高廣炎

(山西協(xié)力公路工程監(jiān)理有限公司，山西晉中 030600)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，重載交通需求日益增加，特別是超重載重車輛的增加，很多瀝青路面不堪重負(fù)出現(xiàn)龜裂等毀損現(xiàn)象。瀝青混凝土路面行車具有舒適性及安全性能良好，后期維護(hù)成本低，噪聲小等優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)公路路面建設(shè)最主要的結(jié)構(gòu)形式。瀝青混凝土路面在重型載重車輛的反復(fù)碾壓作用下，如何有效的解決路面毀損，提高瀝青混凝土的抗疲勞性，耐氧化等性能，是需要我國(guó)公路建設(shè)者解決的一個(gè)問題。

20世紀(jì)90年代，在美國(guó)喬治亞州，首次在瀝青混凝土中加入礦物纖維，取得了良好的路面使用性能。礦物纖維混凝土于2005年進(jìn)入我國(guó)，首次應(yīng)用于粵贛高速的建設(shè)，很好的提高了路面的車載能力和改善高低溫性能，并逐步應(yīng)用于其他高速高能公路建設(shè)，如山東濱大高速公路，河北張石高速等。實(shí)踐表明，礦物纖維混凝土可大大地加強(qiáng)瀝青混合料抗壓強(qiáng)度，有助于提高瀝青混合料的彈性恢復(fù)，延長(zhǎng)路面使用壽命。使用礦物纖維混凝土可很好地解決重載交通下的路面毀損問題。

1 礦物纖維混凝土的性能特征

礦質(zhì)纖維主要是以特選的礦石(主要是玄武巖)為原料，經(jīng)過特定的預(yù)處理后，在1 600℃高溫熔融提煉抽絲，并經(jīng)過特殊表面處理制成。纖維外表平滑完整，使用安全性能高，不易對(duì)人體造成傷害(見圖1，圖2)。與其他纖維素相比，具有良好的工程應(yīng)用性能，主要有:

1)具有極大的比表面積:纖維極細(xì)，平均直徑5μm，平均長(zhǎng)度6 mm，呈三維狀分布，具有極強(qiáng)的吸附、穩(wěn)定和加筋作用，也有利于增大瀝青膜厚度。2)表面浸潤(rùn)性好:在瀝青中的分散性好，作為瀝青的載體增大瀝青用量，與瀝青很好的粘合，防止瀝青流失，有利于延長(zhǎng)路面使用壽命30%～50%。3)力學(xué)性能優(yōu)異:礦物纖維的抗拉強(qiáng)度(2 500 MPa～3 500 MPa)大約是鋼纖維(800MPa～1 000 MPa)的3倍，是有機(jī)類纖維(300 MPa～600 MPa)的6倍～10倍，彈性模量是有機(jī)類纖維的3倍以上，可有效增強(qiáng)、增韌瀝青混合料，有助于提高瀝青混合料的彈性恢復(fù)?？梢源蟠蟾纳茷r青路面疲勞耐久性，有效提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強(qiáng)度。4)工作溫度范圍大:熔點(diǎn)1 600℃，纖維性能不受瀝青混合料高溫拌合影響，適應(yīng)路面的各種高低溫工作環(huán)境，有利于提高路面的高溫抗車轍變形能力和低溫抗裂能力。5)化學(xué)穩(wěn)定性好:拌合時(shí)不與瀝青產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，適應(yīng)瀝青路面的各種酸堿工作環(huán)境，保證施工質(zhì)量的穩(wěn)定。6)抗老化性能好:不老化、不變質(zhì)退化，可實(shí)現(xiàn)混合料100%的再生利用，有利于環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。7)水穩(wěn)定性好:不吸水、不怕潮，有助于抵制瀝青氧化老化，有利于提高路面的抗水損害能力。8)其他性能:絕熱性好，有助于瀝青油膜的高溫穩(wěn)定性;電絕緣性好，可防止瀝青膜的電化學(xué)腐蝕。

圖1 礦物纖維（棉絮狀）

圖2 礦物纖維（顆粒狀）

礦物纖維混凝土是一種有代表性的高性能混凝土，具有優(yōu)良的抗裂，抗沖擊性，抗凍及抗?jié)B性能，有利于混凝土耐久性的提高和延長(zhǎng)混凝土工程的使用壽命，對(duì)于解決重載作用下的路面毀損具有重要意義。

2 礦物纖維混凝土在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)是礦物纖維混凝土應(yīng)用最早的國(guó)家。1991年，美國(guó)喬治亞州率先采用礦物纖維修建州際I-85 SMA瀝青路面。由于礦物纖維的優(yōu)異性能，美國(guó)第一條SMA瀝青路面取得了巨大成功。喬治亞州曾于1994年規(guī)定，州界內(nèi)的所有州際公路及高速公路采用SMA面層并搭配OGFC摩擦層，且一律使用礦物纖維。喬治亞州已連續(xù)8年被美國(guó)聯(lián)邦公路總署(FHWA)評(píng)為建有全美最佳州際公路的州，在21 133英里的州際公路中只有42英里即0．2%的路況不好。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)，40多個(gè)州已廣泛采用礦物纖維修建高速公路與市政道路;99%的OGFC及55%以上的SMA路面均采用了礦物纖維。

