魏永東
【摘 要】普通瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性能和低溫抗裂性能方面、在抗滑性能和耐久性方面都有矛盾。尤其是為了提高抗滑性能,使路面的空隙率較大,因而水損害比較嚴(yán)重,而SMA技術(shù)使路面服務(wù)狀況得到改善,從而帶來運(yùn)輸成本的節(jié)約,提高路面抗滑性能,增加路面構(gòu)造深度,防止雨天濺水形成水霧,大大降低雨天事故發(fā)生率,提高公路交通安全性、耐久性,可以延長使用壽命20%~30%,甚至更多洧效地防止路面早期損壞,減少維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文結(jié)合2013年古永高速公路養(yǎng)護(hù)維修工程項目中SMA-13瀝青瑪蹄脂技術(shù)的應(yīng)用,簡要介紹了該項技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)、施工工藝及過程控制等方面的內(nèi)容。
【關(guān)鍵詞】SMA-13瀝青瑪蹄脂 古永高速公路 養(yǎng)護(hù)維修 應(yīng)用
古浪至永昌高速公路是我省東西方向的主要交通要道,也是國家“五縱七橫”主骨架公路的重要路段,以往養(yǎng)護(hù)維修工程中挖補(bǔ)罩面普遍采用密實性瀝青混合料進(jìn)行修補(bǔ)路面病害。修補(bǔ)后經(jīng)過夏季雨水的沖刷及行車碾壓的損壞往往出現(xiàn)“前修后爛”的現(xiàn)象。2013年養(yǎng)護(hù)維修工程熱瀝青罩面中我們采用的此項技術(shù),經(jīng)過實施總結(jié)了其特殊的施工工藝和過程工程,后期跟蹤觀察及試驗檢測表明效果較好。
1 SMA瀝青瑪蹄脂的技術(shù)特點(diǎn)
1.1 SMA瀝青瑪蹄脂的定義
SMA是一種由瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑及少量細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂結(jié)合料,充填于間斷級配的粗集料碎石骨架的間隙形成的一種瀝青混合料。在國際國內(nèi)普遍用于機(jī)場跑道、城市道路和重載高速公路以及橋面鋪裝,是解決瀝青路面早期破壞的一種具有廣闊發(fā)展前景的新型路面。
1.2 SMA 瀝青瑪蹄脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
SMA是由互相嵌擠的粗集料骨架和瀝青瑪蹄脂兩大部分組成的。SMA的結(jié)構(gòu)組成可概括為“三多一少,即:粗集料多、礦粉多、瀝青多、細(xì)集料少”。(1)在SMA的組成中,礦料是間斷級配,大于4.75mm的碎石用量一般在70%~75%左右,粗集料顆粒之間有良好的嵌擠作用,瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力,因而有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力。(2)SMA使用礦粉多(8-12%),瀝青多(5.5-6.5%),又使用纖維作穩(wěn)定劑,由此組成的瀝青瑪蹄脂包裹在粗集料表面,充分填充集料間隙,對骨架有較好的粘結(jié)作用,因此具有較好的低溫抗裂性能。(3)SMA混合料的內(nèi)部空隙率很小(4%左右),瀝青與空氣接觸少,因而具有良好的耐久性。滲水很少,再加上瑪蹄脂與集料的粘結(jié)力好,混合料的水穩(wěn)定性也有較大改善。同時SMA對下面的瀝青層和基層有較強(qiáng)的保護(hù)作用和隔水作用,使全路面能保持較高的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。