高寒地區(qū)改性瀝青SMA路面施工工藝研究

郎衛(wèi)軍，李 強(qiáng)

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

1 概述

SMA具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗滑性能、防水性能等路用性能。為充分發(fā)揮SMA的路面性能，不僅要保證原材料品質(zhì)和配合比設(shè)計(jì)的合理性，還要保證路面的預(yù)期壓實(shí)、密水及抗滑效果等。

甘肅某高速公路地處青藏高原、黃土高原和秦嶺山脈的交匯地帶，是典型的二陰地區(qū)。沿線海拔在1 800~2 900 m，長(zhǎng)冬無(wú)夏，春秋短促，氣候非常寒冷。晝夜溫差較大，1月平均氣溫在-7.7~-10.3 ℃，7月平均氣溫在12.6~15.9 ℃，年平均氣溫在1.5~4.8 ℃，歷年最高溫度為30℃，最低溫度為-28.5 ℃。降雨較多，降雨量分部不均勻，多集中在7、8、9月，局部地區(qū)有時(shí)還伴隨冰雹等惡劣天氣。一般降雪是在每年的11月至次年的3月，最大凍土深度為142 cm，屬于寒冷濕潤(rùn)區(qū)，高原大陸性氣候特點(diǎn)比較明顯。由于項(xiàng)目沿線的氣候特點(diǎn)，路面施工有效期短，施工人員和設(shè)備功效較低，如何在高海拔、寒冷條件下保質(zhì)保量順利完成路面工程施工任務(wù)將成為本項(xiàng)目面臨的難點(diǎn)。本文將詳細(xì)介紹項(xiàng)目路上面層SBS改性瀝青SMA-13配合比設(shè)計(jì)過(guò)程和試驗(yàn)路所取得的成功經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上提出瀝青路面高寒地區(qū)施工時(shí)的一些注意事項(xiàng)和建議。

2 原材料

各種規(guī)格集料、礦粉和瀝青的技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，對(duì)應(yīng)的材料密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 集料密度試驗(yàn)結(jié)果

表2 瀝青及纖維密度試驗(yàn)結(jié)果

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)

先確定3種SMA-13級(jí)配（級(jí)配A、級(jí)配B和級(jí)配C）的組成，其中4.75 mm篩孔通過(guò)率分別為23.5%、27.4%、31.3%，并分別測(cè)定3種級(jí)配的VCADRC；然后根據(jù)確定好的3種級(jí)配和本次試驗(yàn)所有集料的特性（密度和吸水率），結(jié)合以往工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，按照初試油石比為6.0%雙面各擊實(shí)75次制作馬歇爾試件，測(cè)定VV、VMA、VFA及VCAmix等指標(biāo)，在混合料指標(biāo)滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上確定級(jí)配。級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3~表5。

表3 3種級(jí)配的設(shè)計(jì)結(jié)果

表4 3種級(jí)配VCADRC試驗(yàn)結(jié)果

表5 3種級(jí)配初試級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

由表4和表5可知，級(jí)配B體積指標(biāo)滿足要求，而級(jí)配A飽和度VFA和級(jí)配C礦料間隙率VMA不滿足要求，因此本次設(shè)計(jì)選擇級(jí)配B為設(shè)計(jì)級(jí)配。

3.2 最佳油石比的確定

按級(jí)配B稱取礦料，采用不同種油石比，雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，然后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)項(xiàng)目路SMA-13混合料體積指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求，空隙率應(yīng)控制在3%~4.5%，本次絮狀木質(zhì)素纖維油石比為6.0%時(shí)空隙率為4.1%，其它指標(biāo)（VMA、VCA、穩(wěn)定度、飽和度等）均滿足技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)以往工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選取6.0%作為本次SMA-13瀝青混合料的設(shè)計(jì)油石比。

3.3 混合料性能試驗(yàn)

針對(duì)上述SMA-13混合料體積指標(biāo)的試驗(yàn)研究成果，分別對(duì)混合料進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)，主要包括謝倫堡析漏試驗(yàn)（燒杯法）、肯塔堡飛散試驗(yàn)、抗水損害試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)和低溫抗裂性檢驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。從表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，上述所設(shè)計(jì)的SMA-13混合料的相關(guān)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 混合料性能研究結(jié)果

