【技术】纤维碎石封层施工关键技术研究
摘要：纤维沥青碎石封层施工工艺的一个主要特点就是同步施工，要求各道工序必须连续。本文经过大量的理论分析及试验研究，为了验证室内研究成果，结合国内外纤维沥青碎石封层施工过程中出现的问题，总结提出了施工注意事项及关键技术。
关键词：纤维沥青碎石；封层施工；关键技术
由于纤维沥青碎石封层使用的沥青结合料是改性乳化沥青，属于液体状态，因此允许在潮湿的环境中施工，但是在雨天施工，雨水会对纤维沥青碎石封层造成冲刷，易形成改性乳化沥青的流淌，造成局部的病害，而且雨天施工延缓了改性乳化沥青的破乳速度，强度形成时间延长，养护时间增长。因此纤维沥青碎石封层的施工应当尽量避免雨天环境。温度对于纤维沥青碎石封层的施工影响较大，过低的温度容易造成纤维沥青碎石封层强度形成不足，根据国内外施工经验，在温度大于10℃时，且温度呈上升趋势时，纤维沥青碎石封层可以施工。
1. 施工工艺对于路用性能的影响
纤维沥青碎石封层使用的是纤维沥青撒布车同时进行两层改性乳化沥青和一层纤维的喷洒，然后碎石撒布车均匀撒布碎石，经过碾压成型，各道工序连续性很强，施工工艺对于纤维沥青碎石封层的使用性能影响很大。纤维沥青碎石封层施工工艺对于路用性能的影响主要体现在以下几个方面：（1）纤维沥青碎石封层是在原路面基础上加铺的磨耗层，施工前应对原路面的处要做到尽可能完善。纤维沥青碎石封层不能提高原路面的强度，原路面的坑槽、拥包、沉陷、推移、车辙及裂缝等病害如果不及时处理，在荷载的作用下会造成纤维沥青碎石封层过早的出现病害；另一方面原路面施工前如果不清扫干净，会造成局部纤维沥青碎石封层粘结性能不好，造成脱皮现象。（2）纤维沥青碎石封层喷洒沥青纤维、撒布碎石、碾压成型是同步进行的，施工组织控制包括撒布车的调试、现场交通的控制以及原材料的抽检等，对于纤维沥青封层的路用性能也有一定的影响，图5-2为纤维沥青碎石封层同步连续施工。
2 施工原材料
根据原路面状况、交通量、气候和材料性质，合理选择沥青结合料和碎石集料的使用量，并使沥青结合料品质（润湿性、粘结性和内聚性等）与碎石品质（粒度、耐磨性、抗压性和持久性等）之间达到良好的相容性。
2.1 沥青结合料
（1）乳化沥青的适用量
由纤维封层的原理可知，结合料必须同时保证足够的粘结性能和流动性能。乳化沥青只有具有足够的粘结性能，才能保证骨料与原路面、骨料与骨料之间的粘结。在封层没有成型前，乳化沥青必须有一定的流动性，以确保在胶轮的压实作用下有足够的爬升能力，只有这样才能确保封层的质量。
原路面状况、交通量、季节等因素都对乳化沥青的用量有影响，应加以考虑。原路面严重坑槽，渗水，被氧化，宜采用沥青用量的上限值；原路面泛油，宜适当减少乳化沥青用量。旧路面粗糙度越大，沥青乳化沥青用量越大；网裂越严重，乳化沥青用量越大。同时应根据施工气温、交通量等因素，进行相应的调整。在施工气温较低的寒冷地区，当沥青针入度较小、基层空隙较大时，宜采用沥青用量的上限值。大交通量的道路乳化沥青用量宜减少5%～10%，秋季施工用量比夏季应增加5%左右。
2.2 集料
纤维封层用于磨耗层，碎石集料撒布量应该保证能完全覆盖原路面并紧密地构成磨耗表面层。如果集料覆盖率过低，沥青将老化加剧、路面泛油；如果石料覆盖率过高，将导致石料脱落、材料浪费。对于不同的碎石粒径，其撒布量有所区别。为得到合适的集料撒布量，应在室内对石料堆密度和单位覆盖质量进行试验，对于应用不同集料尺寸的纤维封层的集料撒布量。
2.3 纤维
纤维的用量根据路面的状况、施工类型、路面龟网裂严重程度进行确定。龟网裂越严重，纤维用量越大。纤维用量是60-100g/m2，纤维的平均长度一般采用60mm或120mm。其类型为喷射无捻粗纱型纤维（卷轴式纤维盘），特克斯数约为2.4g/m。