(4)在SMA的施工中,混合料的松鋪系數(shù)一般在1.02~1.05之間,碾壓過程中可以發(fā)現(xiàn),SMA混合料在初壓時即沒有輪跡,在高溫狀態(tài)下用振動壓路機(jī)碾壓而不產(chǎn)生推擁(這也是判斷混合料是不是SMA的直觀標(biāo)準(zhǔn)),碾壓成型后表面有足夠的構(gòu)造深度又基本上不透水,路面構(gòu)造深度一般在1.0一1.3mm左右,它集AC型混合料的密實性、AM型的骨架結(jié)構(gòu)、AK型的抗滑性于一身,具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性,耐久性和抗滑性。(5)造價高,對路基與路面的施工質(zhì)量要求較高。
2 SMA瀝青瑪蹄脂的技術(shù)要求
由于SMA瀝青瑪蹄脂結(jié)構(gòu)特殊,對所使用的材料要求較高,古永高速在各種材料的選用上均采用了質(zhì)量均較高的材料。
2.1石料的要求及質(zhì)量控制
(1)粗集料。粗集料應(yīng)采用質(zhì)量均勻、潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì),且質(zhì)地堅硬,表面粗糙,應(yīng)為反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎加工的碎石,形狀接近立方體,有良好的嵌擠能力的破碎集料。本項工程采用的粗集料為永登石料廠生產(chǎn)的碎石,其質(zhì)量符合SMA瀝青瑪蹄脂技術(shù)要求。(2)細(xì)集料。細(xì)集料采用專用的制砂機(jī)生產(chǎn)的機(jī)制砂。應(yīng)干凈、堅硬、干燥、無風(fēng)化,有適當(dāng)?shù)募壟?,并與改性瀝青有良好的粘附性。其質(zhì)量要求符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中瀝青混合料用細(xì)集料質(zhì)量要求。(3)礦粉。礦粉采用普通混凝土中的礦粉,其要求符合技術(shù)規(guī)范要求。
2.2瀝青的技術(shù)要求及質(zhì)量控制
(1)用于SMA的瀝青結(jié)合料必須具有較高的粘度,與集料具有良好的粘附性,以保證有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫韌性。本工程中采用SBS改性瀝青為武威公路管理局材料研發(fā)中心生產(chǎn)的改性瀝青,技術(shù)要求和實測數(shù)據(jù)如表1。(2)在瀝青儲存過程中,應(yīng)經(jīng)常檢驗改性瀝青的離析情況,各項指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求,為防止離析,在瀝青罐頂端分別加裝電動攪拌器,對改性瀝青進(jìn)行定期二次攪拌,攪拌器每三小時攪拌一次,每次攪拌20分鐘。同時采用在不同的瀝青罐中互相交流的方法,也可以在不同程度上防止儲存改性瀝青的離析。
2.3纖維穩(wěn)定劑的技術(shù)要求及質(zhì)量控制
纖維穩(wěn)定劑。(1)本工程采用北京墾特萊公司生產(chǎn)的木質(zhì)素纖維作為纖維穩(wěn)定劑,以改善瀝青混合料性能,吸附瀝青,減少析漏。其質(zhì)量應(yīng)符合表2的技術(shù)要求。(2)木質(zhì)素纖維能承受250℃以上的環(huán)境溫度不變質(zhì),不發(fā)脆,且對環(huán)境不造成危害,不危害身體健康。(3)纖維穩(wěn)定劑的摻加比例以礦料總量的質(zhì)量百分率計算,通常情況下用于SMA路面的木質(zhì)素纖維不宜低于0.3%,必要時可適當(dāng)增加纖維用量。纖維摻加量的允許誤差宜不超過±5%。(4)纖維應(yīng)存放在室內(nèi)或有棚蓋的地方,在運(yùn)輸及使用過程中應(yīng)防止受潮、結(jié)團(tuán),已經(jīng)受潮、結(jié)團(tuán)不能在拌合時充分分散的纖維,不得使用。
