城市道路SMA瀝青混凝土路面配合比設計與施工技術

摘要:本文結合工程實例，通過SMA瀝青混合料的組成設計和各種試驗數據分析，確定各種規(guī)格礦料與瀝青的組成比例，找出SMA瀝青混合料的最佳組合;并對城市道路SMA路面施工工藝進行了詳細闡述。

關鍵詞:城市道路:SMA瀝青混合料;配合比設計;施工工藝

中圖分類號:U416.217

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)12-0141-03

1引言

城市道路瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA(Stone Marx As-phalt)是近年來出現(xiàn)的一種新型瀝青混合料，SMA瀝青路面具有高溫抗車轍、低溫抗裂、抗水損、抗滑和耐久等優(yōu)良性能。SMA是由粗骨料構成的主要結構，具有抗變形能力，合理填充粗集料結構空隙的瀝青瑪蹄脂(由細集料、填料、結合料及穩(wěn)定劑組成)賦予SMA路面高度的耐久性，其粗糙、均勻表面構造使路面具有優(yōu)良的抗滑性和較低的交通噪聲。

SMA路面雖比傳統(tǒng)瀝青混凝土路面工程造價高，但使用壽命更長，養(yǎng)護費用低，因而全壽命成本較低，具有良好的經濟效益與社會效益。由于SMA在我國發(fā)展歷程較短，因此對城市道路SMA瀝青混凝土路面配合比設計與施工技術進行分析探討具有重要的現(xiàn)實意義。

2工程概況

湖南省永州某城市道路長4.85km，雙向6車道全部鋪筑SMA瀝青抗滑表層，現(xiàn)對SMA瀝青混凝土配合比及施工工藝進行探討。

3城市道路SMA瀝青混凝土配合比設計

3.1原材料

(1)瀝青

基質瀝青采用AH-90重交通道路瀝青，再拌和場添加5%岳化SBS用蘭亭-30設備現(xiàn)場改性，顯微鏡觀察聚合物SBS顆粒均在5cm之下。

(2)粗集料

粗集料選用本地區(qū)產的玄武巖做碎石或石灰石做碎石，4.75~9.5mm、9.5~13.2mm、13.2~19.0mm集中，石質良好、針片狀等各項技術指標符合規(guī)范要求，與基質瀝青粘附能力為Ⅳ，與改性瀝青粘附能力為V。

(3)細集料

細集料選取用本地優(yōu)質石灰?guī)r，由專門配有選取裝置的設備加工而成，機制砂2~3mm通過率100%，0.75mm通過率接近于0。

(4)填料

填料選用優(yōu)質石灰?guī)r磨細而得的礦粉，細度符合要求，親水系數小于1。

3.2配合比設計

瀝青混合料組成設計的主要任務是確定各種規(guī)格礦料與瀝青的比例，找出混合料的最佳組成，使其滿足路用性能要求，容易施工且經濟合理。配合比設計分三階段進行，即目標配合比、生產配合比、生產配合比驗證。

3.2.1目標配合比

確定目標配合比的目的在于初步確定最佳瀝青用量，為生產配合比提供參數，同時作為冷料倉按比例供料的依據。

3.2.1.1確定礦料組成

按照SMA混合料配合比設計方法，第一批試驗設計成三種級配，以4.75mm通過率為變化點，使4.75mm通過率為22%、25%、28%左右。三個級配均固定礦粉用量，經過計算如表1。

按我國《公路工程集料試驗規(guī)程》(JTJ058-2000)的方法測定4.75mm以上粗集料的松方相對密度RS，根據4.75mm以上粗集料的毛體積相對密度GCA計算得到每一組礦料4.75mm以上粗集料的間隙VCADRC，如表2。

