纤维沥青混凝土性能及应用研究

摘要：阐述了不同型式路面坑槽的形成机理及路面坑槽修补的目的；进行了纤维沥青混合料的配合比设计，并和不添加纤维的沥青混合料进行了高温性能、低温性能及水稳定性能对比验证；最后结合实际工程，总结了纤维沥青混凝土的施工工艺，并且经检测证实其渗水性能良好。纤维沥青混凝土技术适用于路面坑槽修补，值得推广。

关键词：纤维混凝土；路面坑槽；修补；路用性能

0概述

由于公路使用环境的复杂、重载交通的压力、公路建设期间的缺陷等因素，道路在使用一段时期后均表现出不同程度的路面病害---坑槽、裂缝、车辙、唧浆等。

路面坑槽是指沥青路面因矿料松散而出现的大小不同、 深浅不一的坑洞，是一种道路松散类病害，在所有的路面病害中占用很大的比例，且出现频率高。路面坑槽的存在不仅影响这道路的表面功能及使用功能，同时还严重威胁这道路行车安全问题。纤维混凝土坑槽修补技术作为一种新材料技术、新方法，可以满足新时期道路坑槽养护的需求。

1路面坑槽的形成机理分析

由于水与车辆荷载是造成坑槽病害的最主要原因 ，因此夏季多雨季节和晚冬初春冻融季节均为沥青混凝土路面坑槽病害大规模发生的时候。路面坑槽的类型主要有两种，即自上而下的表面型坑槽和路面唧浆引起的自下而上的坑槽。不同类型路面坑槽形成的具体原因如下：

（1）自上而下的表面型坑槽

降雨过程中,雨水较快进入表面层,在中面层实际空隙率较小的情况下,雨水下渗的速度变慢并滞留在表面层沥青混凝土的孔隙中,在大量高速行车的动水压力作用下使沥青从碎石表面逐渐剥落下来 由于水多数滞留在表面层的下部和与下层的交界面上，因此沥青的剥落总是从层底面开始逐渐往上延伸，当层下部较大碎石上沥青被剥落下来之后，下部沥青混凝土就失去了强度，在车载作用下产生网裂和形变，局部网裂后逐渐松散，松散的石料被车轮甩出并形成坑洞

当表面层和中面层均为空隙率比较大的半开级配沥青，底层为密实式沥青混凝土时，降水易渗入并滞留在表面层和中面层，大量快速行车作用使此两层沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂 形变和向外侧推挤，或者形成坑洞 一旦开始形成坑洞，洞上侧和前后层的水都会渗入到坑中，坑洞就会越来越大即使表面层和中面层是密实式沥青混凝土，如果沥青混凝土的均匀性较差或者局部沥青混凝土的压实度不够，实际空隙率偏大，也可能会产生上述水破坏。

（2）自下而上的由唧浆引起坑槽

如果水透过沥青面层（两层式或者三层式）滞留在半刚性基层顶面，在大量高速行车作用下，自由水产生很大的压力，冲刷基层混合料表层的细料，形成灰白色浆，灰浆又在被行车压力作用下，通过面层的各种裂缝唧到路面 面层一旦发生唧浆，就很容易产生以裂缝为中心的下陷，同时引起两侧产生新的裂缝和碎裂破坏 范围扩大，该处出现网裂和形变，随后因降水更易渗入并恶性循环，导致路面破坏桥面产生坑洞往往也是先产生唧浆，接着产生形变 网裂和坑洞。

2路面坑槽修补的目的

路面坑槽的一旦发现应立刻采取措施修补，一方面保障路面的使用功能，另一方面避免路面坑槽的进一步恶化。路面坑槽的具体目的如下：

（1）恢复沥青混凝土路面的表面功能

由于沥青混凝土路面出现不同形状大小 不同深度的坑槽，将严重影响车辆行驶的平稳性及安全性，特别是当坑槽较深时，会引起车俩的剧烈颠簸，易使行车失去控制，危及到驾驶人员和乘车人员的生命安全 对沥青混凝土路面坑槽进行及时修补以恢复其原有的平整度，即行车的平顺性和舒适性；同时，应使修补后的路表面具有一定的抗滑能力，以保证行车的安全行 故而，坑槽修补首先应恢复沥青混凝土路面的表面功能

