浅谈纤维碎石封层施工工艺

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  【摘 要】 研究和探讨纤维封层技术在我国公路养护工程应用,适用范围、优点、缺点、施工工艺、及前景。
  【关键词】 纤维封层;施工工艺;道路养护
  一、纤维碎石封层适用范围及优点、缺点
  随着我国经济的发展,各等级公路建设进入了一个崭新的阶段。公路里程逐年增加,公路养护工作成为重点工作,陆续出现了一些路用新材料、新技术、新工艺。纤维碎石封层封层技术是一种经济、有效的路面养护技术,已在国内外应用多年。
  纤维碎石封层技术起源于英国,凭借其优越的性能和广泛的适用性,在国际上推广多年。现该技术在英国、美国、澳大利亚、法国等国家得到了广泛应用。经过长期的实验室评估和现场性能跟踪监测,结果表明纤维封层技术具有良好的应用吸收和分散能力,并具有超强防水功能,能够有效防止反射裂缝、阻断路基与面层的病害互联,另外该工艺具有施工速度快、封闭交通时间短的特点,延长路面使用寿命,推迟路面的大修周期;降低路面养护成本;提高道路服务功能;保护环境、节约能源,降低投入;施工方便,提高效率,开放交交通早。
  1、纤维碎石封层的适用范围
  对实施纤维碎石封层的路段要求基层和面层具有一定的强度,平整度要好,路面破损率要低。适用于大修路段的基层和面层之间、路基强度好的旧沥青路面与上面加铺层之间用作应力吸收中间层,用以吸收和分散应力,阻止路基裂缝或旧路面的裂缝反射到上覆层。适用于基层强度好,出现轻微的龟网裂现象需要中修改造的老路面,用来做磨耗层施工,预防并抑制裂缝继续扩延,而且起到路面防水防滑的作用。
  2、纤维碎石封层技术优点
  (1)纤维碎石封层具有良好的应力吸收和分散能力:具有网络缠绕独特结构的纤维封层,由于纤维本身高抗拉伸强度和高弹性模量值的特性,有效地提高了封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。利用纤维封层进行应力吸收中间层施工。铺设于旧沥青路面层与新沥青面层或新建路基和新建沥青面层之间的纤维封层粘结层,兼具极高的张力与弹力,加之独特的结构,对外界的应力具有极其有效的吸收和扩散功能,是一种很好的应力吸收中间层。通过纤维封层大面积的扩散减少了覆盖所承受的张力并有效的抑制了裂缝的产生,另一方面它能够吸收和扩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的出现,极大地提高了道路使用寿命。路面抗拉强度增大30℅以上,抗疲劳性能增大30℅以上,抗车辙性能增大300℅以上,阻止了因车载负荷过重造成的路面破损。
  (2)纤维碎石封层吸具有高耐磨性:纤维碎石封层设备洒(撒)布改性乳化沥青和纤维后,紧接其后进行碎石集料撒布,撒布后的集料进入纤维与改性乳化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。有效地限制了骨料的滑移,脱落,能极大地提高路面的耐磨性,有效地延长了道路的使用寿命。
  (3)纤维碎石封层吸具有高防水性:具有独特的网络结构和综合力学性能纤维封层用作改性乳化沥青路面耐磨层或养护施工,纤维封层因为高弹性模量值,延伸力强,其抗拉强度远远大于温度变化带来的收缩拉应力或拉應变,降低了面层的低温脆裂性,能够有效的抑制了沥青道路常规裂缝—低温收缩裂缝的产生,避免了水的破坏。
  (4)纤维碎石封层吸具有高稳定性:结合纤维碎石封层形成的机理可知,其结构为1层改性乳化沥青+1层玻璃纤维+1层改性乳化沥青+1层碎石形成的一层物料相互作用的致密网络缠绕结构。两层改性乳化沥青的连续洒布,更加提高了封层的密闭性同时纤维吸附改性乳化沥青中的油分,增加其粘度和粘附力,能明显阻止改性乳化沥青的流动,在原有路面上形成一层致密的保护膜,该封层明显地具有更高的防水性能。对沥青起到高温稳定,增韧阻裂的作用,从而避免了路面高温泛油造成的路面破损。更好的保护了道路路基因水渗透的早期破坏,稳定了道路的使用寿命。
  (5)纤维碎石封层具有施工快捷性: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。纤维碎石封层这种连续施工工艺极大地缩短了沥青道路的养护时间,缩短了开放交通的时间。纤维封层施工后,改性乳化沥青破乳20分钟即可开放交通。中间应力吸收层可更快的开放交通。
  3、纤维碎石封层技术存在缺点
  (1)纤维碎石封层试用与低、中交通量道路,在高交通量道路上使用影响其性能,表现为有集料散失、泛油现象。
