省道K31段至K32段，全长1公里，项目工程量为11000平方米。

331省道为省级道路，设计时速60公里/小时，路基整体式断面宽度11米，经过多年的服役，331省道部分路段的路面使用功能弱化，特别是在恶劣的天气因素影响下，出现了裂缝、车辙、拥包和集料脱落等病害，因此需要通过罩面处治进行养护。

目前，传统的预防性养护手段有微表处、稀浆封层、雾封层及薄层罩面等。微表处作为一种常用的预防性养护手段，具有施工速度快、常温施工、技术成熟等特点。但是微表处存在颗粒间粘聚性较弱和与原路面粘附性差等问题，在罩面处治后与原路面的粘结效果不好，容易造成剥落脱皮。而同步纤维磨耗层技术对微表处的施工工艺进行了改良，依托加入玻璃纤维和磨耗层与粘结层同步施工，解决了微表处和稀浆封层的技术难题，有效地提高了路面的使用性能。为此，山西省高平市公路管理段引入同步纤维磨耗层技术进行实践研究，项目最后确立了旧路面的罩面处治方案为:通过采用专用设备对旧路面洒布0.3-0.5/㎡的改性乳化沥青粘层油，同时加铺厚度为0.9mm的同步纤维磨耗层罩面。

技术原理及现状

道路预防性养护概念(PreventiveMaintenance)是由美国在20世纪90年代提出的，与传统的道路养护相比，预防性养护主要表现出以下两个优点:(1)在保持道路结构称重能力不变的基础上，减缓道路破坏速度，延长道路使用寿命年限，从而使得道路的系统功能水平得以提高;(2)在适宜的路面上，能够更加适时、恰当合理地得以运用。目前，传统的预防性养护手段有微表处、稀浆封层、雾封层及薄层罩面等。

同步纤维磨耗层作为一种新型的预防性养护方式，由德国百灵公司在2000年提出，并广泛应用于欧洲等发达国家。2006年，同步纤维磨耗层技术被引入到国内，但是受限于高性能粘结材料和施工设备，直到2012年，第一条同步纤维磨耗层试验路段才开始铺设。在微表处和同步薄层罩面的基础上，同步纤维磨耗层技术结合了混合玻璃纤维冷拌合工艺以及改良粘结层工艺，利用专业设备，同时喷洒乳化沥青粘结料和摊铺拌合玻璃纤维的混合料，从而形成磨耗层，使得同步纤维磨耗层技术得以更好地运用于路面预防性养护罩面，实现混合料的冷拌冷铺，加强吸附程度，提高了路面的各项性能，延长了路面的使用寿命。

技术性能和特点

加入了改良的粘结层工艺和玻璃纤维的冷拌合工艺，同步纤维磨耗层与传统传统的养护手段相比体现出“高耐磨性”、“高粘附性”和“高稳定性”的技术性能和特点。

(1)高耐磨性:同步纤维磨耗层施工后，玻璃纤维和改性乳化沥青结合料形成的网状结构将骨料包裹在其中，骨料、玻璃纤维、改性乳化沥青紧密相连，使得骨料难以脱落和滑移，有效地提高了路面的耐磨性。

(2)高粘附性:同步纤维磨耗层施工时在粘结层的连接层同步喷洒高性能改性乳化沥青粘结料，有效地提高了与原路面的粘结性。

(3)高稳定性:玻璃纤维在同步纤维磨耗层混合料中不仅起加筋、抗裂和稳定的作用，还由于玻璃纤维与沥青结合后，会吸附沥青的油分，有效的降低了沥青的流动性，在旧路面上形成一层保护膜，增强了磨耗层的粘结度，提高了磨耗层的稳定性。

施工优势

在实际现场施工中，同步纤维磨耗层依托专用的施工设备和改良的施工工艺，与传统的养护手段相比，施工更加高效快捷，施工季节更加宽泛，施工更加安全、节能、环保。

(1)施工高效快捷

同步纤维磨耗层在施工过程中，仅采用一台专用设备，便可以同时完成喷洒高性能改性乳化沥青、沥青混合料拌和和摊铺的“三位一体”的施工工艺。与传统预防性养护手段相比，同步纤维磨耗层施工大大减少了施工设备数量，有效提高了设备的利用率，加快了施工速度，缩短了开放交通的时间。

(2)延长施工季节

同步纤维磨耗层采用改性乳化沥青混合料进行冷拌冷铺，与热沥青修补相比，受低温气候的影响较小，大大延长了施工季节。在沥青路面发生病害较多的阴雨和低温季节，仍然可以及时修补病害路面，从而改善路况。

(3)施工更加安全、节能、环保

同步纤维磨耗层施工过程中，只需在120℃至140℃的条件下对沥青加热一次，并且施工时集料不需要加热，与热沥青相比，大大降低了有毒气体的排放量，改善了施工环境，施工过程更加安全、节能、环保。