3. 施工工序
先在一段路面上进行一次试验路施工作业，并根据效果对施工各参数进行调整（包括纤维封层设备沥青喷洒、纤维撒布试作业，碎石撒布车碎石撒布量的修正），直到达到预期效果后，再进行连续长距离的施工。在施工过程中，随时根据情况做出相应的响应，确保施工按设计要求进行。施工工艺具体步骤如下：
（l）路面清洁。为了使洒布层与原路面有良好的粘附力，在封闭的作业区内先进行泥块等杂物清扫，再用吹风机清除灰尘。应特别注意堆积的泥浆，必要时使用高压水或空气进行清理，以保证原路面表面清洁、干燥、无灰尘、无杂物。应将路面上所有遗留的材料、泥土、杂草和其它有害物质都清理干净。如果使用水冲洗路面，则需要待所有的路面裂缝完全干燥后再进行施工。
（2）同步洒布沥青和纤维。法国赛格玛纤维封层设备可1台设备同时进行2层沥青喷洒和1层纤维撤布施工。根据全幅宽度调整沥青洒布宽度，使施工幅数为整数，减少作业时间，洒布一层沥青，同时仪器将纤维破碎成规定尺寸，同时洒布第二层沥青，沥青温度不得低于80℃，控制车速在3～4.5km/h，最佳车速为3.6km/h。纤维用量根据封层的用途和旧路面的网裂程度进行调整。旧路面的网裂严重程度越大，纤维用量越大。其中纤维封层车属于核心设备，完成两层沥青粘结料的喷洒和纤维的自动切割及喷洒工序，目前国内尚无相应设备，均采用从法国引进的纤维封层车。
（3）接缝与搭接处理。施工缝及构造物两端的连接处接缝应紧密、平顺。横缝的处理:施工初始前的新旧路面及前后两车喷洒时产生的接逢应过渡搭接良好。横缝可采用对接法的处理方式。在每段接缝处，用铁板或油毡纸横铺在本段起洒点前及终点后，其长度为1～1.5m。浇洒第二层沥青时的搭接缝要与第一层的横缝错开。纵缝的处理:横向施工另一幅时，封层左侧石料的洒布应与上一幅右侧的石料对齐，保证纵缝对接良好。若采用半幅施工的方式，则在两幅搭接处也应做好搭接的处理:两幅搭接处，第一幅边暂留5～10厘米宽度不撒骨料，第二幅延预留沥青边缘进行撒布。
（4）撒布碎石。碎石撤布车续接跟进纤维封层设备进行碎石撤布，但是碎石撒铺车与纤维封层车之间的距离控制在一定范围内，以保证乳化沥青与碎石之间的粘结。碎石撒布车洒布宽度调整到与沥青幅宽相同，可在3.75米至26厘米之间调整，车速与纤维封层设备相匹配。而且碎石的撒布量要根据乳化沥青的量和碎石粒径大小进行调整。
（5）局部处理。每车料起点、终点纵向裂缝处视具体情况进行人工处理，过厚或过薄地区进行人工找平，所有这些工作应尽量在最短时间内完成。石料撒布应在沥青破乳前施工完毕。
（6）碾压。为使集料与沥青结合料之间能得到很好的嵌挤，压路机的初期碾压工序至关重要。应保证足够数量的胶轮压路机，在乳化沥青破乳后能及时完成初步碾压，使碎石定位并尽量与沥青结合料接触。撒布一段碎石，应立即用6～8t胶轮压路机跟进碾压作业，碾压2～3遍，碾压初始速度不宜超过2km/h，以后可适当增加。经稳压后的碎石侵人深度为粒径的1/2为宜。
（7）开放交通。在乳化沥青撒布、破乳及初步碾压后，此时，由于沥青结合料与碎石之间的粘结强度还未达到一定要求，故不可开放交通。一般2～6h后方可开放交通。在通车初期应限制车速，设立标志或派人把守，使过往车辆车速限制在40km/h以内，防止快速行车造成碎石松动移位、飞溅剥离，影响最终成型质量。对于一些散落在路边的骨料，进行及时的清除。在保证封层质量的前提下，应尽量缩短初期养护的时间，即缩短封闭交通的时间。当气温和路面温度较高、湿度较低时，该时间将缩短。在开放交通后，纤维封层需要经过自然行车的长期碾压，粘结强度不断增长，最终形成稳定的薄层结构。
（8）对纤维封层设备按保养技术要求马上实施保养维护，包括沥青管路清洗，设备除尘等操作。路面养护工程，通车一周后再对路面进行一次清扫。
