SMA-13瀝青瑪蹄脂路面設計與施工質量控制*

昆山市鹿通路橋工程有限公司 昆山 215316

1 SMA的概念與特點

1.1 SMA的概念

SMA（Stone Mastic Asphalt）即瀝青瑪蹄脂碎石混合料，它是按照內摩擦角最大的原則，以間斷級配的粗集料形成相互嵌擠的礦料骨架，然后按照空隙率較小的原則，以瀝青瑪蹄脂填充骨架的空隙，形成一種骨架密實結構的瀝青混合料[1]。

SMA的組成特點是“三多一少”。具體是粗集料用量多，占70%～80%；瀝青用量多，占6%左右；礦粉用量多，占10%左右；細集料用量少，占15%～20%。普通密級配瀝青混凝土與SMA結構的比較見圖1。

圖1 結構比較

1.2 SMA的特點

1）嵌擠的骨架——高溫穩(wěn)定性好，抗車轍能力強；

2）粗集料用量多——路表粗糙抗滑、行車安全；

3）空隙率較小——抗水害、耐老化；

4）瀝青用量多——抗裂性好，耐久性好。

2 原材料情況

2.1 集料巖性

細集料的巖性主要為玄武巖，也可為石灰?guī)r； 粗集料的巖性主要為玄武巖或輝綠巖等硬質巖石。

2.2 材料要求

1）瀝青：采用改性瀝青， 針入度（100 g，5 s，25 ℃）在50～80（0.1 mm）之間；延度（5 cm/min，5 ℃）≥30 cm；軟化點（環(huán)球法）≥65 ℃。

2）粗集料：采用反擊式破碎機軋制的碎石，石質堅硬、清潔、不含風化顆粒、近立方體顆粒的碎石，進場后按標化工地的要求分檔堆放。

3）細集料：采用堅固、潔凈、干燥、無風化、無雜質并有適當級配的人工軋制的石灰?guī)r細集料，且不得含有泥土雜物，不能采用山場的下腳料。

4）填料：采用石灰?guī)r經磨細得到的填料。填料必須干燥、清潔。

5）木質素纖維：采用優(yōu)良的原生木材生產的絮狀木質素纖維。

3 SMA-13改性瀝青混合料配合比設計

3.1 配合比設計的原則

選擇適當?shù)募壟浔ＷC粗集料間相互嵌擠，使用強度高、立方體狀集料，較多地使用瀝青，空隙率為4%，VMA（礦料間隙率）＞ 16.5%，析漏、飛散滿足要求，且滿足高溫穩(wěn)定性要求及水穩(wěn)性要求。

3.2 改性瀝青SMA-13上面層的設計標準

上面層改性瀝青SMA-13集料級配通過率見表1。在馬歇爾試驗配合比設計中，要求馬歇爾試件兩面各擊75 次，空隙率在3%～4.5%，集料間隙率≥17%，瀝青飽和度在75%～85%之間，穩(wěn)定度≥6 kN，流值在2～5 mm之間。改性瀝青SMA-13配合比設計檢驗的指標為：車轍試驗動穩(wěn)定度≥3 000 次/mm，殘留馬歇爾穩(wěn)定度＞85%，凍融劈裂試驗殘留強度比＞80%，滲水系數(shù)≤50 ml/min，構造深度在0.7～1.1 mm之間[2]。

表1 上面層改性瀝青SMA-13集料級配通過率范圍

3.3 配合比設計的步驟

3.3.1 初擬級配

選擇初試級配，按照表1的級配范圍擬定3 個試驗級配，使其4.75 mm的通過量分別為表中級配范圍的中值、中值±3%。

3.3.2 測定VCA（粗集料間隙率）

按照T 0309—2000或AASHTO TP19的試驗方法，測定各試驗級配粗集料骨架部分的VCADRY（干搗試驗的粗集料間隙率）。

3.3.3 選擇初試瀝青用量

在滿足最小瀝青用量要求的情況下，擬定一個初試瀝青用量。根據(jù)工程所在地的玄武巖的狀況，集料的合成毛體積密度約為2.9 g/cm3，因此最小瀝青用量為5.7%（油石比為6.04%）。

3.3.4 確定設計級配

對3 個試驗級配，采用初試瀝青用量，成型馬歇爾試件，測試混合料的VMA、VCAmix（指粒徑大于2.36 mm的粗集料間隙率），比較3 組試驗級配，選擇VCAmix ＜VCADRY，且4.75 mm通過率較大的一組級配為設計級配。

