李刚帅、谢敬航、田勇
中电建路桥集团有限公司登封项目总承包部
摘要：当前，市政道路车流量逐年加大，沥青混凝土路面车辙、推移、裂缝、坑槽等病害频发，尤其是山区市政道路，因其纵坡大，车辆对路面的作用力较平原地区成倍增加，沥青混凝土路面使用寿命缩短，对交通安全和城市品貌造成不良影响。本文总结出了一套大纵坡路段掺玄武岩纤维SMA路面面层施工技术，并对该路面结构层的优越性进行了分析研究，对类似区域的路面结构层设计、施工具有一定的参考价值。
关键词：玄武岩纤维 SMA结构层路面寿命延长
1、工程概况
某山城市政道路长度为7200米,红线宽50米，新建机动车道路面结构总厚度为70厘米，路面上面层结构为4厘米厚细粒式沥青玛蹄脂碎石混凝土（SMA-13）。道路为城市主干道，承载市区60%的交通压力，车流量较大，且道路最大纵坡达60‰。为提高沥青混合料的高温抗车辙性能，改善抗水破坏、抗低温开裂等性能，避免路面早期破坏，延长路面使用性能，在细粒式沥青玛蹄脂碎石混凝土（SMA-13）中掺加玄武岩纤维。
2、玄武岩纤维的特点
1）耐温性能：玄武岩纤维的使用温度范围为:-269~700℃(最高为960℃)，在高温拌和下与沥青混凝土掺和不会出现收缩变形等。
2）拉伸强度高：玄武岩纤维的拉伸强度为3800~4800MPa，比沥青混凝土中常用的玻璃纤维、木质素纤维等纤维的强度高出3倍以上。
3）化学稳定性：玄武岩纤维由二氧化硅、氧化钙、氧化铁等氧化物组成[1]，具有较高的耐化学腐蚀和防水性能。
4）硅酸盐相容性：玄武岩纤维是由一种高性能的火山岩（玄武岩）加热至1400℃左右高温拉丝成连续纤维，是天然材料，与沥青混凝土所用骨料及填料成分相近，具有较高的沥青黏附性。
5）玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，是名副其实的绿色、环保材料。
3、施工工艺
3.1工艺性试验及总结
通过工艺性试验路施工，验证混合料的拌和、摊铺和压实设备的效率和施工工艺、施工组织的适应性、确定混合料松铺系数、混合料的油石比、级配、玄武岩纤维掺量等参数，以指导后续SMA-13上面层大规模施工。
本工程选取了200m长、纵坡60‰的路段作为工艺性试验段，SMA-13上面层试验路共分4次6段施工，对比三种不同玄武岩掺量，总结施工参数如下：
1）玄武岩掺量0.3%；油石比6.3%；
2）现场摊铺速度为1. 5~2m/min，实际摊铺最大速度为4 m/min，拌合料需求量326t/h，拌合楼产量满足要求。
3）运输能力：摊铺机前等候4~5辆，摊铺机卸料车辆3辆，行驶中的车辆为4~6辆，拌合站等候3~4辆，配备15 辆运输车能满足运输要求；
4）初压2台15t双钢轮 +复压2台15t双钢轮 +终压1台15t双钢轮的组合排列碾压方式，碾压速度初压控制在2~4Kmn/h，复压4~5Km/h，终压2.5~5Km/h。
5）四次共测128个点，松铺系数取平均值1.22。
3.2施工工艺
1）下承层准备：对中面层进行检验、清扫，确保摊铺工作面清洁。
2）施工测量：在摊铺沥青混合料摊铺前要进行测量放样，放样时每隔10m（在平曲线上为5m）放出道路中线、沥青混凝土上面层边线。
3）混合料拌和：沥青混合料拌和采用间歇式拌和机（NBD-320ABZ），玄武岩纤维和矿料同时加入拌缸，沥青拌和机混合料拌和时间不少于40s，其中干拌时间20s。沥青加热温度不大于175℃，矿料在热锅中加热至190～220℃，沥青混合料出料温度控制在170～185℃。
4）混合料运输：每辆运料车侧厢板中部距底30cm处钻取测温孔，均检测出场、到场温度，检测采用数字显示插入式热电偶温度计插入深度200mm左右。必须按指定的路线驶入摊铺段。摊铺过程中运输车在摊铺机前100～300mm处停住，空挡等候，由摊铺机推动前进缓缓卸料。