上述SMA-13混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)和相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)表明，目標(biāo)配合比所設(shè)計(jì)的混合料抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能均能滿足技術(shù)要求，可作為生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。

3.4 生產(chǎn)配合比調(diào)試及試拌

根據(jù)上述第3節(jié)的目標(biāo)配合比研究成果進(jìn)行室內(nèi)生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)工作。依據(jù)生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)成果，施工單位進(jìn)行了瀝青拌和樓的試拌工作，從拌和出的混合料外觀來(lái)看，無(wú)花白料、無(wú)未分散的絮狀木質(zhì)素纖維，整體混合料較為均勻；從拌和出的混合料室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，所檢指標(biāo)均能滿足技術(shù)要求［1-2］。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8~表10。

表8 混合料級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

表9 混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表10 混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

4 低溫施工試驗(yàn)路

上面層SMA-13混合料低溫試驗(yàn)路施工當(dāng)日天氣晴朗、微風(fēng)，混合料的出料溫度基本在175~185 ℃，到場(chǎng)檢測(cè)溫度基本在170~182 ℃，攤鋪時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的大氣溫度為5 ℃，地表溫度為8 ℃。

4.1 施工工藝［3］

施工中采用1臺(tái)福格勒S3000-2型履帶式攤鋪機(jī)進(jìn)行半幅全斷面攤鋪，松鋪系數(shù)采用1.25，攤鋪速度設(shè)定為2.0 m/min，整體鋪面均勻性良好。碾壓環(huán)節(jié)采用6臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)和1臺(tái)膠輪壓路機(jī)，碾壓段落長(zhǎng)度控制在30 m以內(nèi)。初壓采用2臺(tái)XD121E徐工雙鋼輪壓路機(jī)振壓2遍，初壓對(duì)應(yīng)的碾壓溫度在160~170 ℃；復(fù)壓采用2臺(tái)CC622戴納派克雙鋼輪壓路機(jī)振壓4遍，復(fù)壓對(duì)應(yīng)的碾壓溫度在130~150 ℃；終壓采用2臺(tái)徐工XD110雙鋼輪壓路機(jī)靜壓2~3遍，終壓完成后表面溫度基本在110℃以上，在雙鋼輪完成終壓后（鋪面溫度在90~110 ℃）采用1臺(tái)徐工XP301膠輪補(bǔ)壓2遍。

4.2 試驗(yàn)路檢測(cè)

從試驗(yàn)路的施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，整體鋪面均勻，表面粗糙、紋理較深，符合SMA路面的鋪面特點(diǎn)；從試驗(yàn)路的室內(nèi)混合料檢測(cè)結(jié)果來(lái)看：混合料級(jí)配與生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的級(jí)配較為吻合，油石比和混合料的馬歇爾體積指標(biāo)均滿足項(xiàng)目路技術(shù)指標(biāo)控制要求；從試驗(yàn)路的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看：正常鋪面所檢測(cè)點(diǎn)的馬氏壓實(shí)度均大于98%，理論壓實(shí)度均在94%~97%，構(gòu)造深度均在0.8~1.1 mm，滲水系數(shù)均在50 ml/min以內(nèi)（大部分測(cè)點(diǎn)不滲水），滿足項(xiàng)目路技術(shù)指標(biāo)控制要求。

試驗(yàn)路的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果表明（見(jiàn)表11、表12），上面層SMA-13的施工配合比、施工工藝、碾壓順序、碾壓溫度、碾壓遍數(shù)和碾壓段落長(zhǎng)度等參數(shù)設(shè)置是合理的，達(dá)到了鋪筑試驗(yàn)路的預(yù)期目的，可指導(dǎo)后續(xù)上面層SMA-13混合料的大規(guī)模低溫施工。

4.3 施工注意事項(xiàng)［4-6］

（1）不得在5 ℃以下氣溫和大風(fēng)、雨、雪天氣及路面潮濕情況下鋪設(shè)瀝青路面，低溫瀝青路面施工時(shí)須在白天氣溫較高時(shí)進(jìn)行，攤鋪時(shí)間宜安排在上午10點(diǎn)至下午5點(diǎn)。

（2）瀝青混合料拌和前，要做到施工人員到崗就位，各項(xiàng)材料質(zhì)量符合要求、數(shù)量滿足需要，各種機(jī)具設(shè)備性能完好，運(yùn)行正常。