3.2.1.2確定最佳瀝青用量

按確定礦料配合比以0.3%的間隔，分別進行4組馬歇爾試驗，試驗結果如表3。

考慮到合成集料的毛體積相對密度為2.840g/cm3，對應的最小油石比為5.8%。參照中國工程建設標準化協(xié)會公路工程委員會發(fā)布的《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》，對于高溫穩(wěn)定性要求較高的重交通路段，設計空隙率允許放寬到4.5%，結合有關通知確定最佳油石比為6.2%。按此最佳油石比進行馬歇爾試驗。結果如表4。

3.2.2生產配合比

生產配合比就是確定二次篩分后拌和設備各熱料倉礦料比例和瀝青用量，即標準配合比直接為混合料生產服務。

3.2.2.1拌和設備簡介

拌和設備為兩臺3000型、一臺2000型間歇式拌和樓，均外設六個料倉，兩個礦粉罐，內設五個熱料倉，推動篩網尺寸由大到小依次為20mm×20mm、15mm×15mm、11mm×11mm、6mm×6mm、3mm×3mm，礦粉、瀝青及木質素纖維單獨稱量，兩臺拌和樓的內部設置完全相同，所有生產過程均稱序控制，自動計量拌和，拌和設備還必須設置除塵裝置，生產中決不允許使用回收粉塵。

3.2.2.2礦料組成設計

從拌和設備各熱料倉和礦粉罐內取樣分別進行篩分試驗和密度試驗，通過計算得出各熱料倉的比例，經過試算復核調整為5#、4#、3#、2#、1#，礦粉:水泥=21:20:34:4:10:11。回收粉塵全部廢棄，合成級配與目標配合比合成級配基本一致，礦料混合級配如表5。

3.2.2.3確定最佳瀝青用量

根據上述礦粉比例，選取目標配合比設計的最佳油石比6.2%和±0.3%，進行馬歇爾試驗。結果如表6。

按最佳油石比6.2%對SMA混合料進行檢驗，結果如表7。

符合規(guī)定要求，選定生產配合比最佳油石比為6.2%。

3.2.3生產配合比驗證

按生產配合比確定瀝青用量的礦料比例進行試拌。經觀察混合料拌和均勻，無花白料，測試拌和溫度在165~170℃。在拌和場內進行，路外試驗段鋪筑，通過對試驗段現(xiàn)場取樣進行馬歇爾試驗、燃燒法測定油石比試驗，均符合規(guī)范要求。試件在60℃的條件下做車轍測試，動穩(wěn)定度為6190.28次/mm，滿足設計要求。所鋪筑的試驗段碾壓成型后經觀測，攤鋪均勻，顏色一致，無離析現(xiàn)象，鉆芯后觀測試樣粗細分布均勻，骨料嵌擠良好，壓實度均在98%以上，說明所確定的生產配合比是合適的，將其作為生產用的標準配合比，不得隨意改動。

4 SMA瀝青混凝土施工技術及質量控制措施

在新建的公路上大面積鋪筑SMA抗滑表層，必須先鋪筑試驗路段，其長度不短于500m，以驗證SMA混合料的設計、生產配合比及施工工藝，是否符合“規(guī)范”的要求，路面的外觀質量、平整度、結構深度是否達到標準要求，以及還有哪些不足需要進一步完善與強化達到標準，具體施工工藝如下:

4.1原材料的質量控制

在施工過程中，加強試驗量強化檢測手段，保證檢驗頻率，有專人對原材料和混合料生產進行質量控制，嚴格控制原材料質量，杜絕不合格原材料進場。在各項指標均符合要求的前提下，擇優(yōu)錄取，而且每批改性劑進場均要有出廠合格證明，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)潮、結塊、顏色不正常的一律不用，按規(guī)定的頻率進行檢驗，合格方可使用。

基質在使用之前必須做三大指標(針入度、延度、軟化點)試驗，必須做老化試驗，老化試驗采用旋轉薄膜烘箱試驗(RTFOF)方法為準，允許采用薄膜加熱試驗(TFOT)方法代替，但必須在報告中注明。改性瀝青的技術要求如表8。