3 SMA瀝青瑪蹄脂技術(shù)的施工過程控制
3.1試驗段鋪筑
(1)在SMA面層的正式鋪筑前,必須鋪筑試驗路段,長度宜為100-200m,驗證配合比設(shè)計的瀝青混合料用量、礦料級配、試驗施工工藝,檢查SMA表面的均勻性、構(gòu)造深度和滲水情況。(2)對SMA面層,應(yīng)特別重視材料質(zhì)量、施工溫度和壓實工藝的控制,使混合料形成充分嵌擠并達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài),切忌片面追求平整度而降低壓實度。
3.2拌合樓出料控制
SMA混合和ATB改性瀝青混合料的混合物拌和方法基本上是相同的,區(qū)別有以下幾個方面:(1)拌和樓應(yīng)當(dāng)配備一個專用的纖維穩(wěn)定劑投料裝置,直接添加纖維自動加入拌和樓的拌和鍋或稱量斗。添加纖維應(yīng)與拌和樓的拌和同步周期。松散絮狀纖維應(yīng)該使用風(fēng)送設(shè)備自動分解材料,并在礦料投入后干拌及噴入瀝青的同時一次性噴入拌和機(jī)內(nèi)。(2)SMA混合攪拌,加入粗集料拌和樓的同時,加入纖維,干拌,以確保適當(dāng)?shù)睦w維可以完全分散均勻的混合物,加入礦粉,干拌15秒左右,噴入瀝青濕拌50秒左右,使所有集料全部裹覆瀝青結(jié)合料,攪拌混合均勻作為標(biāo)準(zhǔn)。(3)拌和好的SMA混合料應(yīng)隨拌隨用,不宜儲存時間過長,以免發(fā)生析漏,引起瀝青含量不均勻。(4)我們將嚴(yán)格控制加熱溫度的瀝青和集料加熱溫度、拌和溫度,出廠溫度。出廠的溫度高于195℃的混合料必須被放棄。觀察出料冒煙的情況,如果白煙是正常情況,如果是青煙,應(yīng)該特別注意,立即檢查溫度是否超過指定值。(5)每天上、下午,各取一組混合料試樣做馬歇爾試驗和抽提篩分試驗,測試油石比、礦料級配和瀝青混合料的物理力學(xué)性質(zhì)。嚴(yán)格控制瀝青和礦料級配的劑量,保證允許的油石比與設(shè)計值偏差的正負(fù)0.2%。
3.3現(xiàn)場施工質(zhì)量控制
(1)運(yùn)輸。運(yùn)料車到達(dá)現(xiàn)場后, SMA混合料的溫度不得低于165℃的攤鋪溫度的要求。其它運(yùn)輸條件與ATB瀝青混合料相同。(2)攤鋪。1)攤鋪前徹底清潔下承層表面,噴灑符合要求的SBR型改性乳化瀝青粘層油,用量宜為0.3-0.4L/m2。2)每天施工前,應(yīng)對前天留下的接縫處進(jìn)行清潔,并檢查平整度,然后涂刷改性乳化瀝青,以保證接頭緊密。3)攤鋪機(jī)開始鋪筑前應(yīng)提前0.5—1.0小時,對熨平板預(yù)熱到100℃以上,鋪筑過程中應(yīng)開動熨平板的振動或捶擊等夯實裝置。4)由于SMA生產(chǎn)延長了干拌和濕拌時間,影響拌和機(jī)的正常的產(chǎn)量,攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)放慢,通常不超過2m/min,攤鋪過程中不得隨意變換速度或中途停機(jī)。當(dāng)供料不足時,宜采用運(yùn)料車集中等候,集中攤鋪的方式,盡量減少攤鋪機(jī)的停頓次數(shù)。5)改性瀝青SMA混合料的攤鋪溫度應(yīng)比普通瀝青混合料的攤鋪溫度高10-20℃。當(dāng)氣溫低于15℃時,不得攤鋪改性瀝青SMA混合料。