4.施工质量控制
纤维封层的施工自动化程度高，改性乳化沥青及纤维的撒布量由纤维封层核心设备通过电脑操作进行自动控制，碎石的撒布也可达到机械自动控制。但是施工质量问题也还是存在的。常见施工质量问题包括:沥青撒布不均匀、碎石撒布不均匀、封层与原路面粘结性差、碎石与沥青粘结性差、局部泛油、雨后损害等。影响施工质量的主要因素包括:纤维封层核心设备自动控制系统的准确性和稳定性、施工速度、施工经验、沥青与集料的撒布量、沥青与集料的粘结性能、集料粉尘含量、碾压的时间及次数、施工期间的环境温度、初始养护期问的气候、开放交通后的交通量及轴载大小等。
为验证纤维封层车自动控制洒布量的准确性，可将1×1m2的硬纸板称好重量后铺在原路表面，待沥青及纤维撒布后再称其重量，由两次重量差即可得到乳化沥青及纤维的实际撒布总量。为使沥青及纤维的洒布量均匀并满足规定要求，纤维封层车的运行速度必须设置合理。实际施工作业速度受沥青洒布量、洒布宽度、撒布速度等因素的综合影响见表1。
表1 乳化沥青洒布宽度、洒布量与洒布速度的关系
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洒布宽度（m） |
洒布量（l/m2） |
洒布速度（km/h） |
|
4.0 |
1.0 |
0.5-11.0 |
|
2.0 |
1.0 |
1.2-23.0 |
|
1.0 |
1.0 |
2.5-46.0 |
|
0.5 |
1.0 |
5.0-92.0 |
为保证沥青洒布量、洒布均匀度及碎石布料器的正常布料，要求车速的调节范围能够满足沥青泵流量的调节、洒布高度的调节及碎石料的正常下滑，所以实际的车速范围将比沥青洒布车的作业速度范围小。根据施工经验，该作业速度一般为3-6km/h。法国赛格玛纤维封层车的最佳施工运行速度为1.0m/s，即3.6km/h。
沥青洒布均匀度要求沥青在洒布时纵向及横向都能保证高度的均匀性。横向均匀性要求沥青用量沿作业宽度方向上均匀，纵向均匀性要求沥青洒布量沿车辆行进方向上均匀。横向均匀性即是要求沥青在洒布时按三重叠洒布进行作业。
目前相关规范还缺乏专门针对纤维封层的检测指标和检测方法。根据纤维封层的功能、用途及特点，拟定以下主要的检测指标、标准和频率。每批集料均应按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG D40-2004）所列技术指标进行取样检验。其中材料用量检验标准见表2。
表2 主要材料撒布量检验标准
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检查项目 |
允许偏差值 |
检查频率 |
检查方法 |
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改性乳化沥青撒布量（kg/m2） |
0.2 |
3处/次 |
单点检测，摆盘子法 |
|
0.1 |
适时 |
总量检验，每车油重/撒布面积 |
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碎石撒布量（%） |
5.0 |
3处/次 |
单点检测，摆盘子法 |
|
纤维撒布量（%） |
0.5 |
适时 |
总量检验，每车油重/撒布面积 |
5.结论
本文基于前期对于路况调查，结合纤维沥青碎石封层施工过程中出现的问题，分析总结了纤维沥青碎石封层施工过程中应该注意的事项及关键技术。根据自然环境对于纤维沥青碎石封层的影响，选择合适的时机、选择合适的路段进行纤维沥青碎石封层预防性养护是非常必要的，这样才能提高纤维沥青碎石封层的耐久性。
来源：南召县公路管理局 韩亮