集料、水、改性乳化沥青和玻璃纤维是同步纤维磨耗层混合料的主要组成部分。其中，改性乳化沥青为同步纤维层混合料中的结合料，主要包括SBS、SBR改性乳化沥青。在实际施工过程中，同步纤维磨耗层结合料的用量受到施工现场环境以及旧路面的情况等因素的影响，路面粗糙程度越大，改性乳化沥青粘结料的用量也随之增加。同步纤维磨耗层均采用优质的玄武岩集料。

改性乳化沥青

使用改性沥青铺设的路面有较好的抗磨、抗裂、耐久等性能，在高温环境下不软化，低温环境下不开裂。

本项目采用PCR、BCR改性乳化沥青(均为改性剂剂量大于或等于3%的阳离子聚合物改性沥青)。施工时，喷洒粘层使用的改性乳化沥青洒布温度为50℃到70℃，拌和使用的改性乳化沥青温度为25℃左右。改性乳化沥青具体指标如表1所示。

集料

集料是指用在混合料中的碎石、砾石、矿渣、天然砂、人工砂、石屑、水泥、矿粉、粉煤灰等，它们在混合料中起骨架和填充的作用。同步纤维磨耗层混合料中使用的集料应粗糙、耐磨、洁净，规格选择分为0~2.36mm，2.36~4.75mm，4.75~9.5mm。要严格控制2.36~4.75mm和4.75－9.5mm两种规格的集料粉尘含量小于0.075mm含量比例不大于1%。

玻璃纤维

玻璃纤维在同步纤维磨耗层混合料中主要起加筋、抗裂、改善浆状和提高稳定性的作用。实际施工过程中，结合旧路面的状况和施工现场条件，通过现场试验确定纤维用量。本项目选用喷射无捻粗纱型玻璃纤维。在施工过程中，分别利用电脑和卷轴式纤维盘来计量和控制纤维用量。纤维的用量通常为1%左右。

级配

级配是集料各级粒径颗粒的分配情况，通过筛析试验确定。本项目采用SFC型矿料级配，级配范围如表2所示。

混合料配比

通过不同条件下的同步纤维磨耗层拌和试验，优化配合比设计，确定同步纤维磨耗层混合料的配合比为集料:水:沥青:玻璃纤维=100:8:10:0.1，最佳油石比为6.2%。配合比试验技术指标要求如表3所示。

施工流程

施工得以安全高效进行、保质保量完成是建立在合理的施工流程基础之上的。如图1所示，同步纤维磨耗层施工流程主要为:(1)摊铺前准备工作:摆设安全标志，清理路面杂物，拉线铲除不顺适的表层料，车辆装配材料;(2)摊铺开始:车辆就位，喷洒乳化沥青，起步铺装，修整接缝;(3)摊铺结束，清理摊铺机里的废料，看护破乳;(4)车辆装配材料;(5)重复步骤2、3、4;(6)施工结束:开放交通。

施工设备

同步纤维磨耗层需要专用设备同时喷洒乳化沥青粘结料、摊铺拌合纤维的冷拌混合料形成磨耗层。德国百灵(BREINING)集团生产的SP系列同步纤维磨耗层设备专用于同步纤维磨耗层的施工，但是由于德国百灵设备售价及租金较为昂贵，难以满足国内同步纤维磨耗层施工的需求，延缓了同步纤维磨耗层技术在国内的推广。为了缓解这一难题，推广同步纤维磨耗层技术在国内的应用，中咨公路养护检测技术有限公司联合中交西安筑路机械有限公司，在现有设备基础上研制了国内首台同步纤维磨耗封层车，该设备可将集料与乳化沥青粘结料拌合，并将粘层喷洒与混合料摊铺同步完成，完成旧路面的快速罩面修复。图2为同步纤维磨耗封层与封层车施工过程中同步喷洒乳化沥青粘层示意图。

施工效果

项目采用同步纤维磨耗封层车同时完成喷洒高性能改性乳化沥青粘结层及纤维磨耗层的施工。施工结束后，在规定时间内对施工后路面的抗滑性能、渗水性能等指标进行了测试，测试结果显示同步纤维磨耗层的路用性能指标均高于微表处规范要求。进行了通过对山西省331省道K31段至K32段路面进行同步纤维磨耗层养护施工，改善了旧路面的状况。施工前后路面状况对比如图3、图4所示。

本文基于山西省331省道K31段至K32段的工程养护项目，对同步纤维磨耗层的应用情况进行了介绍:

(1)利用同步纤维磨耗封层车，使得喷洒高性能粘层油和摊铺同步纤维磨耗层罩面两个步骤得以同时完成，解决了传统微表处施工后出现的层间粘结失效等问题，从而更好地保障了加铺结构与旧路面的整体性。

(2)通过不同条件下的同步纤维磨耗层拌和试验，优化配合比设计，确定同步纤维磨耗层混合料的配合比为集料:水:沥青:玻璃纤维=100:8:10:0.1，最佳油石比为6.2%。

(3)经过优化同步纤维磨耗层混合料的配合比、严格控制施工质量，通过运用同步纤维磨耗层技术进行养护的路面表观效果较好，路面各项性能指标均高于微表处规范要求，大大改善了路面状况。