纤维碎石封层技术简介

纤维碎石封层技术的推广与应用
辽宁省公路局祖熙宇
一、概述
(一)纤维碎石封层定义
纤维碎石封层是指采用专用设备同步喷洒两层乳化沥青(底层、上层)及撒布一层纤维(中间层)，再立即撒布一层碎石集料，随即采用胶轮压路机进行初期碾压，最后通过自然行车作用压实形成的沥青路面表面磨耗层或应力吸收中间层。

(二)纤维碎石封层的功能与技术特点
1、传统碎石封层功能与特点
传统碎石封层的主要目的是封闭路表面的微小裂缝、防止雨水渗入下面层或基层，主要功能包括防止沥青面层的疲劳破坏、提高路面抗滑与耐磨性能、延迟既有路表面的老化并减少集料松散，在施工方法上采用层铺法，在结构上属于嵌挤类，其施工便捷、造价低廉，适合于低、中等交通量沥青路面的预防性养护与中修。

2、纤维碎石封层的功能与技术特点
纤维碎石封层施工时，经过专门工艺切割成一定长度的纤维在上、下两层沥青结合料中呈乱向均匀分布并相互搭接，与沥青混合料形成了网络缠绕结构(图2.1.1a)，类似一层具有高弹性和高强度的防护网，可有效提高纤维碎石封层的抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度等综合力学性能。

国内外资料表明，纤维碎石封层具有以下5个方面的技术特点：
（1）应力吸收和扩散能力、抗裂能力强
具有网络缠绕结构的纤维碎石封层，由于纤维的高抗拉伸强度、高弹性模量特性以及加筋与桥接作用，对路面结构中的局部集中应力可有效地进行吸收、扩散并重新分布，有效地降低路面结构中的应力，减少路面结构层中裂缝的产生，并抑制、阻止反射裂缝的出现。

（2）防水性能好
由于具有上、下两层均匀洒布的沥青结合料，其密闭性更强；另外纤维对上、下两层沥青结合料的吸附作用，可明显阻止沥青的流动，形成一层致密的保护膜，具有更好的防水性能。

（3）耐磨性能好
碎石集料嵌入由纤维和沥青结
合料构成的网络缠绕结构中被压实
成型并紧密裹缚，使得纤维、沥青
结合料和碎石集料三者紧密相连，
形成稳定复合的力学嵌锁体系，有
效地限制了碎石集料因车辆载荷产
生的滑移脱落，提高了路面的耐磨
性能。

（4）稳定性能高
由于具有独特的网络缠绕结
构，对沥青结合料可起到高温稳定
图2.1.1a 纤维散布于两层乳化沥青之间
作用，可减少路面高温泛油病害；
由于具有高弹性模量、高延伸率的综合力学性能，可有效抑制沥青路面的低温收缩裂缝，从而减少了水损坏，提高了水稳定性。

（5）施工快捷
由于采用专门的纤维碎石封层车同步完成两层沥青结合料的喷洒和一层纤维的自动切割及撒布，并随即撒布碎石和进行初碾，其施工速度快捷；沥青结合料一般采用快凝型改性乳化沥青，缩短了初期养护和开放交通的时间。

二、纤维碎石封层的适用范围
（一）纤维碎石封层的应用类型
纤维碎石封层可用于普通公路沥青路面预防性养护及中修的表面磨耗层, 各级公路沥青路面新建、大修及水泥混凝土路面加铺沥青路面的应力吸收中间层或下封层，沥青混凝土桥面铺装的防水层以及低等级公路(特别是乡村公路)的面层。

其中作为沥青路面预防性养护或中修的表面磨耗层和应力吸收中间层，应用最为普遍。

1、预防性养护或中修的表面磨耗层
纤维碎石封层用于普通公路沥青路面预防性养护及中修的表面磨耗层，可提高路面的防水、防裂、防老化、抗滑及耐磨性能，延缓路面的大修周期，延长路面的使用寿命。

2、应力吸收中间层或下封层
纤维碎石封层用于沥青路面新建、大修及水泥混凝土路面加铺沥青路面的应力吸收中间层，能吸收、扩散局部集中应力，可抑制反射裂缝的出现、减少路面病害的发生。

纤维碎石封层应用于各级公路沥青路面的下封层，能较好地封闭表面空隙，防止水分浸入下面层或基层，提高路面的抗水损害能力。

3、桥面铺装的防水层
采用高粘度改性乳化沥青结合料，对水泥混凝土桥面有较好的渗透作用，可形成一层致密的保护膜，具有高防水性能、高抗裂性能和高应力吸收与扩散能力。

4、低等级公路的面层
可作为低等级公路(特别是乡村公路)的表面层，具有经济、耐用的特点。

（二）纤维碎石封层适宜的道路交通量
纤维碎石封层用于表面磨耗层时适宜于低、中等级的交通量(100～1500辆/d/车道)，高等级交通量不适宜采用或应慎重采用，特低或特高等级交通量则不适合采用；用于应力吸收中间层时适宜于较高等级的交通量(≥1500辆/d/车道)。