  (2)纤维碎石封层表面粗超比普通路面行车噪音较大,行车舒适度较差。
  (3)纤维碎石封层表面构造深度较大外观粗糙对日常养护有影响。
  (4)纤维碎石封层存在成型慢,集料过剩、脱落现象如清扫回收不及时存在一定交通安全隐患。
  二、纤维碎石封层配合比设计
  1、改性乳化沥青:
  纤维封层技术,主要使用SBS、SBR、CR等改性乳化沥青作为封层结合料,它具有提高高温稳定性、提高低温抗缩裂性、提高粘附强度,提高早期强度、提高抗剥落能力、恢复交通快、延长路面使用寿命等特点。路面状况、施工工艺类别、环境等因素是决定纤维封层改性乳化沥青类型和用量的关键因素。旧路面粗糙度越大,改性乳化沥青的用量就越大;耐磨层及面层养护时用量要比中间应力吸收层施工大一些;相对来说高温季节施工,改性乳化沥青用量要比低温季节施工用量要小一些。
  改性乳化沥青技术标准
  项目 单位 标准 项目 单位 标准
  筛上剩余量 % ≤0.3 储存稳定性 5d %
  ≤5
  离子电荷 - + 1d ≤1
  破乳速度 - 慢裂 粘附性 - >2/3
  蒸发残留物含量 % ≥60 恩格拉粘度(25℃) S 3-60   蒸发残留物性质 针入度(25℃) 0.1mm ≤100 细粒式拌合试验 - 均匀
  粘韧性(25℃) N.m ≥3.0
  低温存储稳定性
  (-5℃)
  - 无粗颗粒结块
  2、纤维
  纤维应选用具有良好切割性、较高断裂强度、较好吸油性、对环境无污染、对施工人员身体健康无害的无硼、无氟喷射无捻粗纱型玻璃纤维。纤维的用量根据路面状况,施工类型来确定多少,路面龟网裂现象比较严重的用量要大一些。中间应力吸收层比做磨耗层的纤维用量要大。玻璃纤维能切割成3㎝、6㎝和12㎝等长度。根据试验,选择纤维纤维长度。
  纤维质量要求
  检测项目 单位 指标 备注
  碱金属氧化物含量 % 无碱(E玻璃)类型≤1%
  中碱(C玻璃)类型11.6%-12.4%
  纤维直径 ?m 12-23
  线密度 tex g/㎞
  断裂强度 N/tex 0.20 用于应力吸收中间层时≥0.25
  吸油率 - ≥自身质量5倍 纤维吸油率试验
  侵润剂含量 % 0.5-2.0 增强型侵润剂
  外观检查 - 符合GB/18369-2001 蛛网、磨损、错股、污渍、起毛、集束等检测项目
  抗拉模量 Mpa - 参考值:3100-3400Mpa
  极限拉
  伸应变 % - 参考值:3.3%-3.6%
  吸水性 - 较小 观察吸水后质量和体积变化(5d)
  3、碎石
  可以采用石灰岩、花岗岩、玄武岩,常用级别为:4/6mm,6/10mm,10/14mm,具体所用级配要根据交通量、施工结构等不同因素选择,石料要清洁,石粉、泥土杂质含量不能超过1﹪,石料级配为单一级配。对于面层养护和应力吸收中间层施工,原则上以上三种碎石级配均可采用。磨耗层及面层养护施工普遍采用6mm/10mm碎石级配玄武岩。碎石应尽量选用立方体形状,具有一定破碎粗集料,针片状含量符合要求粗集料技术指标。
  碎石质量要求
  检验项目 单位 标准 试验方法 备注
  表面磨耗层 应力吸收中间层
  压碎值 % ≤26 ≤30 T3016-2005 磨耗层参照高等级公路
  洛杉矶磨
  耗损失 % ≤28 ≤35 T3017-2005
  磨光值 psv ≥40 - T0321-2005
  软石含量 % ≤3 ≤5 T0320-2005
  吸水率 % ≤2 ≤3 T0304-2005
  坚固值 % ≤12 - T0314-2000
  针片状 % ≤18 ≤20 T0312-2005
  破碎面 - - T0346-2005
  粉尘含量 % ≤1 ≤1 T0310-2005
  与沥青附着力 % ≥90 ≥90 Vialit试验
  4、纤维碎石封层施工各材料用量
  纤维碎石封层施工各材料用量表
   材料名称
  用量
  施工类型 改性乳化沥青 纤维 碎石 备注
  应力吸收中间层 1.5~1.9kg/㎡ 70~120g/㎡ 6~10m3/1000㎡ 根據路面状况、施工工艺类别和环境因素来确定实际施工用量
  磨耗层 1.6~2.3kg/㎡ 50~100g/㎡ 8~12m3/1000㎡
  三、施工工艺
  (一)施工准备
  1、首先组织有关技术人员到施工路段现场勘察路面状况,根据路面网裂、龟裂情况、交通量大小来确定结构类型及施工方案。