（2） 恢复沥青混凝土路面的局部强度和承载能力

当沥青混凝土路面产生坑槽时，坑槽处的沥青混凝土路面结构层显著变薄和严重破损，造成路面局部强度和承载能力下降通过对坑槽进行修补，恢复沥青混凝土路面结构层原有的厚度密实度和完整性，保持路面原有的强度和承载能力

（3）弥补坑槽破损处原有沥青混凝土路面强度和耐水性的不足

沥青混凝土路面出现坑槽破损，通常是出现在路面材料孔隙率较大 压实度不足 级配不恰当等承载能力弱和耐水性差的局部较薄弱的地方，或者是出现在车流量较大或重载 超载车辆较多的路段 通过将坑槽内松散 破损材料清除后进行修补，来弥补原有沥青混凝土路面材料的强度不足，同时增加其材料的耐水性，防止修补坑槽再破损

（4）避免沥青混凝土路面引发更严重的破损

如果沥青混凝土路面表层出现破损而在于形成浅坑槽，若不及时修补，会使路表水很容易淤积在坑槽内，使下面层长期被积水浸泡，这样便使下面层材料松散 剥落，而形成更深 更大的坑槽 若积水渗入路面基层，则会使基层材料软化，路面的整体承载能力将大幅下降，会导致沥青混凝土路面出现严重的结构性破损 而且，沥青混凝土路面一旦出现坑槽破损，坑槽边缘和底部的材料会受到骤增的车辆冲击荷载作用，将加速坑槽破损的进一步扩展 所以，通过对坑槽进行修补，可避免沥青混凝土路面更大的破损。

3纤维沥青混凝土性能研究

路面坑槽的修补材料选择成为坑槽养护的关键环节，路面坑槽材料的好坏直接决定并影响着路面修补质量的好坏，关系到路面的使用耐久性能。要求要能有足够的抵抗拉应力及剪应力，底面处的剪应力、受水侵蚀作用等。纤维沥青混合料是指在普通沥青混合料中加入纤维，从而增强沥青混合料的整体性和柔韧性，以期满足坑槽修补的基本要求。

3.1配合比设计

研究用胶粉沥青、集料及北京天成垦特莱科技有限公司产木质素纤维相关技术指标满足相关技术规范要求。

以马歇尔设计方法对AC-13型、AC-20型纤维胶粉改性沥青混合料进行设计，级配按JTG F40―2004规定的级配中值，相应的最佳油石比分别为5.7%、5.4%，纤维的添加量为分别2.5%、2.0%，纤维的投入方式为直接投入到沥青混合料拌合机中，且保证干拌时间控制在15～20s之间。

3.2性能验证

在上述配合比设计的基础上，成型试件，用车辙实验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验残留稳定度实验、冻融劈裂试验分别对上述性能进行评价。性能试验数据示于表1。

表1添加及不添加纤维沥青混合料性能验证试验结果

通过表1的数据可以看出：纤维沥青混合料高、低温性能能水稳定性能指标良好，满足温拌超薄罩面的路用性能要求。具体分析有以下几点：加入纤维后，纤维纵横交错分布于混合料中，发挥了纤维的加筋作用，另一方面纤维有效的吸附沥青，增强了沥青混合料的整理性能，从而抗车辙能力增强；纤维的加入有效地提高了沥青混合料在低温时的柔韧性，从而能更好地适应路面的变形，减少路面温缩裂缝和疲劳裂缝，减少坑槽修补后和原路面材料的剪切分离；由于纤维对沥青的有效吸附，使得粘附在矿料上的结构沥青膜变厚，降低了水对沥青胶浆的侵蚀破坏作用，增强了沥青胶浆抵抗自然环境破坏的能力，从而使混合料抗水损害能力增强。