(三) 纤维碎石封层适宜的运行速度
考虑路面轮胎噪音污染、动水压力引起损坏、碎石脱落引起交通安全等因素，车辆运行速度不宜超过60km/h。

(四) 纤维碎石封层适宜的路面技术状况
原路面（或维修后的路面）结构应具有足够的强度(承载能力)、整体稳定性和较好的路面平整度、较低的车辙深度，其技术状况指标应满足下表的要求。

三、纤维碎石封层配合比设计
(一)配合比设计的内容与方法
1、配合比设计的基本内容
纤维碎石封层配合比设计的主要任务，首先是确定乳化沥青、碎石及纤维等
材料的类型与特性，再根据工程的性质与目的、道路交通量、原有路面情况、施
工季节等因素，综合确定各种材料的用量，最后应根据试验检测结果或现场实际
施工情况进行必要的、合理的调整。

2、配合比设计的基本方法
碎石封层类(包括纤维碎石封层、同步碎石封层、传统的碎石封层及层铺法表面处治等)配合比设计的基本方法可以分为经验法和理论法两类, 不同国家和地区采用不同的设计方法，但均可得出较为满意的结果。

基于实践经验方法首先确定乳化沥青、碎石及纤维的用量范围，再以理论方法为指导，考虑实际的材料特性、路面技术状况、交通类型及交通量、气候特点等因素进行理论修正，并针对其力学性能及路用性能，采用室内试验方法进行检验。

经验方法与理论方法相结合，是进行纤维碎石封层配合比设计的有效方法，对于保证施工质量与使用效果、延长使用寿命、预防施工后出现碎石集料严重散失和严重泛油等病害具有重要作用。

(二)材料
1、改性乳化沥青
纤维碎石封层应采用性能良好的改性乳化沥青，并宜优先选用快凝、阳离子、SBS/SBR聚合物胶乳改性乳化沥青。

SBS/SBR改性剂剂量不宜小于3%。

2、碎石
纤维碎石封层应采用玄武岩、花岗岩、石灰岩等碎石集料，应综合考虑纤维碎石封层的使用目的、乳化沥青的类型及其相容性、碎石集料的自然资源条件、使用质量效果与经济成本效益、交通量大小与等级等因素选择确定。

纤维碎石封层作为表面层磨耗层时，宜采用玄武岩。

碎石集料应尽量选用立方体形状、具有一定破碎面的粗集料，扁平指数应满足要求。

碎石集料应尽量采用单一级配，碎石集料应洁净。

碎石级配要求
碎石质量要求
3、纤维
纤维应具有良好的切割性、较高的断裂强度和较好的吸油率。

应采用喷射无捻粗纱型的玻璃纤维制品，并优先选用对环境污染小、对身体健康无害的无硼、无氟改进型玻璃纤维。

纤维切割的长度应根据原路面病害类型及程度、乳化沥青类型及用量、纤维
碎石封层厚度、碎石用量、交通量类型及大小等因素综合确定，一般为30mm～120mm。

纤维的质量要求如下所示。

纤维质量要求
(三)配合比设计经验方法
1、碎石集料的用量范围
纤维碎石封层中碎石集料的用量主要取决于封层的类型、封层的厚度、碎石材料特性、道路交通量及路面技术状况等。

当纤维碎石封层用于表面磨耗层时，碎石集料的用量应保证100%的覆盖率；当用于应力吸收层及其他下封层时，碎石集料的用量应保证70%以上的覆盖率。

纤维碎石封层碎石集料的用量范围
纤维碎石封层的最大厚度一般认为等于碎石集料的最大公称粒径。

2、乳化沥青的用量范围
乳化沥青的用量首先应考虑纤维碎石封层的类型、碎石集料的特性(类型、
粒径、形状、级配等)、碎石集料的用量、原路面技术状况、乳化沥青类型及沥青含量等因素。

纤维碎石封层乳化沥青的用量范围
注: ①单位 kg/m2；②乳化沥青中的沥青含量为 60%
通常，乳化沥青的用量应根据交通量类型与大小、施工季节(气温)等因素并进行调整。

重载交通多或高交通量路段，宜减少乳化沥青用量 5%～10%；秋季施工时的乳化沥青用量应比夏季施工时的乳化沥青用量增加5% 左右。

3、纤维的用量范围
应根据原路面技术状况、交通量类型等因素进行适当调整。

当路面龟网裂严重时，纤维的用量应大一些；应力吸收中间层的纤维用量应比表面磨耗层的纤维用量大一些。

根据国外经验，纤维长度范围一般为30mm～120mm，通常取60mm。

纤维碎石封层玻璃纤维的用量范围
4、配合比设计试验检验方法
根据经验方法或理论方法确定的纤维碎石封层材料配合比用量，应通过室内
试验或现场试验对其力学性能、路用性能进行检验、验证，并根据试验结果进行必要的调整。

