纤维沥青碎石封层1 引言预防性养护是美国上世纪 90 年代提出的，是在适当的时机对公路设施进行合理的 维护，在路面尚未发生破坏性或刚出现病害时采取强制性保养措施，将病害消除在萌芽 状态，避免路面出现结构性破坏。通过相关研究表明，养护不及时产生道路的早期破坏，增大养护成本，形成恶性循 环，但是在合理的养护时机进行路面的预防性养护，能够有效减缓病害的发展，维持路 面的使用性能，虽然初期投入会增加，但是总体而言会减少路面使用期内的公路中修及 大修次数，提高寿命周期内资金的利用率。目前，国内常用的公路预防性养护措施有稀浆封层、同步碎石封层、超薄磨耗层、 雾封层、微表处等。这些预防性养护措施均各有特点，可改善旧路面的某些使用性能， 比如减少网裂，改善平整度，提高抗滑性能，防止水分下渗等等，但这些技术适用性不 同，各有一定的使用范围及条件限制，没有哪一项措施能将这些养护措施的优点集于一 身，比较全面的解决路面病害，达到预防性养护技术的最终目的。1.1稀浆封层稀浆封层是指用适当级配的石屑或砂、一定比例的填料（水泥、石灰、粉煤灰、矿 粉等）与乳化沥青、添加剂、水等四种材料，经拌合制成均匀的稀浆混合料，并按要求 的厚度及宽度均匀摊铺在路面上而成的沥青表面处治薄层。与传统沥青薄罩面相比，稀 浆封层的特点在于，具有更好的抗磨性、防水性，与下层粘附力更强；可延长道路寿命， 降低养护综合成本；施工速度更快，对交通的影响更小；常温作业，清洁环保。由于影响稀浆封层施工稳定性差，施工中常出现，泛油，松散，脱落等现象，而且 其抗反射裂缝的能力不强，这导致稀浆封层路用性能衰减速度快，过早的发生破坏，严 重影响路面路用性能，下图 1 稀浆封层出现的病害：泛油松散脱落表面划痕图 1.稀浆封层常见病害1.2 微表处微表处是一种由聚合物改性乳化沥青、集料、填料、水和外加剂按合理配比拌和并 通过专门施工设备摊铺到原路面上，达到迅速开放交通要求的薄层结构。微表处在原材 料选择、混合料技术要求都要比稀浆封层严格，其使用性能和寿命都要比稀浆封层有很 大的提高，现阶段作为预防性养护技术使用较为广泛。微表处具有良好的防水、抗滑、耐磨和填充作用，具有修复车辙的作用，可显著改 善路面的使用性能，延长路面使用寿命，很适合于处理路面早期出现的抗滑能力不足、 轻微网裂、松散、麻面和车辙病害，避免病害进一步发展，起到预防性养护作用。同时， 在实际施工过程中，微表处仍然存在一定的问题，诸如：混合料可拌和时间太短，表观 效果差，摊铺厚度不够，表面泛油，纵向和横向接缝不美观，脱落等，而且其养护费用 也较高。1.3 同步碎石封层同步碎石封层是采用同步碎石封层车将碎石及黏结材料同步铺洒在路面上，通过自 然行车碾压形成单层沥青碎石磨耗层。它主要作为路面表层处治使用，也可用于低等级公路面层。同步碎石封层实质是一种超薄沥青碎石表面处治层，其整体力学特征表现为柔性，能够提高路面防渗水性能、抗滑性能，延长路面使用寿命。其不足之处为：同步碎石封层的工程造价较高，而且其抗裂效果一般，实际工程中，经常出现碎石脱落现象， 而且如果同步碎石封层与原旧路面之间粘附性能不强，易出现脱皮现象，影响路面的使 用功能，图 2 为同步碎石封层经常出现的病害：碎石脱落封层脱皮图 2. 同步碎石封层常见病害1.4纤维沥青碎石封层预防性养护技术纤维沥青碎石封层技术是指采用纤维沥青碎石封层核心设备同时撒布改性乳化沥 青和纤维，然后再撒布碎石，经碾压后形成新的磨耗层，这是一种全新的道路养护技术， 纤维沥青碎石封层按层位功能分为上封层（表面磨耗层）和下封层（应力吸收层），其 结构图如图 3 所示：高防水性、高稳定性等路用性能及耐久性能。