3.3.5 確定設計瀝青用量

根據(jù)設計級配在初試中空隙率的大小，擬定3～5 個瀝青用量（一般間隔0.3%），成型馬歇爾試件，馬歇爾擊實為75 次/面；瀝青混合料的拌和、擊實溫度根據(jù)瀝青的黏溫曲線確定，相應的黏度分別為（0.17±0.02）Pa·s、（0.28±0.03）Pa·s。對于改性瀝青，拌和溫度與擊實溫度應征詢?yōu)r青供應商的意見；根據(jù)4%（毛體積密度）的空隙率確定設計瀝青用量。

3.4 馬歇爾試驗檢驗

1）馬歇爾試驗檢驗。根據(jù)合成級配拌和的SMA-13瀝青混合料，采用馬歇爾試驗方法成型試件，得到對應的馬歇爾指標 。

2）水穩(wěn)定性檢驗。為了檢驗SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，按照有關規(guī)范進行了凍融劈裂試驗。

3）車轍試驗檢驗。為了檢驗SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，按照有關規(guī)范進行了瀝青混合料車轍試驗。

4）飛散與析漏試驗檢驗。為檢驗SMA-13瀝青混合料的綜合性能，按照有關規(guī)范進行了飛散與析漏試驗。析漏是關鍵指標，由于SMA瀝青含量高，該指標可以檢驗混合料的瀝青用量是否超標。

5）水穩(wěn)定性檢驗方法。研究表明，SMA的空隙率大于6%時，水損害較多發(fā)生，路面的壓實空隙率應小于6%，AASHTO T283試驗采用6%空隙率的試件進行凍融循環(huán)，測定其劈裂強度比TSR，作為評價SMA混合料水穩(wěn)定性的指標。由于試件與路面通車早期的空隙率比較接近（約6%），因此T283試驗較浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗更能反映混合料的水穩(wěn)定性情況。T283試驗方法的主要控制指標：6%空隙率，飽水率60%～75%，-18 ℃冷凍16 h后浸泡到60 ℃的熱水中，24 h后檢驗其劈裂試驗結果[3]。

6）混合料的檢驗。瀝青混合料的礦料級配檢驗，應參照《瀝青路面施工技術規(guī)范》中的要求進行。礦料級配與油石比檢驗應1 d檢驗2 次，并與設計級配和設計油石比相對照；對于SMA混合料，最大粒徑篩孔、9.5 mm篩孔、4.75 mm篩孔、0.075 mm篩孔的通過率偏差不宜超過3%；由于SMA混合料中含有大量的礦粉，還有一定量的纖維，因此在進行油石比檢驗時，試驗結果容易出現(xiàn)一定的偏差，必須提高試驗精度或增加試驗次數(shù)以獲得正確的試驗數(shù)據(jù)；SMA混合料的油石比是否偏高，可以以析漏試驗的結果進行參考，如果析漏試驗結果過大，則SMA 的油石比肯定偏高。SMA混合料中還摻加一定量的纖維，正常情況下這些纖維會和礦料分離，很容易除去，其質量應從礦料中扣除；如果纖維和礦料無法順利除去，則表明混合料中的瀝青未完全從礦料中分離，必須采取措施繼續(xù)試驗或放棄該組試驗結果。

4 SMA-13改性瀝青混合料上面層施工工藝

4.1 拌和

1）嚴格控制瀝青和集料的加熱溫度以及改性瀝青SMA-13的出廠溫度。瀝青加熱溫度為160～170 ℃，集料溫度為180～190 ℃，出廠溫度控制在170～180 ℃。

2）拌和時間由試拌確定。改性瀝青SMA-13拌和加料次序為集料、纖維、礦粉、瀝青，纖維與加集料、礦粉同步，總生產時間為60～65 s。

3）目測檢查混合料的均勻性，及時分析異?，F(xiàn)象。如混合料有無花白、冒青煙和離析、析漏等現(xiàn)象，如果出現(xiàn)濃濃的青煙，應檢查是否超過了規(guī)定溫度。

4）嚴格控制油石比和集料級配，避免油石比不當而產生泛油和松散現(xiàn)象。正確拌和的SMA混合料應保持一種黏聚狀態(tài)[4]。

5）混合料不得在儲料倉中長時間儲存，以不發(fā)生瀝青析漏為度，且不得儲存過夜。

6）SMA拌和5 mm以上的顆粒占70%以上，礦粉占10%以上，細集料包括石屑和砂才占15%左右，因此會發(fā)生粗料倉經常不足，而細料倉經常溢倉的情況，應安排特殊方法設置振動篩和熱料倉，且細集料應始終保持干燥狀態(tài)，防止受潮。

7）纖維的添加方法：控制木質素纖維的添加時機，以充分保證拌和時間，干拌時間延長10～20 s。添加纖維時必須在粗集料放料的同時加入纖維，利用粗集料拌和的打擊力將纖維打散[5]。

