SMA瀝青混合料應(yīng)用中存在問題的改進(jìn)措施

王福華，吳啟祥

（1.云南省普洱盛泰工程檢測有限公司,云南 普洱 665000；2.日照市公路管理局，山東 日照 276800）

SMA瀝青混合料應(yīng)用中存在問題的改進(jìn)措施

王福華1，吳啟祥2

（1.云南省普洱盛泰工程檢測有限公司,云南 普洱 665000；2.日照市公路管理局，山東 日照 276800）

瀝青路面早期損壞，與瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)、對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)控制不嚴(yán)和混合料質(zhì)量有著直接的關(guān)系。通過原材料試驗(yàn)進(jìn)行SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)并對(duì)其路用性能進(jìn)行檢測，各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，并根據(jù)多年對(duì)施工和檢測工作的實(shí)踐，通過分析SMA瀝青混合料在應(yīng)用中存在的問題，提出改進(jìn)措施，以便對(duì)配合比設(shè)計(jì)和對(duì)施工、生產(chǎn)中的每一環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，達(dá)到施工過程中進(jìn)行質(zhì)量控制的目的。

SMA瀝青混合料；路用性能；改進(jìn)措施

0 引言

隨著交通量的持續(xù)增加，超載重載、交通渠化等對(duì)高等級(jí)公路瀝青路面提出了越來越高的要求。瀝青瑪蹄脂碎石混合料(簡稱SMA)具有良好的抗車轍性能和耐久性[1]，同時(shí)雨天抗滑性能較好，可降低車輛行駛的噪聲等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

使用情況表明，SMA路面結(jié)構(gòu)不僅在高溫、重載時(shí)車轍變形量低，而且低溫性能良好。但是，路面瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性、耐久性及表面服務(wù)功能等往往是相互制約的[2]。尤其是高溫抗車轍性能及低溫抗裂性能之間、抗滑性能與耐久性之間，始終是突出的兩對(duì)矛盾。SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水穩(wěn)定性及耐久性好和AM路面的集料嵌擠作用好、高溫抗車轍能力強(qiáng)，以及AK路面抗滑性能等優(yōu)點(diǎn)[3]，同時(shí)克服了AC路面的高溫穩(wěn)定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水損壞性能差的特點(diǎn)[4]。SMA瀝青瑪蹄脂碎石充分考慮了AC、AM和AK等級(jí)配的缺點(diǎn)，又力求利用它們的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到較完美的組合，因而是一種較為理想的混合料結(jié)構(gòu)。

1 原材料

1.1 瀝青結(jié)合料

SMA混合料中瀝青結(jié)合料應(yīng)具有較高的粘度、高溫穩(wěn)定性和低溫韌性[5]，采用SBS改性瀝青。技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 粗集料

SMA瀝青混合料主要依靠粗集料形成骨架結(jié)構(gòu)，要求具有堅(jiān)韌性和棱角性[6]。選用玄武巖，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

1.3 細(xì)集料

SMA采用間斷級(jí)配，細(xì)集料所占比例很少,同樣要求石質(zhì)堅(jiān)硬、富有棱角,并有一定的紋理、軟質(zhì)含量少、塑性低。細(xì)集料一般采用機(jī)制砂。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 粗集料試驗(yàn)結(jié)果

表3 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

1.4 礦粉

礦粉與瀝青形成膠結(jié)物質(zhì)，影響混合料的穩(wěn)定性與抗車轍能力。其技術(shù)指標(biāo)見表4。

表4 礦粉試驗(yàn)結(jié)果

1.5 纖維穩(wěn)定劑

SMA混合料中的纖維可以是木質(zhì)素纖維、礦物纖維、聚合物化學(xué)纖維等。其中，木質(zhì)素纖維吸油性好，對(duì)瀝青的穩(wěn)定作用顯著，而聚合物化學(xué)纖維的加筋作用明顯。本文采用木質(zhì)素纖維，其指標(biāo)見表5。

表5 纖維技術(shù)指標(biāo)

2 SMA瀝青配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范中的設(shè)計(jì)級(jí)配范圍，選擇三種不同粗細(xì)的級(jí)配，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，最終確定級(jí)配見圖1，目標(biāo)空隙率為4%，油石比為5.9%，各項(xiàng)指標(biāo)見表6。

圖1 SMA瀝青混合料級(jí)配圖

3 SMA瀝青混合料應(yīng)用中存在問題的改進(jìn)措施

3.1 集料破碎現(xiàn)象

在標(biāo)準(zhǔn)制件和上面層施工中，為保證瀝青路面的壓實(shí)度，將攤鋪機(jī)夯錘震級(jí)設(shè)置過大或者將鋼輪壓路機(jī)設(shè)為強(qiáng)振，因此易在鋪面發(fā)現(xiàn)大顆粒破壞現(xiàn)象。大顆粒具有較好的骨架作用、抵抗車轍變形能力和抗滑能力。為解決此問題，可從以下幾方面入手：

