营口纤维封层材料1.docx

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营口纤维封层材料1

纤维封层技术研究与应用

一、纤维封层概况

纤维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，能大大延长路面的使用寿命。

另外该工艺具有施工速度快、封闭交通时间短的特点，这也是衡量道路养护工艺先进性的体现，比较适合普通公路应用。

2007年6月份营口公路处率先引进国内第一台法国赛格玛纤维封层设备，并且先后在抚顺市的沈环线、沈通线；大连市的鹤大线、熊城线；营口市的岫水线、上白线、新后线等路线上进行了试验路铺筑，累计铺筑面积达56万平方米，最长铺筑周期已超过了6个月，总体来看效果很好，有效的解决路面龟裂、网裂等病害，提高了路面状况和使用寿命，节省了路面大中修成本，为国内的公路建设与养护带来又一创新。

二、项目研究目的

本项目通过试验分析、理论计算及调查归纳，提出纤维封层技术的适用条件、施工工艺、质量评定标准及技术指南，对于该技术的全面推广应用具有重要的指导意义。

纤维封层

技术成功应用后，对于提高全省路面状况，降低养护成本具有重要意义。

三、纤维封层主要研究内容

1、纤维封层的适用范围

通过纤维封层作为中间应力吸收层和磨耗层的试验路施工，结合国外多年来应用的成功经验，提出用做纤维封层的路况条件及适用范围。

（1）对路况和结构的要求

对实施纤维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。

对于年久失修、超期服役、交通量大，路面病害严重急需大修的路段不适合做纤维封层；它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；它适用于基层强度好，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）对地域条件，气候条件的要求

借鉴于国外对纤维封层技术的广泛应用，可以说纤维封层技术适用于各国家和地区，但对气候条件要求却十分严格。

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。

尽量避免雨天施工作业。

2、物理力学性能

与未实施纤维封层路段相比，纤维封层技术具有很多的综合力学性能。

二十世纪90年代，美国德州大学的一项长达15年之久、分布于4个不同国家的跟踪性能测试试验进一步表明纤维封层能够明显改善沥青路面的质量。

（1）抗反射裂缝性能

在疲劳测试试验中显示出纤维封层测试样品仅产生水平方向发展的微小裂缝，而在未使用纤维封层的对比样品中产生大的纵向裂缝，因此纤维封层可以很好控制裂缝。

抗疲劳测试试验

（2）防水性能

2003年在美国纽约州奥林斯郡进行的纤维封层实验段，采用纤维封层养护的路面三年后仍然保持很好的路面状态，未采用纤维封层路面出现严重的裂缝和水毁病害。

图左半幅路面实施纤维封层路况良好；右半幅路面未实施纤维封层，出现水毁病害。

（3）、良好的吸收和分散应力性能。

（4）、路面抗拉强度增大30℅以上。

（5）、抗疲劳性能增大30℅以上。

（6）、抗车辙性能增大300℅以上。

3、纤维封层配合比设计

（1）改性乳化沥青：

纤维封层技术，主要使用改性乳化沥青作为封层结合料，一般用SBS、SBR、CR等改性乳化沥青。

借鉴于国外的成功经验和试验路所处的地理位置在辽宁省，冬季气温较低，所以我们选择SBR改性乳化沥青作为封层结合料，它具有抗开裂性和低温延度、粘附性强，早期强度高、恢复交通快、罩面使用寿命长等特点。

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。

（2）纤维

按照法国SECMAIR纤维封层设备的功能，需喷射无捻粗纱型玻璃纤维，特克斯数约为2400TEX（g/km），采用卷轴式纤维盘。

我们采用山东淄博中材庞贝捷金晶玻纤有限公司生产的直径为18um、ER2400—HB6000型的玻璃纤维丝。

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。

根据国外经验和试验路的需要，我们采用长度为6㎝长的纤维作封层材料。

（3）石料

对石料种类无特殊要求，可以采用石灰岩、花岗岩、玄武岩等都适合，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碎石级配为通用类型。

我们的试验路段分别选择了玄武岩、花岗岩和石灰岩三种石料来做试验，通过比较，无论是从石料的压碎值、粘附性、掉料率、石粉杂质含量，还是成型后的整体效果，玄武岩都优于石灰岩和花岗岩，石灰岩介于玄武岩和花岗岩之间。

我们今年铺筑的56万平方米试验路全部采用玄武岩作为撒铺石料，整体效果很好，但是玄武岩石料资源缺乏，运距较远，价格比较昂贵。

为降低成本，明年我们决定因地制宜，选用当地的石灰岩做撒铺石料。

为保证工程质量，营口市处加大投资力度，准备购进一套碎石水洗烘干设备，用以清洗石料中的石粉和泥土等杂质，以确保工程整体质量。

纤维封层施工各材料用量表

材料名称及用量

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㎡

根据路面状况、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㎡

四、工程技术特点

1、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，有效阻止了因车载负荷过重造成的路面破损，极大地提高了道路使用寿命。

2、高耐磨性：

纤维封层设备洒（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、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，北方寒冬季节里，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应变，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，避免了面层最大的“敌人”—水的破坏。

4、高稳定性：

结合纤维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、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。

五、纤维封层施工工艺

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、交通量大小以及建设单位的意见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

（1）赛格玛纤维封层设备一台。

（2）与纤维封层技术施工相关的所需配套设备如下：

30吨保温沥青罐车一台、10立方米以上碎石撒布车两台、

50型装载机一台、10吨胶轮压路机一台、一台小解放货车、路面清扫工具等其它小型机具。

5、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。

6、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。

7、具体施工：

首先技术人员把施工路段材料的用量数值交待给操作人员进行电脑设定，然后进行长50米左右不等的试验段施工作业，并根据效果对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。

8、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。

9、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况出现；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。

10、紧跟着碎石撒布后的是自重10吨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。

11、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。

在技术路线方面我们通过借鉴国外的研究经验，进行了大量的理论分析和室内试验，测定乳化沥青、碎石、玻璃纤维等材料的物理化学性能，进行材料类型选择和用量的确定进行配合比设计。

对碎石附着力进行了重点测试。

在室内试验研究和理论分析的基础上，铺筑了多条试验路段，通过试验路段的修筑和观测，对室内试验进行必要的调整和补充，并进一步验证室内试验结果。

六、纤维封层的施工质量评定

施工前，技术人员把设计好的各材料用量参数输入到纤维封层设备的电脑中，操作人员确定设备的状态和设定的参数都正确后进行施工，改性乳化沥青和纤维的连续撒（洒）布都是由电脑操作。

现行我们没有配套的仪器设备来检测施工质量，只能通过外观质量来进行评定。

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。

七、推广应用

通过三个多月近56万平方米的纤维封层试验路施工，总体来看效果很好。

不但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。

我们营口市处2008年，准备大规模推广中间应力吸收层和磨耗层纤维封层的同时。

下一步将尝试应用到：

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，相信纤维封层技术的引进与推广必将为辽宁省乃至全国的公路建设与养护带来新一轮的技术革新，谱写公路养护的新篇章。