礦物纖維混凝土于2005年進(jìn)入我國(guó)，在粵贛高速的建設(shè)中得到了首次應(yīng)用。由于其出色的工程性能，在國(guó)內(nèi)得到了快速應(yīng)用，隨后應(yīng)用于山東濱大高速公路、河北張石高速、京珠高速湖北段修補(bǔ)等工程中，近期在滬蓉西高速、山東省道仲臨路臨朐段建設(shè)中得到了普遍應(yīng)用。

實(shí)踐表明，礦物纖維混凝土可大大改善瀝青路面的粘結(jié)性、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性、高溫抗車轍變形能力，并且具有低溫防裂和防止反射裂縫的性能，有效提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強(qiáng)度。雖然前期投入大，但間接地降低了公路的養(yǎng)護(hù)成本，提高了公路的使用壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，是有利的。將礦物纖維應(yīng)用于瀝青混凝土路面中，是解決瀝青路面早期破壞及提高路面壽命的一種方法，是解決重載作用下路面毀損的一種可行手段。

3 礦物纖維在路面處理中的應(yīng)用

礦物纖維改善瀝青混凝土力學(xué)性能的機(jī)理:在瀝青混凝土中加入礦物纖維后，混合料的最佳瀝青用量提高，在相同的瀝青用量纖維混合料的密度減小，空隙率和礦料間隙率增大，飽和度與穩(wěn)定度有一定程度的降低，流值增加;高溫時(shí)變形小，動(dòng)穩(wěn)定度增大，從而大大顯著提高路面的抗車轍能力，改善路面的使用質(zhì)量。

將礦物纖維應(yīng)用于混凝土路面的處理，關(guān)鍵在于礦物纖維能否均勻的分布于瀝青混凝土混合料中。

1)礦物纖維添加量:通常，視瀝青混合料結(jié)構(gòu)及性能要求而定。對(duì)于SMA(瀝青瑪脂碎石，英文:Stone Mastic Asphalt，簡(jiǎn)稱SMA)瀝青混合料，添加量不小于0．4%～0．5%;對(duì)于 OGFC(開級(jí)配抗滑磨耗層，英文:Open Graded Friction Course，簡(jiǎn)稱OGFC)瀝青混合料，添加量不小于0．5%;對(duì)于AC(瀝青混凝土，英文:Asphalt Concrete，簡(jiǎn)稱AC)瀝青混合料，添加量不小于0．4%。

2)推薦混拌工具:礦物纖維具有良好的分散性，適合用各類混料機(jī)混拌。推薦混拌工具:梨耙式混料機(jī):6 min～10 min;立軸式高速混料機(jī)(配有高速鉸刀):4 min～6 min。

3)拌合:在大規(guī)模施工中，使用自動(dòng)投入纖維的設(shè)備保證投入的量及均勻程度。纖維首先被機(jī)械自動(dòng)打散，再利用風(fēng)力將打散的礦物纖維送入拌合機(jī)的拌合鍋中，纖維的加入時(shí)間與集料投入同步進(jìn)行，在拌合鍋中使其與集料一起干拌合，然后噴入瀝青進(jìn)行濕拌合。對(duì)于修補(bǔ)作業(yè)等小規(guī)模施工，一般采用手工拌合方式。由工人直接將纖維投入拌合鍋(或者集料提升斗)中。每拌合一鍋(或者提升斗)，投入相應(yīng)數(shù)量的纖維。纖維的投入時(shí)間與粗集料放料同時(shí)進(jìn)行。

4)鋪攤:礦物纖維混合料鋪攤要求溫度相對(duì)于普通瀝青要高。因此，在進(jìn)行鋪攤作業(yè)時(shí)，混合料鋪攤及碾壓溫度要比普通瀝青提高5℃～10℃左右。其他的施工工藝及流程和普通瀝青混凝土相同。

5)在施工中應(yīng)注意的其他問題。首先，施工人員必須做好防護(hù)工作。礦物纖維易進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致局部炎癥，誘導(dǎo)肺部的病變，引起身體不適。再者，做好礦物纖維的鑒定工作。目前，路用礦物纖維市場(chǎng)上存在種類繁多、真假難辯的情況，分別使用目識(shí)法、嗅聞法、手感法、化學(xué)反應(yīng)法、力學(xué)標(biāo)定法、體積特征法、化學(xué)組分法、微觀觀察法等鑒別方法。在掃描電鏡下，根據(jù)礦物纖維外形和成分方面微細(xì)和明顯的差別，可以區(qū)分不同種類的纖維。礦物纖維外表愈粗糙，其路用性能愈好，在瀝青混合料中的加筋作用愈明顯。

4 結(jié)語

礦物纖維混凝土能改善混凝土的粘聚性和穩(wěn)定性，提高了混凝土的抗沖擊性能，降低其脆性，改善混凝土的抗?jié)B性能，抗凍融循環(huán)能力和抗收縮能力。將其應(yīng)用于道路路面工程中，有利于提高路面的耐久性和延長(zhǎng)路面的使用壽命，降低路面的綜合建設(shè)成本，是解決重載作用下路面毀損的一種可行手段，在公路建設(shè)上具有廣闊的應(yīng)用前景。

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