应用于公路沥青混凝土路面上封层，能较好地封闭原路面的龟网裂，提高原路面的防水性能，恢复或改善原路面的使用功能，延缓原路面的大修周期，具有了较好的经济成本效益和良好的推广应用前景；应用于沥青 路面应力吸收层，具有良好的应力吸收、分散能力和坚固的防水中间层，它能够吸收和 分散沥青路面原有裂缝或路基的反射应力，消除旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中， 能够有效地抑制反射裂缝出现，有效阻止了因车载负荷过重造成的路面破坏，而且降低了面层的低温脆裂性，防止水损坏。图 4. 纤维沥青碎石封层试件浇筑步骤2 国内外纤维沥青碎石封层研究现状2.1国外纤维沥青碎石封层研究现状分析纤维沥青碎石封层技术是由拥有 40 多年公路建设和养护经验的法国赛格玛公司发 明，目前在英国、美国、澳大利亚、法国等国家和地区的道路建设和养护工程中普遍应 用，其中对其性能也都进行了相应的研究。美国纽约州奥林斯郡曾在 2003 年分别对一条公路分幅分别应用纤维沥青碎石封层 和普通碎石封层，并进行长期跟踪路况对比检测，结果显示在通车半年后，普通碎石封 层养护路面，由于没有加入纤维的作用，原旧路面的裂缝反射到封层表面，而纤维沥青 碎石封层其路用性能依然良好，未出现路面裂缝；通车一年后，经过两个冬季的通车运 行，碎石封层开始出现脱粒现象，局部出现碎石跑光现象，纤维沥青碎石封层依然良好， 未出现明显的碎石脱落现象；通车2 年后，碎石封层在轮迹处出现明显的碎石跑光，并 且进一步出现水损害现象，而纤维沥青碎石封层只在局部出现碎石脱落现象。通过跟踪 研究发现纤维沥青碎石封层较碎石封层能够延缓路面病害的发展，延长路面的使用寿命据统计，在美国，据记载纤维沥青碎石封层可延长路面使用寿命 10 年以上。澳大 利亚有关机构研究表明，纤维沥青碎石封层能使损坏比较严重的道路寿命增加 1015 年。曾有四个不同的国家对纤维沥青碎石封层进行了一项长达 15 年之久的持续实验室xXj耒使川纤维硏疗砰石丄仏捣寸汕礙上试件实脸狡脈 呂为侵用纤毋沏肯碎心封层沏机廉土试件买轨数据 血a硒环淑数A30(lN/T11 m伙数1 禎(H)出现断絕评估，一致的实验结果数据以及现场评估观察均表明：与未实施纤维沥青碎石封层路段 相比，纤维沥青碎石封层能够明显改善沥青路面的质量，抗拉强度提高30%以上，抗疲 劳性能增加 30%以上，抗裂性能增加 300%以上。用理ft 也现 裂睹 2500 _图5纤维沥青碎石封层提高路用性能纤维沥青碎石封层预防性养护技术在国外已经广泛使用，应用技术经验已经相当成 熟，通过图5 可知因其具备良好路用性能适合多种公路的应用，并且由于使用材料特性 以及特殊的施工工艺，具备良好经济效益和社会效益，已经成为欧美等发达公家首选的 养护措施。2.2国内纤维沥青碎石封层研究现状分析随着对预防性养护观念的不断深入，纤维沥青碎石封层因其可以迅速恢复路面的使 用性能，得到越来越多的重视。2007年 6月底，在法国赛格玛公司相关技术人员的协助 下，辽宁营口在中国首次进行了纤维沥青碎石封层施工，2008 年 10 月，纤维沥青碎石 封层在浙江进行施工，效果较好，各项指标均满足要求，2009 年 3 月，在山东日照完成 了纤维沥青碎石封层应用于应力吸收层施工，并且性能良好。通过辽宁、浙江省以及山东省试验段及实际应用效果发现，该技术对路面所发生的 早期病害，特别是网裂等病害有很好的治愈和预防作用，这项预防性养护新技术集目前 养护技术的优点于一身，克服了现有养护技术的不足和缺憾，采用纤维封层养护的路面 各项路用性能大幅度提高，有效地延长沥青路面的使用寿命，减少了寿命周期的养护费 用。随着国内对于纤维沥青碎石封层的研究和使用，取得了一定的成果：大连理工大学叶尖等通过对纤维沥青碎石封层的研究，进行了室内试验试件成型的 研究，提出了纤维沥青碎石封层试件成型方法，包括胶垫厚度、初压次数、复压次数、 养生温度等条件。长安大学陈晓娟等根据断裂力学理论，通过ANSYS有限元软件，建立了纤维沥青 碎石封层路面结构计算模型，分析了纤维沥青碎石封层抗裂机理，计算了不同轴载、路 面强度、裂缝宽度状况下的应力强度因子，建立了纤维沥青碎石封层的使用寿命模型。