摘要

本文通过分析纤维碎石封层采用材料的特性，采用测力延度、落秋试验及粘结强度试验对纤维碎石封层的材料参数进行分析，最后提出了纤维碎石封层施工参数的确定方法。

1前言

纤维封层技术是指采用纤维封层核心设备同时洒（撒）布沥青粘结料和玻璃纤维，然后在上面撒布碎石,经碾压后形成新的磨耗层,或者应力吸收中间层的一种新型道路建设施工和养护技术。纤维封层技术凭借其优越的性能及广泛的适用性在路面养护及新建工程中得到了应用。国外的实验数据以及现场评估观察均表明纤维封层能大大延长路面的服务寿命,减少病害，并能提供很好的防水性能，具有较为广阔的应用前景。目前已经受到了我国道路工作者的深切关注。关于纤维碎石封层性能的评价方法，目前国外也没有规范标准，本文就是对纤维碎石封层的材料参数如何确定进行了探讨。

2试验参数的确定

纤维碎石封层采用的原材料有乳化沥青或改性乳化沥青，纤维、碎石。本文主要从纤维碎石封层的纤维长度、纤维用量以及不同纤维用量的最佳沥青用量方面进行试验。首先要确定纤维碎石封层的碎石粒径、碎石洒布量，然后初拟沥青用量、纤维长度及纤维用量进行试验。本次试验选用的改性乳化沥青为SBR胶乳改性乳化沥青，纤维为玻璃纤维，石料采用玄武岩，初拟的试验参数见表1。

3纤维碎石封层材料参数试验及结果分析

3.1测力延度试验

（1）试验目的及方法

测力延度试验主要目的是测量纤维沥青的最大拉应力以及最大功，辅以测量纤维沥青的最大延度，典型的普通沥青及纤维沥青试验荷载及延度曲线如图1所示。从图中可以看出，沥青的拉伸长度在很大程度上取决于丝状拉伸时的延展长度，但实际上这部分拉伸过程中，沥青基本不承受拉力而且最大功也不变。纤维碎石封层作为应力吸收层或磨耗层时应以其所能承受的最大拉力以及最大功为主要性能，辅以测量其延度，可以较好的表征出纤维碎石封层的抗拉性能。

（2）试验步骤

a)如图2所示，试验前先将侧模及一端模内涂上隔离剂，待端模隔离剂基本干燥后，把试模装妥。

b)将用于试验的改性乳化沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的乳化沥青蒸残试验方法进行蒸残，用蒸残后的温度达到150℃而处于流动状态沥青浇筑试件。浇筑时，先用浇筑大约试模容积一半的沥青，然后将纤维用镊子按照图2的方式放置于已倒入的沥青上并使纤维尽量均布，并将纤维拉直，最后将沥青仔细从试模的一端至另一端往返数次缓缓注入试模中，最终略高于试模，且注意勿使气泡混入。

c)试件在室温中冷却30-40min，然后置于规定试验温度的恒温水槽中，保持30min后取出，用热刀刮除高出试模的沥青，使沥青面与试模齐平。沥青的刮法应自试模的中间刮向两端，且表面应刮得平滑。将试模连同底板再浸入规定试验温度的水槽中1-1.5h。

d)从恒温水槽中取出试件安装在测力延度仪中，开动仪器开始测试，试验测定纤维沥青拉伸的应力和延度曲线。

e)根据测力延度试验得出的纤维长度对最大拉应力、最大功及延度的关系曲线，以满足拉应力及功较大为主，通过分析确定出合适的纤维长度。

（3）试验结果

通过测力延度试验采用不同长度的纤维进行试验，得到以下试验结果，见表2。

根据以上试验结果显示，增加纤维以后可以明显改善纤维沥青的最大拉应力和拉伸功，但是对沥青的延度有一定影响，通过试验结果可以看出，纤维长度在50-60mm时具有较大的拉伸功，另外沥青的延度损失也不大，所以确定选择60mm纤维作为试验参数。

3.2 落球试验

（1）试验目的及方法

落球试验主要是测定沥青结合料与集料的粘附性能，可以反映出相同沥青用量下纤维的最佳用量范围。还可以在确定纤维用量后进行沥青用量的确定。

本试验参照法国碎石封层的落球试验方法进行试验，本实验采用钢球的质量是425g，在10s中落下三个钢球，最后看落下集料的数量，以评价纤维碎石封层的碎石与纤维沥青的粘结性能。本次试验采用不同纤维用量进行了评价，试验结果以击落石料的数量于原石料数量的比值作为粘结强度的评价指标，称其为脱石率，具体试验过程见图4。