4纤维混凝土应用与坑槽修补中的施工工艺

为了推广纤维混凝土坑槽修补技术，在天津市津汕高速公路应用纤维混凝土进行了坑槽修补。通过对修补路段施工及持续观测、检测，确定了温拌超薄罩面特有的施工工艺，并对其效果做出了检测评定。

4.1施工工艺

结合《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）及纤维沥青混凝土材料特征，通过修补路段施工总结，其基本的施工工艺流程如下：

（1）对既有路段坑槽情况进行调查，本着“圆洞方补”的原则，划定修补范围，且保证其范围比实际基层坑槽边缘大10～15cm。

（2）处理坑槽：为了提供良好的粘结表面和保证压实过程中充填料的完全结合, 坑槽的侧立面应该垂直切割。 切割时连续作业达到未破损的路层或露出基层材料。如果进行材料再生利用, 注意避免混入底层和路基的材料, 以防止沥青混合料的变质。 用吹风机或森林灭火器吹干坑槽内的积水, 并将浮灰、 土和散落的小颗粒等清理干净。

（3）喷洒粘层油：为了使新旧材料的粘结牢固, 在坑槽底面和四壁上要洒布粘层油, 粘层油常用的有热的沥青胶、 乳化沥青。喷洒量要适宜, 喷洒后均匀分布不流淌, 当填补料需要分层碾压时, 粘层油也要分层喷洒。

（4）填放纤维沥青混合料：将拌和好的纤维沥青混合料(采用热的沥青混合料)填入坑槽并碾压, 分层修补时, 要分层填筑, 分层碾压。 填放沥青混合料时要先填坑槽四边, 再向中央移动, 防止坑槽周边形成空洞, 最后坑槽内材料应该充满, 允许表面最后压实后超高0 . 3cm，以待日后自然碾压, 从而避免发生凹面。

（5）坑槽碾压：压路机应采用振动压路机或振动平板机进行压实。碾压时, 先碾压坑槽四边再依次向中间推进, 保证填补材料具有足够的密实度。碾压新旧路面接茬边缝时, 压路机压实面大部分放在旧沥青混凝土路面上, 压实坑槽内新料的宽度控制在15～ 20cm , 压路机不能垂直接茬线方向行走, 应使之成45° 角, 从旧沥青混凝土路面向新路面推进, 使修补面与原路面成为一体。

（6）由于纤维混合料中添加的纤维，使得压实难度稍有增加，所以要在普通混凝土压实方案的基础上增加20t压路机复压两遍。

（7）封缝防水：用沥青粘结剂均匀涂在修补面四周新旧材料接缝上, 不仅起到防水作用, 而且防止接缝处沥青混合料松散、 啃边现象。

4.2应用效果

应用纤维混凝土对路面坑槽进行修补之后，直接目测观察结果为：碾压后的压实线与原有路面基本在同一高程，表面平整、密实、无发亮、划痕和轮迹现象；并且表面无脱粒、脱块、离析现象。

另外通过对应用纤维混凝土进行的坑槽修补处选取的20个观测点的渗水性能检测结果显示：所以点的渗透系数均小于50ml/min，均满足渗水要求，说明其渗水性能表现良好。 纤维混凝土的渗水性能的提高，可以有效地防止或降低水渗透进路面结构层，从而保护路面结构，减少路面坑槽修补后的再次损坏，延长路面使用寿命，提高路面表面功能及使用功能，保证路面行驶安全性。

5结论

（1）纤维沥青混合料的综合性能满足使用要求，并且高于不添加纤维的沥青混合料的综合性能。

（2）纤维沥青混合料作为坑槽修补材料施工时，要在普通混凝土压实方案的基础上增加20t压路机复压两遍，以保证压实效果。

（3）用纤维沥青混合料修补坑槽后，渗水性能提高，有效地防止或降低水渗透进路面结构层，减少路面坑槽修补后的再次破坏。

（4）纤维沥青混凝土技术中纤维添加简单，易实现，混凝土性能优越，社会经济效益显著，适合用于路面坑槽修补,值得推广。

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