  2、路面病害处治非常关键,直接影响到纤维封层工程的质量,所以需要施工路段的所属单位必须在纤维封层施工前对路面的翻浆、坑槽、拥包、沉陷、推移及严重龟裂等路面病害进行预先处理,并且保证质量。
  3、外业勘察后结合实验测定各种材料种类及其用量,其中碎石和改性乳化沥青附着力试验尤为重要,附着力实验即为落球实验也称粘附性实验,另外改性乳化沥青、玻璃纤维及碎石撒布量大小施工前也需现场测定。
  4、机械设备准备
  维封层设备;保温沥青罐车、碎石撒布车两台、装载机、集料运输车、10吨以上胶轮压路机一台、交通引导车、路面清扫工具等其它小型机具。
  5、施工前对各种施工机械应进行全面检查,应经过测试并使其处于良好的性能状态。应有足够的机械,施工能力应配套。
  6、纤维封层的工序衔接,每个作业段长度应根据压路机数量、洒铺设备能力等确定。
  7、纤维碎石封层宜在干燥和较热的季节施工,并应避开雨季及低温季节,当气温达到10℃并且持续下降时,不允许进行施工,但是在气温到达7℃并且持续上升时可允许施工。
  8、现场技术人员及操作员进行岗前技术培训及安全教育。
  (二)施工作业
  1、施工前准备工作:在施工路段内必须设置施工安全警示标志,如全幅封闭或半幅封闭交通,事先必须与当地交警部门协调。施工前必须把原路面清扫干净,除去裂缝内的粉尘,确保路面无尘土、垃圾等杂物以保证不影响改性乳化沥青,与原路面的粘附性。确定纤维封层设备的状态,设定等都正确,确定改性乳化沥青、石料、配套设备都已准备就绪。施工前必须测定沥青罐内改性乳化沥青的温度,使喷洒温度控制在60℃左右。
  2、组织好施工队伍,明确人员分工,并且与施工人员事先进行研讨,并就设计和施工要求、施工时间、质量标准、安全操作等规程向施工人员详细交底。
  3、纤维碎石封层施工前应选择合适路段根据试验所得数据铺筑长度50米左右不等的试验段施工作业,通过试验路段检验检验材料用量的准确性均匀性、石料的嵌挤效果,根据试验路段铺筑检查机械设备性能状态,检验乳化沥青、碎石、纤维用量是否符合设计要求,根据效果对施工设备、施工各参数进行实地调整,直至达到预期效果后,才进行正常施工。   4、纤维封层设备同时洒(撒)布2层改性乳化沥青和1层玻璃纤维,车速控制在3.5km/h左右,操作员应时刻注意观察洒(撒)布情况,如出现不均匀的或有中间断条情况,应立即停车检查如发现问题及时处理。
  5、撒布量一般控制在10立方米/1000平方米左右,应力吸收层撒布覆盖率在70﹪以上,磨耗层玄武岩的覆盖率为整个面积的100℅,由两台碎石撒布车连续交替跟进作业。注意严禁撒布车在施工路面上有急转弯或急刹车等情況出现;操作人员要根据车厢举起的角度和石料的多少现场进行撒布量调节,对于撒布在路边的散料,由人工进行及时的收边和清理。
  6、紧跟着碎石撒布后的是自重10吨以上的胶轮压路机进行跟进碾压2次,初次碾压速度2km/h,第二次碾压速度2.5km/h,碾压后的碎石颗粒浸入深度为粒径的1/2为宜,并且注意在改性乳化沥青破乳之前完成碾压工作。
  7、在常温状况下碾压完成后,待改性乳化沥青完全破乳20分钟后即可全面开放交通,但必须对来往车辆限速在40公里以内。
  8、对于局部纤维封层纯在碎石脱落要及时喷洒乳化沥青、碎石进行修补。
  9、及时清扫回收脱落碎石做好养护工作。
  四、纤维封层的施工质量评定
  1、均匀度是现场评定改性乳化沥青,纤维、石料的撒(洒)布情况,如有不均,可随时调整。
  2、碎石剥落量是评定石料与改性乳化沥青粘附性情况,提出选用的石料和改性乳化沥青的类型及质量是否存在问题。
  3、通过后评估,连续对实验路段进行观察、分析、评价性能变化规律,来评定防水性能及使用寿命等。
  五、结束语
  纤维碎石封层技术虽然存在一定的缺点,但能有效的解决了路面龟裂、网裂等病害,提高了路面状况和使用寿命,而且降低了大修成本。适合于在同类状况的路面上推广应用,并且可以应用于桥梁防水层的施工、旧水泥路面改造、各级公路下封层的施工以及山区公路用于路面防滑的施工中去,总之,纤维碎石封层技术作为一种全新的养护手段,其经济性能和技术性能都十分优越。
  参考文献:
  [1]微表处和稀浆封层技术指南《人民交通出版社》
  [2]稀浆封层设计与施工技术指南《人民交通出版社》
  [3]乳化沥青及稀浆封层技术《人民交通出版社》
  作者简介:黄金龙,年龄:42,性别:男,民族;汉,学历:本科(沈阳建筑大学),职称:工程师,职务:主任,工作单位:抚顺市公路工程监理有限责任公司。
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