（1）緊抓原材料的質(zhì)量。粗、細(xì)集料的品質(zhì)是能否形成嵌擠結(jié)構(gòu)的最重要因素，SMA集料之間的接觸力大，石料磨損快，用于SMA的粗集料必須符合抗滑表層混合料的技術(shù)要求，所以粗集料必須選用抗壓碎、堅(jiān)硬、表面粗糙、有棱角的優(yōu)質(zhì)石料，上面層材料要減少黃皮石及軟弱顆粒含量，針片狀顆粒少，以便嵌擠良好；碎石不能用額板式軋石機(jī)破碎，要用捶擊或者錐式碎石機(jī)破碎。細(xì)集料宜采用堅(jiān)硬的人工砂；礦粉必須是磨細(xì)石灰石粉，最好不使用回收粉塵。

（2）在上面層施工中提高壓實(shí)度的質(zhì)量，應(yīng)對(duì)從碾壓設(shè)備、碾壓溫度入手解決問題，避免過度碾壓，防止振動(dòng)壓路機(jī)壓碎石料。

（3）SMA改性瀝青路面施工溫度高、溫度散失快，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)出廠、到場料溫檢測，保證攤鋪溫度不低于160℃，碾壓段落不應(yīng)太長，一般控制在20～30 m。SMA瀝青混合料采用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，嚴(yán)禁使用輪胎壓路機(jī)，應(yīng)遵循緊跟、慢壓、高頻、低幅的原則進(jìn)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(fù)碾壓，防止磨掉石料棱角、壓碎石料，破壞石料嵌擠。

（4）為防止瀝青混合料鋪面溫度散失，可盡量減少鋼輪壓路機(jī)的噴水量，在鋼輪壓路機(jī)的折返處附近盡量不要噴水，在壓路機(jī)的噴水裝置上加裝一個(gè)設(shè)備，能使壓路機(jī)在噴水過程中，達(dá)到間隙式的噴水效果，同時(shí)在上面層施工中對(duì)鋼輪噴水處加裝一塊毛毯，以減少壓路機(jī)減速時(shí)大量水跡流淌現(xiàn)象，達(dá)到均勻噴灑的效果，這些措施的應(yīng)用，減少了瀝青混合料溫度的散失，對(duì)有力地保障了瀝青路面的質(zhì)量。

3.2 混合料級(jí)配控制

集料級(jí)配控制直接影響瀝青混合料質(zhì)量，每進(jìn)一批石料都應(yīng)嚴(yán)格檢查其級(jí)配組成；SMA混合料生產(chǎn)前，必須進(jìn)行熱料倉中熱集料與填料的生產(chǎn)組合級(jí)配，并最大限度地減少各熱料倉集料的溢料與待料現(xiàn)象，保證均衡地進(jìn)行混合料生產(chǎn)，以提高混合料的生產(chǎn)效益。同時(shí)，及時(shí)取熱料倉料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，級(jí)配發(fā)生變化后，對(duì)熱料倉比例進(jìn)行調(diào)整，以保證瀝青混合料級(jí)配的穩(wěn)定性。

由于SMA路面的集料嵌擠作用，壓實(shí)度較易達(dá)到，但是隨著碾壓遍數(shù)的增加，集料不斷地往下走，瑪蹄脂上浮，造成構(gòu)造深度減小。在碾壓過程中，特別要注意表面構(gòu)造應(yīng)保持在1～1.5 mm，以便有適宜的構(gòu)造深度。

3.3 混合料離析控制

木質(zhì)素纖維具有加筋、分散、吸附及吸收瀝青的作用。在SMA混合料中加入纖維穩(wěn)定劑的作用在于充分吸附(表面)及吸收(內(nèi)部)瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提高混合料的耐久性；纖維使瀝青膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，尤其是在夏天高溫季節(jié)，瀝青受熱膨脹時(shí)，纖維內(nèi)部的空隙還將成為一種緩沖的余地，不致成為自由瀝青而泛油，對(duì)高溫穩(wěn)定性也有好處；纖維將增加瀝青與礦料的粘附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力。

應(yīng)嚴(yán)格控制纖維質(zhì)量，包括含水量、吸油率、機(jī)械添加量等。混合料運(yùn)送到工地及攤鋪過程中，會(huì)產(chǎn)生瀝青砂膠從混合料中流出的現(xiàn)象。因此，在SMA的瀝青膠砂中摻入穩(wěn)定添加劑，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉用量，同時(shí)使用纖維作為穩(wěn)定劑，通常采用木質(zhì)素纖維，用量為瀝青混合料的0.3%，也可采用礦物纖維，用量為混合料的0.4%。