（3）盡量縮短運(yùn)輸距離，可以找離開(kāi)施工現(xiàn)場(chǎng)最近的瀝青混凝土拌合站進(jìn)行供料。

表11 混合料級(jí)配檢測(cè)結(jié)果

表12 混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

（4）做好攤鋪前的準(zhǔn)備工作，熨平板預(yù)熱時(shí)間不能少于1 h，保證攤鋪前熨平板受熱均勻，溫度不低于110 ℃。

（5）為減少運(yùn)輸過(guò)程混合料的熱量散失，要求各單位對(duì)運(yùn)輸過(guò)程加強(qiáng)管理，車箱頂部必須用篷布加棉被覆蓋，且混合料運(yùn)輸過(guò)程中必須覆蓋完整和牢固，并盡量縮短途中運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間。

（6）為減少瀝青混合料在卸料過(guò)程中溫度損失，運(yùn)輸車卸料過(guò)程中不掀開(kāi)篷布。

（7）增加壓路機(jī)的數(shù)量（不宜少于6臺(tái)）和縮短碾壓段落長(zhǎng)度（不宜長(zhǎng)于30 m），壓路機(jī)須緊跟攤鋪機(jī)，且在瀝青混合料較高溫度下進(jìn)行碾壓。

（8）加強(qiáng)兩側(cè)邊緣、縱向接縫及相關(guān)薄弱部位的壓實(shí)，宜增加2遍以上碾壓遍數(shù)。

（9）雙鋼輪壓路機(jī)的噴水裝置一定要間歇性噴水，噴水量小且成霧狀，以不粘輪為準(zhǔn)，盡可能減少瀝青混合料表面溫度散失。

（10）混合料溫度控制是冬季低溫施工的關(guān)鍵，施工單位須安排專人負(fù)責(zé)溫度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度不能滿足規(guī)定時(shí)，應(yīng)堅(jiān)決報(bào)廢，冬季低溫施工各環(huán)節(jié)溫度應(yīng)適當(dāng)提高。

①瀝青混合料出廠溫度：嚴(yán)禁超出本項(xiàng)目控制上限的出料溫度要求，否則廢棄；普通瀝青混合料控制在160~165 ℃，改性瀝青混合料控制在180~185 ℃。

②瀝青混合料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)溫度：普通瀝青混合料溫度不低于160 ℃，改性瀝青混合料溫度不低于170 ℃。

③瀝青混合料攤鋪溫度：普通瀝青混合料溫度不低于150 ℃，改性瀝青混合料溫度不低于165 ℃。

④瀝青混合料碾壓溫度：普通瀝青混合料開(kāi)始碾壓溫度不低于140 ℃，改性瀝青混合料開(kāi)始碾壓溫度不低于160 ℃。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定上面層瀝青混合料的最低施工氣溫不低于10 ℃，但只要配合比設(shè)計(jì)合理、攤鋪碾壓設(shè)備配置得當(dāng)，在混合料施工溫度和施工工藝控制合理的前提下，在5 ℃低溫氣候下還是可以進(jìn)行上面層改性瀝青SMA-13混合料的路面施工。從項(xiàng)目路的高寒地區(qū)瀝青路面上面層SMA-13混合料低溫試驗(yàn)路施工的實(shí)體檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，路面的壓實(shí)度、滲水等關(guān)鍵指標(biāo)仍能滿足技術(shù)要求，表明上述施工工藝是可行的，可以指導(dǎo)后期大規(guī)模的低溫施工。

［1］JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SHC F40-01—2002公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南［M］.

［3］ 于旭東，陳寧，韋武舉.高寒地區(qū)瀝青路面碾壓工藝控制探討［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2014，11（4）：28—31．

［4］袁長(zhǎng)福.淺論高寒高海拔地區(qū)瀝青砼路面施工質(zhì)量控制［J］.城市建筑，2014（8）：365-365．

［5］ 王丹.淺談高寒山區(qū)瀝青混凝土路面公路工程施工注意要點(diǎn)［J］.大科技，2013（8）：189-190．

［6］王俊華.高等級(jí)瀝青混凝土路面碾壓控制［J］.公路交通技術(shù)，2008，10（5）：35-36．