主要试验包括：纤维吸油率试验、乳化沥青破乳时间试验、乳化沥青与碎石附着力试验、构造深度试验、磨擦系数试验、粘聚力试验、小球贯入试验等。

四、施工与质量控制
(一)施工机械设备
纤维碎石封层施工的主要设备包括路面清扫设备、纤维碎石封层车、碎石撒布车(器)、胶轮压路机、集料运输车、沥青罐车、装载机、交通引导车等。

施工前应完成各机械设备的性能检验和参数校准，确保处于良好的技术状态，在数量及作业速度上应互相匹配。

(二)施工前准备
1、原路面准备
原路面局部存在的严重裂缝、松散及路基冻胀、翻浆，以及轻微的变形、严重的泛油等病害，应按养护规范的规定要求进行修补处理。

一般路面修补工作应至少提前6个月完成，裂缝封闭工作应至少提前3个月完成，且宜在纤维碎石封层施工前1年的秋季进行。

2、施工计划方案
(1) 应确定横向分幅(分车道)施工顺序，宜采用先两侧、后中间的方案；
(2) 应确定纵向施工段长度与桩号范围及施工时间；
(3) 应明确材料配合比设计参数，确定材料总用量；
(4) 应明确所采用的施工机械设备、人员和数量；
(5) 应明确施工工序；
(6) 应制定交通控制措施；
(7) 应制定施工过程质量管理、控制及保证措施。

(三)铺筑试验
纤维碎石封层正式施工前，应选择合适路段按材料设计配合比进行铺筑试验，其长度不小于50m。

应检验试验段内材料用量的准确性、均匀性，应测量碎石集料的嵌入深度、观察碎石集料的嵌挤效果等。

根据试验段的铺筑效果，检查机械设备的性能状态，检验乳化沥青、纤维及碎石集料的设计用量是否合适，并依此调整施工设备的设置参数和材料配合比的设计参数。

(四)施工
纤维碎石封层对气候条件的要求较为严格，理想的天气条件是阳光充足、气
温较高、湿度较低、微弱风或无风、无雨、无雾。

其中最低的温度条件是气温高于15℃、路面温度高于20℃且均处于上升趋势；气温低于20℃、路面温度低于25℃且处于下降趋势时，不可施工；气温高于45℃时、路面温度高于60℃时，不宜施工。

施工中应注意树荫下或其它阴凉处的路面温度，以保证满足上述要求。

施工程序共分十步：
第一步：原路面清洁；
第二步：施工引导线设置；
第三步：乳化沥青及纤维洒布；
第四步：碎石撒布；
第五步：初期碾压；
第六步：人工修补；
第七步：初期养护；
第八步：过量碎石清除；
第九步：开放交通；
第十步：后期养护。

（五）质量管理与验收
施工结束开放交通1～2个月后，选取1km～3km路段进行质量检查、评价和验收，应同时提供必要的原始施工记录。

交工验收的现场检查项目及要求如下表所示。

五、纤维碎石封层的优缺点
(一) 纤维碎石封层的优点
普通的碎石封层具有优越的路用性能：
1、封闭路表面的微小裂缝、防止雨水渗入下面层或基层。

2、防止沥青面层疲劳破坏，提高路面抗滑与耐磨性能。

3、延迟既有路表面的老化并减少集料松散。

4、较好的成本效益。

5、施工快捷、对道路交通的影响程度较小。

6、纤维碎石封层不仅具有普通碎石的基本性能，在提高防水性能、低温抗裂及防止反射裂缝等方面具有更强的优越性。

(二) 纤维碎石封层的缺点
纤维碎石封层对于碎石封层存在的以下缺点基本没有改进:
1、适用范围方面
与碎石封层一样，纤维碎石封层一般适用于低、中交通量道路，在高交通量道路上其性能将受到影响，不适合于特低或特高交通量等级。

主要表象为集料散失和泛油。

2、交通安全方面
由于乳化沥青破乳、凝结速度较慢，尤其在在高湿天气里施工，必须经过几个小时时间(与气候、气象条件相关)才能使沥青与碎石之间的粘结性能满足开放交通的条件，对车辆通行和交通安全管理造成一定的影响。

另外，纤维碎石封层一般均存在过剩的碎石集料，在车辆轮胎的冲击、吸附作用下会引起松散碎石集料的飞扬，对过往车辆的挡风玻璃及车身造成损害，必须在开放交通前专门进行清除。

3、路面噪音方面
（纤维）碎石封层路面比较粗糙(尤其是当集料尺寸较大时)，比普通沥青混凝土路面具有更大的轮胎噪音。

4、日常养护方面
碎石封层路面构造深度较大，外观比较粗糙，容易沉积泥土、灰尘和降雪等，给日常养护清扫保洁以及冬季除雪防滑等工作带来不利影响。