（2）试验结果

本试验选择石料粒径统一为9.5-13.2mm颗粒，乳化沥青洒布量选择为1.8kg/㎡。试验结果见表3。

根据试验结果可以发现，添加纤维与不添加纤维相比，脱石率有了明显不同，主要是由于纤维比表面积大，它能吸附沥青中的油分，增加其粘度提高其与集料之间的粘结力，另外，纤维的乱向分布，相互搭接形成网络缠绕结构，能有效克服骨料的滑移，增加了稳定性，所以添加纤维后效果明显改善。而不同的纤维添加量脱石率也不同。如若要确定某纤维用量下的最佳沥青用量也可以采用本试验进行确定。本文建议在采用落秋试验确定纤维用量或沥青用量时，落球试验的脱石率不得大于10%。

3.3 粘结强度试验

（1）剪切试验

此方法主要目的是测量纤维封层在25℃时的抗剪切能力，以保证纤维碎石封层与原路面的粘结，特别是在有纵坡或纵坡较大的路段采用纤维碎石封层时应保证其剪切强度，具体试验方式是在沥青混凝土板上成型纤维碎石封层，然后再在其上做一层沥青混凝土，以检测其层间粘结，具体试验见图7。

（2）拉拔试验

拉拔试验采用的试验试件与剪切试验相同，该试验是在试验温度为25℃的情况下，对水平放置的纤维封层试件进行垂直方向拉拔试验，面荷载半径为50mm的圆，用以评价纤维封层与沥青面层的层间拉应力情况，具体试验见图8。

（3）试验结果

通过拉拔及剪切试验，确定不同纤维量的粘结强度以及在不同纤维量下的最佳沥青用量，试验结果见图9-14。

根据以上试验结果显示在不同沥青洒布量情况下，纤维洒布量在60-100g/㎡为最佳范围，而当纤维洒布量发生变化时，相应的沥青洒布量也应该变化。从以上试验数据显示，在添加纤维后，沥青洒布量为1.4 kg/㎡时，其粘结强度较低，而当沥青洒布量达到2.2 kg/㎡时剪切强度减小，说明沥青洒布量过大，所以纤维碎石封层沥青洒布量不宜低于1.6kg/㎡，最大不能超过2.1kg/㎡。其中以80 g/㎡纤维量为例，虽然在2.2 kg/㎡时拉拔强度达到最大，但是剪切强度明显减小，所以纤维用量与沥青洒布量应进行动态调整，使其达到最佳效果。

综上所述，根据测力延度试验、落球试验以及粘结强度试验，确定纤维长度选择60mm进行试验，最佳纤维用量范围为60-100g，沥青用量范围为1.6-2.1 kg/㎡，而在具体施工参数确定过程中应对采用落球试验和粘结强度试验进行评价，确定最佳沥青及纤维添加量。

4纤维碎石封层施工参数设计方法

根据以上试验过程和试验结果反映的情况，本文建议在进行纤维洒布量、沥青洒布量及碎石撒布量确定时，采用落球试验及粘结强度试验进行最佳纤维洒布量和沥青洒布量的确定，参数确定具体步骤如下，流程见图15。

（1）原路面状况调查，根据交通量、气候条件、养护目的等进行设计。

（2）选择原材料，取样进行材料性能检测，当材料性能满足要求的技术指标时可进行施工参数的确定，当材料性能不满足技术指标时，应更换原材或进行材料的配方调整。

（3）当原材料指标满足技术要求时，根据施工经验选择三组沥青洒布量和纤维洒布量参数进行组合试验。

（4）根据初拟的参数进行落球试验后，按照技术要求，当脱石率大于10%时，应舍弃该组合，将满足脱石率要求的参数组合进行粘结强度试验，选择最佳设计参数。

（5）根据原路面的交通量、构造深度，当地气候条件等进行设计参数的调整。

（6）铺筑试验段对设计参数进行观察检测，确定施工参数。

图15 纤维碎石封层设计流程图

5小结

目前很多国家和地区选择经验方法进行纤维碎石封层的材料参数确定，而经验法的结论给出的是纤维、碎石和乳化沥青等主要材料的用量范围，不能给出一个适宜的用量值，所以本文采用测力延度试验、落球试验、粘结强度试验，对纤维碎石封层的材料参数进行设计，并根据试验结果提出了纤维碎石封层材料参数的设计流程，使得纤维碎石封层的参数确定具有一定的理论根据。