粗集料選用吸水性集料，要求石質堅硬、粗糙、具有棱角，為錘式或錐式破碎，外觀接近立方體，限制扁平粒含量，有良好的嵌擠能力。符合規(guī)范要求。

為了進一步增強嵌擠效果，細集料使用機制砂，適當減少天然砂的用量，細集料應干凈、堅硬、干燥、無分化、無雜質或其他有害物質，石灰?guī)r石屑應用適當的級配，天然砂應有中砂的級配的細度模數(稍細也可以)。符合規(guī)范要求。

填料采用石灰?guī)r等堿性磨細的礦粉，礦粉必須干凈、潔凈，不能含有雜質和團粒。滿足規(guī)范要求。

4.2SMA混合料的拌和

施工時規(guī)定每臺拌和樓每臺班做兩次油石比、篩分、馬歇爾試驗，并隨時檢測拌和溫度。

施工要求在正式鋪筑前進行試拌，通過肉眼觀察混合料的質量是否合格，并取樣試驗礦粉級配和改性瀝青用量是否符合設計要求，一般肉眼觀察SMA混合料沒有一般瀝青混合料亮，用油量外觀看好象偏低，實際在攤鋪上如與一般瀝青混合料差不多，那么碾壓時就有可能在路面產生許多油斑，將來不可避免要產生泛油現(xiàn)象。

經過試拌檢驗后沒有問題，即可進行試驗段的攤鋪，攤鋪試驗段的目的是為進一步檢驗瀝青用量和礦粉級配，確定攤鋪和壓實方法、現(xiàn)場攤鋪和碾壓的合適溫度，以及混合料的松鋪系數，并鉆芯取樣測定壓實度、厚度及確定馬歇爾試驗技術指標是否符合要求。

4.3SMA混合料的運輸

在拌和場當拌和機向運輸車上裝料時，必須在運輸料旁專人看守，防止因纖維未能加入而使混合料油過大或因其他原因使混合料油過小，當發(fā)現(xiàn)不合格的混合料時，必須廢棄。

SMA混合料的運輸與一般瀝青混合料的運輸要求差不多，所不同的是因產量較SBS改性瀝青混合料降低約30%，運輸車輛數量適當的減少，因運輸車待機時間較長，粗集料表面油膜相對較薄，混合料溫度降低速度較快，隨著溫度的下降，聚合物開始固化，混合料失去和易性，不能保證充分碾壓，所以必須加蓋蓬布，防止溫度降低混合料冷卻。

4.4SMA混合料攤鋪

SMA混合料攤鋪，可以使用攤鋪一般瀝青混合料的攤鋪機。SMA在攤鋪前應將路面表面散落雜物、泥土清理干凈，噴灑粘層瀝青用量為0.3~0.5L/m，粘層瀝青宜選用改性乳化瀝青。當攤鋪路幅較寬時，SMA宜采用雙機組成梯隊作業(yè)，進行聯(lián)合攤鋪，兩機前后間隔5~10m;相鄰兩幅之間應有重疊，其重疊寬度應為15~20cm;攤鋪時應保持連續(xù)進行不得中斷，攤鋪速度可根據供料情況而定，通常為2~3m/min。

SMA混合料的攤鋪溫度不低于160℃，施工氣溫不低于l0℃，SMA混合料攤鋪不得夜間施工，遇雨應立即停止攤鋪，殘留在車廂內已經結塊的SMA混合料不得使用。

4.5 SMA混合料的壓實

SMA混合料攤鋪后應立即進行碾壓，雙機攤鋪作業(yè)應從先攤鋪的邊緣開始向另一側碾壓，且不可從兩側邊緣向中間進行，這樣容易出路拱。碾壓溫度:SMA混合料攤鋪后即進行碾壓，碾壓終了溫度不低于120℃，溫度過低無法壓實，這就要求碾壓工作應加快，在規(guī)定時間內達到壓實度要求。