6)其它攤鋪要求與ATB瀝青混合料攤鋪相同。(3)碾壓。1)混合料攤鋪后,壓路機(jī)必須緊跟攤鋪機(jī)在盡可能高的溫度狀態(tài)下開始碾壓。同時不得在低溫狀態(tài)下反復(fù)碾壓SMA,以防止磨掉石料棱角或壓碎石料,破壞集料嵌擠。2)SMA路面的初壓采用1臺12噸鋼輪壓路機(jī)靜壓,每次碾壓應(yīng)直至攤鋪機(jī)跟前,初壓1遍,復(fù)壓3-4遍,終壓1遍,以消除輪跡,保證路面有良好的平整度和粗糙度。SMA的碾壓速度不得超過60m/min。3)通常情況下SMA不能采用輪胎壓路機(jī)碾壓,以防搓揉過度造成瀝青瑪蹄脂擠到表面,產(chǎn)生泛油和油汀。4)SMA路面應(yīng)防止過度碾壓,在壓實度達(dá)到98%以上或者現(xiàn)場取樣的空隙率不大于6%后,終止碾壓。如碾壓過程中發(fā)現(xiàn)有瀝青瑪蹄脂部分上浮或石料壓碎、棱角明顯磨損等過碾壓的現(xiàn)象時,碾壓即應(yīng)停止,并分析原因。5)SMA混合料在碾壓過程中,應(yīng)隨時觀察混合料有無推移現(xiàn)象,有推移時,說明混合料存在問題,達(dá)不到質(zhì)量要求,應(yīng)停止施工,分析原因。6)其它碾壓方法與ATB瀝青混合料碾壓方法相同。(4)開放交通及其它。1)SMA路面施工結(jié)束后,應(yīng)在路表溫度下降到50℃以下,方可允許開放交通。2)SMA路面如出現(xiàn)油汀,應(yīng)分析原因,仔細(xì)檢查纖維添加的方式、數(shù)量、時間,是否漏放及拌和是否均勻等,嚴(yán)重的應(yīng)予鏟除。產(chǎn)生的原因一般有以下因素:用油量過高;拌和時間太短,SMA混合料拌和不夠充分;SMA混合料溫度過高,改性瀝青發(fā)生老化;纖維在混合料中分布不均勻;運(yùn)輸距離較遠(yuǎn),SMA混合料中骨料與瀝青產(chǎn)生離析;攤鋪機(jī)等料時間過長及運(yùn)料車積壓過多,發(fā)生瀝青析漏;壓路機(jī)碾壓遍數(shù)過多,使路面超壓;混和料(特別是纖維)及路表含有一定的水份。
4 SMA瀝青瑪蹄脂技術(shù)的性能檢測及評定
SMA瀝青路面鋪筑過程中必須隨時對鋪筑質(zhì)量進(jìn)行檢測評定,質(zhì)量檢查的內(nèi)容、頻率、質(zhì)量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2004)的要求。(1)SMA路面上面層壓實度采用空隙率和壓實度雙向控制,控制標(biāo)準(zhǔn)為試驗室標(biāo)準(zhǔn)密度的98%,實測空隙率不超過6%。空隙率計算所需的最大理論密度按JTJF40-2004附錄B的規(guī)定執(zhí)行,壓實度的檢驗,以實測芯樣為準(zhǔn)。路面鉆孔取樣檢查壓實度和空隙率。并按《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定的方法隨時用滲水儀檢測路面滲水系數(shù),用鋪砂法檢測路表構(gòu)造深度。(2)隨時檢查瀝青、集料的加熱溫度。逐車檢查并記錄SMA混合料的出廠溫度。拌合樓逐盤打印的打印結(jié)果必須保存?zhèn)洳?,每天進(jìn)行總量控制,并作為施工質(zhì)量控制的依據(jù)。(3)按規(guī)定隨機(jī)取樣,檢查混合料的礦料級配和油石比。按要求進(jìn)行馬歇爾試驗,計算空隙率等體積指標(biāo)。
5結(jié)語
鋪筑期間,試驗段經(jīng)歷了多雨季節(jié)的考驗,從路表面來看,SMA混合料表面粗糙又不透水,混合料攤鋪非常均勻,行車舒適,路面平整度未見衰減,也沒有發(fā)生泛油現(xiàn)象。試驗路鋪筑取得了圓滿成功,為古永、永古高速公路大面積推廣改性瀝青SMA路面積累了成熟的施工經(jīng)驗。