5）混合料摊铺：上面层设计宽度10.5m，混合料摊铺采用两台具有自动调节摊铺厚度及找平装置沥青摊铺机梯队同步摊铺，摊铺机配备两套非接触式平衡梁。两台摊铺机的摊铺宽度分别为5.0m、5.5m，梯队作业，后机跨缝100～200mm摊铺，2台摊铺机距离不超过10m。沥青摊铺方向从底向高。
6）混合料碾压：沥青混合料初压紧跟在摊铺机后较高温度下进行，采用15t双钢轮压路机进行静压1～2遍，温度不宜低于130℃，碾压速度为1.5～2km/h，碾压重叠宽度宜为200mm～300mm，压路机驱动轮始终朝向摊铺机。复压采用15t双钢轮压路机震压6遍，速度控制在4～5km/h，过程中上坡开启震动，下坡碾压关闭震动。终压采用15t双钢轮压路机进行静压1～2遍，至表面无轮迹。终压表面温度不低于90℃，碾压速度为2～3km/h。
7）养生及交通管制：每一段碾压完成以后应立即进行交通管制，并同时进行压实度检查。沥青混合料待摊铺层完全冷却，沥青混合料表面温度低于50℃以后方可开放交通。
4、施工控制要点
1）玄武岩纤维采用自动投料机喂料，传感器经标定检验合格，拌和过程中逐盘采集并打印各个传感器测定的材料用量，包含玄武岩纤维添加量和沥青混合料拌和量、拌和温度、玄武岩纤维添加量等参数。
2）玄武岩纤维和矿料同时加入搅拌，干拌时间不少于20s，确保拌和均匀。
3）在车厢里均匀涂抹适量食用油防止混合料粘连车厢。在沥青拌和楼接料时采用 “品” 字型移动接料法，防止离析。运料车顶面均采用“两布一棉苫布”三层覆盖。
4）出厂出具运料单，记录混合料出厂数量、时间、温度，沥青混合料在摊铺地点凭运料单接收，若沥青混合料不符合施工温度要求，或已结块成团则做废料处理。
5）摊铺机要缓慢、均匀、连续不间断摊铺，不得随意变换摊铺速度或中途停顿，以提高平整度，减少沥青混合料的离析。
6）在碾压过程中应采用自动喷水装置对碾轮喷洒防粘剂，避免粘轮。
7）压路机在下坡碾压应关闭振动。
8）对路边缘、拐角等局部地区采用小型夯机加强碾压。
9）碾压段落的长度控制在20～30m，每碾压一段结束后，立即组织人员进行检测高程、平整度，局部不合理路段应立即处理。
10）严禁压路机在已完工或正在碾压的路段上掉头或急刹车，更不允许停靠在已压实的路段上，以保证路面平整度不受破坏。
11）压路机碾压路线和碾压方向不能突然改变，特别是折返位置。当遇到前边和后边压路机发生冲突时，以后边压路机让前边压路机为原则。
5、经济效益
掺加玄武岩纤维SMA沥青混合料，相对于采用木质素纤维的沥青用量降低0.3%[2]，60℃环境下的动稳定度为5640次/mm，比规范和设计图纸要求提高了188%；冻融劈裂强度、浸水马歇尔试验残留稳定度比规范和图纸的要求提高了10%以上，综合指标较设计大中修年限提高5~10年。使用寿命的延长、沥青用量的减少，可大大降低工程成本。
6、结束语
随着西部山区的城市道路及公路的迅速发展，交通流量也随之增加，这将对其沥青混凝土路面的高稳定性能、低温抗裂性能、耐久性、抗滑性能、耐磨性能提出考验。通过施工工艺研究，掺加玄武岩纤维的SMA混合料相比普通的沥青混合料具有更好的高稳定性能、低温抗裂性能、耐久性、抗滑性能、耐磨性能，同时还能减少溅水，减少噪音，提高道路行驶舒适度。为山城类似工程的实施提供参考和借鉴，具有显著的社会、经济效益。
参考文献：[1]公路工程玄武岩纤维及其制品，中国人民共和国交通运输行业标准JT/T776-2010：12.
[2]刘彦光.玄武岩纤维的特性及在沥青路面中的研究应用，公路交通科技应用技术版2010（12）：213-215.