长安大学杨昆等对于纤维沥青碎石封层研究从复合材料角度出发，利用细观力学对 纤维沥青碎石封层进行模量预估，并且运用ANSYS有限元软件模拟纤维拉拔试验，研 究纤维/沥青界面力学性能。长安大学郭寅川等结合纤维沥青碎石封层使用的实际情况，开发了多功能沥青混合 料动态渗水试验仪以及沥青路面材料动水压力冲刷试验仪，从而进行了纤维沥青碎石封 层动水压力下的防水性能研究。总的来说，随着相关研究的开展，纤维沥青碎石封层优越的性能得以体现，但是随 着预防性养护技术的不断推广，纤维沥青碎石封层在使用过程中依然存在一定的不足： 1纤维沥青碎石封层在国内属于起步阶段，还未形成系统的理论体系，配合比设计方 面主要还是依靠经验法，我国幅员辽阔，各地气候环境、温度、湿度都不尽相同， 用于全国各地公路的纤维沥青碎石封层配合比会有一定差异。2纤维沥青碎石封层具有良好的路用性能，但是国内现阶段对于其 高温性能、防水性 能等没有找到合适的方法进行评价，路用性能评价体系不够完善。3纤维沥青碎石封层作为预防性养护技术，对原路面路况有一定的技术要求，如何通 过结合有限元力学模型以及作用机理，提出纤维沥青碎石封层的适应性还存在不足。3 纤维沥青碎石封层技术特点3.1 良好的应力吸收和分散能力具有网络缠绕结构的纤维沥青碎石封层，由于纤维本身具有较大的抗拉伸强度和高 弹性模值，有效地提高了封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。当纤维沥青碎石封层 用于应力吸收中间层（SAMI）施工，铺设于旧沥青面层与新沥青面层或新建路基和新 建沥青面层之间做粘结层时，兼具极高的张力与弹力，加之独特的结构，对外界应力具 有极好的吸收和扩散功能；一方面它能够吸收摊铺层中的应力或车辆荷载产生的局部应 力集中，使其分散和重新分布。通过纤维封层大面积的分散减少了覆层所承受的张力并 有效抑制了裂缝的扩展；另一方面它能够吸收和分散旧沥青路面原有裂缝或路基的反射 应力，消除旧沥青路面裂缝尖端产生的应力集中，能够有效地抑制反射裂缝出现，从而 阻止了因车载负荷过重造成的路面破坏，极大地提高了道路的使用寿命。3.2 高耐磨性纤维沥青碎石封层洒布后，紧接其后进行碎石洒布，洒布后的集料进入由纤维与沥 青结合料形成的网状结构中，压实成型后集料被结合料网状结构紧紧裹缚，形成了一个 复合的力学嵌锁体系，类似微观领域中的分子结构物理模型，纤维、沥青和骨料紧密相 连，有效抑制了碎石的滑移，脱落。因此，采用纤维封层进行磨耗层施工能够极大地提 高路面的耐磨性，延长路面使用寿命。3.3 高防水性当纤维沥青碎石封层用作沥青路面耐磨层或养护施工时，以其独特的网络结构和综 合力学性能，在北方寒冬季节里，纤维封层因具有较高弹性模量和延伸力强，抗拉强度 远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉应变，降低了面层的低温脆裂性，能够有效抑 制沥青路面的低温收缩裂缝产生，避免了面层最大的“敌人”水的破坏。3.4 高稳定性结合纤维封层形成的机理可知，其结构为两层乳化沥青及一层纤维和一层碎石形成 的一层物料相互作用的致密网络缠绕结构。第二层乳化沥青的连续洒布，更加提高了封 层的密闭性，加之在结构中起到加筋和桥接作用的纤维对于前后两层沥青结合料起到极 强的吸附作用，它能非常容易地吸附沥青中的油分，增加其粘度，能有效阻止沥青的流 动，在原有路面上形成一层致密的保护膜，对沥青起到高温稳定、增韧阻裂的作用，从 而避免了高温泛油造成的路面破坏，更好地保护了道路路基因水渗透的早期破坏，延长 了道路的寿命。3.5 施工快捷性加快养护施工速度、缩短开放交通时间也是衡量道路养护工艺先进性的体现。法国 SECMAIR 公司研制的纤维碎石封层车能够实现一台设备上同时完成两层乳化沥青洒布 和一层纤维洒布。乳