8）SMA-13出料檢測。拌和樓人員注意目測檢查混合料的均勻性、有無花白、結團成塊、冒青煙和離析等現(xiàn)象。瀝青混合料出廠時逐車檢測瀝青混合料的質量和溫度，記錄出廠時間簽發(fā)運料單，并覆蓋好蓬布。

4.2 攤鋪

1）攤鋪前在下結構層噴灑黏層瀝青。

2）連續(xù)穩(wěn)定的攤鋪，是提高路面平整度最主要的措施。通過采用2 臺攤鋪機梯隊攤鋪，來提高攤鋪層均勻性和壓實度。攤鋪機的攤鋪速度應根據(jù)拌和機的產量、施工機械的配套情況及路面所需攤鋪的厚度，按2.5 m/min左右予以調整，通常不應超過3 m/min，并做到緩慢、均勻、不間斷地攤鋪。

3）用機械攤鋪的混合料未壓實前，施工人員不得進入踩踏。只有在特殊情況下，在現(xiàn)場主管人員指導下，允許人工找補或更換混合料。

4）上面層采用非接觸式平衡梁裝置控制攤鋪厚度。由2 臺攤鋪機聯(lián)合作業(yè)實施攤鋪，前攤鋪機過后，攤鋪層縱向接縫上應呈斜坡，后面攤鋪機跨縫5～10 cm攤鋪。2 臺攤鋪機距離控制在3～6 m。保證2 臺攤鋪機的速度、攤鋪厚度、路拱、攤鋪平整度及振動頻率均保持一致。

5）攤鋪前熨平板預熱至≥100 ℃，攤鋪時熨平板采用中強夯等級，夯級為5級，使鋪面的初始壓實度≥85%。

6）運料車在攤鋪機集料斗的刮板尚未露出，有約厚10 cm的熱料時，即可卸料，做到連續(xù)供料，并避免粗料集中。積極采取相應措施，盡量做到攤鋪機不攏料，以減少面層離析。

7）在互通區(qū)主線路面拼寬路段施工時，邊部用木板立模，使邊部形成一個垂直面，在后面拼寬作業(yè)可以減少切邊的工作，以及減少混合料的浪費。

4.3 碾壓

1）對SMA路面來說，在所有檢測項目中，施工工藝中的壓實度是最重要的施工質量管理項目。為保證路面平整度和壓實度，采用以下碾壓組合方式：每臺攤鋪機后各緊跟1 臺壓路機，前靜后振1 遍，前振后振1 遍，再用2 臺壓路機，全幅前振后振各3 遍，最后1 臺進行終壓。

2）改性瀝青SMA-13初壓、復壓宜用鋼輪振動壓路機碾壓，碾壓應遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進行?；旌狭蠑備伜蟊仨毦o跟著在盡可能高溫狀態(tài)下開始碾壓，不得等候。不得在低溫狀態(tài)下反復碾壓，防止磨掉棱角、壓碎石料，破壞石料嵌擠。碾壓段的長度控制在20～30 m，改性瀝青SMA-13嚴禁使用輪胎壓路機[6]。

3）嚴格控制壓實遍數(shù)，一般初壓采用2 臺100 kN鋼輪壓路機跟在攤鋪機后壓1～2 遍，復壓用130 kN以上振動壓路機振壓3～4 遍，最后用較寬的鋼輪壓路機光面碾壓1～2 遍即可。

4）能否在高溫狀態(tài)下用振動壓路機碾壓而不產生推擁，是鑒別是不是SMA的重要標志，如果產生推擁現(xiàn)象，說明粗集料沒有充分嵌擠好，或者嵌擠作用沒有充分發(fā)揮，那就未能達到真正的SMA效果。

5）由于在瀝青混合料中摻加了路用纖維，因此對碾壓工藝的要求比較高。在碾壓過程中要注意碾壓溫度及碾壓方法，特別要遵循“緊跟、慢壓、低幅、高頻、小水”的原則。碾壓過程中壓路機有瀝青混合料碾輪現(xiàn)象時，可向碾壓輪灑少量水。

6）壓路機的折返點要隨著攤鋪進程向前移動，這樣既保持了碾壓溫度，又不影響平整度。

5 結語

SAM瀝青馬蹄脂碎石路面的鋪筑是一個復雜工程，只有每一個環(huán)節(jié)都采用科學的程序進行嚴格控制，才能最終取得良好的效果[7]。本工程通過在設計與施工過程中的一系列質量控制，成功地保證了SMA-13的成型質量，可為類似工程提供參考與借鑒。