碾壓步驟:碾壓應分初壓、復壓、終壓三個步驟，初壓以10t以上雙鋼輪壓路機進行，從路的一側開始向另一側進行，雙輪壓路機以1/3錯輪進行，碾壓遍數為2遍;復壓，用12~15t鋼輪壓路機，也是從邊緣向另一側進行，以1/2錯輪進行復壓，碾壓3遍;終了壓實又稱趕光壓實，以10t雙輪壓路機進行，其碾壓遍數以消除輪跡為準，一般碾壓2遍即可，但終了壓實溫度不低于120℃。SMA混合料的壓實不得使用輪胎式壓路機，通過試驗路段表明，振動壓路機低檔輕微振動還可以，但時間不宜過長，以免泛油。

4.6施工接縫

SMA混合料在施工中要求連續(xù)攤鋪，但總是不可避免的要停頓，這就會出現(xiàn)施工接縫，一般均為橫向接縫。SMA面層不得出現(xiàn)縱向冷接縫，所以路幅較寬時要求梯隊攤鋪雙機聯(lián)合作業(yè)。SMA混合料每天施工結束時，攤鋪機在接近終了端前1m處，將攤鋪機熨平板稍稍抬起，駛離現(xiàn)場，用人工將端部混合料鏟齊后再碾壓，然后用3m直尺檢查平整度，趁混合料尚未冷透時劃線垂直刨除端部厚度不足部分。第二天接著進行攤鋪時，在預定攤鋪的末端，攤鋪機就位，在已成型的路面上墊上木板塊(一般可墊3~4塊)，在熨平板下，同時開始加熱，使已鋪好的混合料軟化，便于新舊混合料的結合，達到預熱溫度后撤出木板塊開始攤鋪。攤鋪后立即開始碾壓，先以雙輪壓路機碾壓，同時可用高頻振動壓路機振動碾壓。遇有接縫處表面較粗或偏低時，可用人工篩細料鋪筑找平，再進行碾壓后用3m直尺檢查平整度符合要求為止。

因為SMA粗集料表面油膜較薄，改性瀝青與纖維、礦粉和少量細集料形成的瑪蹄脂結合料只有在經過碾壓后才顯出粘性，所以在施工橫向接縫處理過程中，必須仔細操作，攤鋪前在橫向接縫處涂刷少量的乳化瀝青，當碾壓完畢并將橫向接縫切割好后，利用水將接縫處理干凈后再進行操作。

6結論及建議

綜上所述，瀝青混凝土纖維添加量一定控制準確，添加多了自由瀝青不足，導致瑪蹄脂數量不足，混合料粘結力不夠，空隙率過大而耐久性差。添加少了通車之后，就發(fā)現(xiàn)泛油、車轍等不良現(xiàn)象，導致路面早期損壞，因而在選擇纖維添加設備時一定要嚴格把關，切記使用計量精度不夠的設備，從而使配合比設計不精確，影響路面質量，具體建議如下:

(1)原材料質量的良好控制是保證整體施工質量的首要條件，控制原材料質量:控制料質、料源良好、穩(wěn)定;控制集料級配穩(wěn)定;控制料的摻量。

(2)表面層粗集料必須堅硬，針片狀顆粒少，以便嵌擠良好。細集料一般不用天然砂，宜采用堅硬的人工砂，必須由憎水性石料磨細，不宜采用回收粉塵。

(3)嚴格控制混合料級配穩(wěn)定是保證施工質量的重要因素，級配的變化不僅影響到相對瀝青用量的變化，而且對表面成型情況、構造深度、防水性能都有直接影響。

(4)嚴格控制瀝青用量的準確性是保證工程質量的另一個方面，用油量大，則宜泛油起包，構造深度小;用油量小，瀝青與集料粘結力不足，路面抗沖擊、抗裂性能都會顯著下降。

(5)溫度是SMA瀝青混合料施工中控制的關鍵，城市市政道路表面層一般采用改性瀝青，感溫性強，溫度下降幅度大，施工中加熱溫度要適當提高，拌和時間要適當延長，且一定縮短攤鋪與碾壓的時間差。

參考文獻:

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