3.4 滲水系數(shù)難以得到保證

瀝青路面的表面服務(wù)功能取決于表面礦料的微觀構(gòu)造、宏觀構(gòu)造深度和排水能力，這些功能對(duì)高等級(jí)公路的行車安全性起著重要的作用?！氨砻婕扔休^大的構(gòu)造深度又基本不透水”是判別SMA真?zhèn)蔚牡诙髽?biāo)志。因此要及時(shí)做好SMA路面的滲水量檢測。碾壓不及時(shí)或不到位就很容易出現(xiàn)滲水量偏大或超過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，這是SMA施工的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此滲水量的檢測在SMA瀝青路面施工中是一項(xiàng)重要指標(biāo)。

瀝青路面的滲水不僅影響到瀝青路面面層本身的水穩(wěn)性，還影響到基層的穩(wěn)定性?？障堵逝c滲水系數(shù)是兩個(gè)不同性質(zhì)的指標(biāo)，空隙率反映的是混合料內(nèi)部空隙，滲水系數(shù)反映的是水在混合料內(nèi)部受水壓滲透情況，與空隙連通有關(guān)。試驗(yàn)表明，各種瀝青的滲水系數(shù)隨空隙率的增大而增大，控制瀝青的空隙率不超過規(guī)定的臨界值是控制滲水系數(shù)的關(guān)鍵。

3.5 控制指標(biāo)計(jì)算失真

馬歇爾試件的空隙率是SMA配合比設(shè)計(jì)的最重要的指標(biāo)，在計(jì)算理論密度時(shí)，實(shí)際上是將纖維算成集料了，其比例的差異使計(jì)算空隙率變大，誤差可能大0.3%～0.5%左右。另外，計(jì)算理論密度時(shí)，除5 mm以下石屑等難以測定的部分外集料密度應(yīng)采用毛體積相對(duì)密度。

改性瀝青或SMA混合料理論最大相對(duì)密度只能用計(jì)算法求得混合料的最大理論密度。在配合比設(shè)計(jì)及其施工中，許多檢測人員不認(rèn)真掌握和熟悉規(guī)范、規(guī)程，都統(tǒng)一采用真空法進(jìn)行理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)。這就導(dǎo)致了其它指標(biāo)計(jì)算出現(xiàn)了偏差，使配合比設(shè)計(jì)嚴(yán)重偏離。

以前存在人工炒拌，一組試件集中拌和的作法，容易導(dǎo)致瀝青局部過熱老化，瀝青拌和不均勻等情況，因此，實(shí)際操作時(shí)，試驗(yàn)人員應(yīng)遵照試驗(yàn)規(guī)程按分計(jì)篩余單個(gè)配料，并使用小型瀝青拌和機(jī)和烘箱制備試樣，一次拌制一個(gè)試件。瀝青溫度或模具預(yù)熱溫度達(dá)不到規(guī)定擊實(shí)溫度時(shí)將影響試件的密度和空隙率，而試件尚未冷卻就脫模，容易使試件受到損傷。

試件成型高度對(duì)瀝青馬歇爾性能測定有較大的影響，應(yīng)用游標(biāo)卡尺測量試件的高度，并據(jù)此調(diào)整試件擊實(shí)需要的數(shù)量，測定高度不符合63.5± 1.3 mm的試件應(yīng)予以廢棄，以減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變異性。

試驗(yàn)儀器設(shè)備精度是影響試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。要求對(duì)試驗(yàn)采用的儀器在使用前必須檢定合格后才能使用。在檢測過程中，有時(shí)會(huì)遇到荷載——變形曲線頂部平坦，即荷載增加很小，流值卻持續(xù)增大的情況。出現(xiàn)這種情況時(shí)除了要仔細(xì)檢查儀器是否符合規(guī)范允許的精度范圍內(nèi)，另外就是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。如采用圓點(diǎn)修正或取最大荷載98%處對(duì)應(yīng)的變形值作為流值時(shí)，這種情況應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

4 結(jié)語

綜上所述，SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)以及對(duì)主要控制指標(biāo)的合理應(yīng)用，直接關(guān)系到路面的施工質(zhì)量控制和路面的使用耐久性，只有優(yōu)化瀝青的配合比設(shè)計(jì)，控制好原材料和各項(xiàng)主要指標(biāo)，才能保證瀝青路面的質(zhì)量，同時(shí)檢測人員的操作技能、設(shè)備的精度也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)引起高度的重視。

[1]王琛.SMA瀝青混合料耐久性研究[D].陜西西安:長安大學(xué),2009.

[2]薛煥東.SMA瀝青混合料配合比優(yōu)化及施工控制研究[D].陜西西安:長安大學(xué),2012.

[3]袁博.SMA瀝青路面質(zhì)量控制技術(shù)研究[D].山東濟(jì)南:山東大學(xué), 2013.

[4]申愛琴.高速公路SMA混合料配合比設(shè)計(jì)及路用性能研究[J].公路,2006,6(6):137-147.

[5]TG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青試驗(yàn)規(guī)程[S].

[6]JTG E42-2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].

U414

B

1009-7716（2017）09-0053-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.016

2017-06-01

王福華（1974-），男，云南普洱人，總經(jīng)理，工程師，從事公路工程質(zhì)量檢測工作。