SMA-13改性瀝青混凝土上面層施工技術(shù)研究

譚海燕

摘要：SMA具有良好的實用性、耐久性和溫度穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。文章介紹了SMA的材料特性和性能優(yōu)勢，并結(jié)合工程案例，研究了SMA-13改性瀝青混凝土上面層施工技術(shù)與工藝。

關(guān)鍵詞：SMA-13改性瀝青混凝土;上面層;施工技術(shù);案例分析

0 引言

所謂的SMA，是瀝青瑪蹄脂碎石混合料的英文簡稱，由該材料按照一定級配設(shè)計所組成的面層結(jié)構(gòu)，有著良好的實用性、耐久性和溫度穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。具體設(shè)計施工時，首先要對施工現(xiàn)場的各項因素做出分析，并嚴格按照規(guī)范要求與設(shè)計原則進行配合比設(shè)計，對各組分的配比做出適當?shù)恼{(diào)整，確保施工后的面層結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求與行車需求。

1 SMA概述

1.1 材料特性

首先，SMA是一種典型的瀝青混合料，其主要由瀝青、礦粉以及粗、細集料等組成，設(shè)計時還要根據(jù)施工需求添加一定量的纖維穩(wěn)定劑等材料，以提高SMA的整體性能。由于在瀝青瑪蹄脂材料中填充了合理級配的粗、細集料等骨架材料，因而混合料的構(gòu)成特性將得到優(yōu)化與改善。一般來說，設(shè)計時大多將瀝青含量控制在6%左右，混合料中的礦粉用量主要占到8%～12%上下。粗集料（粒徑>4.75 mm）的用量較高，主要占到70%～80%左右，對于細集料（粒徑<4.75 mm）而言，占到礦料總重的20%～30%左右。由于骨料之間的彼此嵌擠作用，再加之瑪蹄脂膠結(jié)料有著良好的粘裹性能，因而采用該材料施工的上面層結(jié)構(gòu)在抗滑、抗低溫、抗高溫以及水穩(wěn)定性、耐久性方面都有著良好的表現(xiàn)?，F(xiàn)階段，在進行高等級公路的設(shè)計、施工過程中，要加強對該材料的應(yīng)用與推廣，并做好理論研究與實踐操作之間的配合，全面改善我國公路工程的建設(shè)質(zhì)量與使用性能。

1.2 性能優(yōu)勢

（1）SMA的耐老化性能較為優(yōu)異。大量的試驗數(shù)據(jù)與工程實踐表明，通過對拌和之后的改性瀝青混合料開展環(huán)境模擬試驗，并采取回彈模量比進行抗老化性能的評判，結(jié)果是瀝青混合料在抗老化性能方面的性能得到了顯著的改善。在工程[KG（0.1mm]實踐中，不管是嚴寒多雪的東北地區(qū)，還是高溫濕潤的華南地區(qū)，應(yīng)用SMA材料修建的面層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了良好的抗老化性能。（2）SMA有著良好的低溫抗裂性。低溫環(huán)境下，當改性瀝青材料的針入度控制在1.2左右時，隨著材料當量脆點的不斷降低，SMA的低溫抗裂性能將逐漸提高。（3）高溫穩(wěn)定性。在進行SMA高溫特性的研究時，主要采用針入度以及軟化點兩項指標進行表征。研究表明，通過在SMA中添加適量的SBS改性劑等材料，可以使得SMA的針入度逐漸減小，因而材料的軟化點得到了提高，高溫性能得到了改善。（4）SMA有著較強的水穩(wěn)定性。在進行混合料的配合比設(shè)計時，通過提高配合比的合理性，能夠有效增強改性使瀝青混合料和粗、細集料之間的粘附效果更好。同時，通過適當降低面層結(jié)構(gòu)的空隙率，也能使結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性能得到改善。

2 案例分析

2.1 工程概況

在桂林某高速公路路面改造項目中，通過對各項因素的分析以及專家組論證等工作之后，決定采用SMA-13型瀝青混凝土作為道路的上面層結(jié)構(gòu)。其中，道路的寬度設(shè)計為11.25 m，厚度設(shè)計為4 cm，并在K86+930～K88+400段左幅開展了相應(yīng)的上面層試驗段施工工作。具體試鋪期間，嚴格按照試拌、試鋪的規(guī)范要求進行操作。通過對試驗段的使用效果進行檢測之后，表明了試驗段的施工完全滿足技術(shù)規(guī)范的要求。在進行正常的施工過程之前，借助于試驗段的試鋪，能夠幫助設(shè)計人員和技術(shù)人員確定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，尤其是礦料的配合比以及油石比等參數(shù)，進而確保工程施工質(zhì)量滿足設(shè)計與使用要求。另外，通過開展試驗段試鋪工作，還能對現(xiàn)場的機械設(shè)備、通迅以及指揮等工作提供合理的建議，進而便于施工期間的組織與管理。具體施工期間，經(jīng)業(yè)主及總監(jiān)辦批準，項目部進行SMA-13瀝青混凝土上面層試驗段施工，施工樁號為K26+930～K28+400段左幅，全長1 470 m，結(jié)構(gòu)層設(shè)計厚度為4 cm。施工時天氣晴朗，溫度為29 ℃～31 ℃，風力1級，試驗段試鋪時間為12：00到23：00結(jié)束。

2.2 原材料情況

2.2.1 瀝青

對于該試驗段的試鋪工作而言，所使用的瀝青主要來自中航路通實業(yè)公司，材料類型為SBS（I-D）改性瀝青。在這一過程中，對材料的質(zhì)量做出了檢驗，確保質(zhì)量滿足設(shè)計文件與規(guī)范的各項要求。其中，表1為試驗段瀝青檢測指標結(jié)果。

2.2.2 集料

試鋪期間，所使用的集料主要為級配碎石，通過對材料質(zhì)量進行檢驗之后，表明所用材料的質(zhì)量能夠滿足相關(guān)的技術(shù)指標。粗集料使用的是輝綠巖碎石，而試鋪期間的細集料，主要使用的是靈川縣西峰石場所提供的機制砂。這主要是由于該種石料有著良好的形狀特性，并且表面潔凈、干燥，不存在風化、雜質(zhì)等問題。通過上述材料的使用，可以提高上面層結(jié)構(gòu)的強度與耐磨耗特性。具體加工期間，主要使用的設(shè)備是反擊式破碎機。加工過程中根據(jù)工程需求，對粒徑的規(guī)格做出了嚴格的控制。另外，試驗室對進場的集料做出了定期的檢驗（1次/d），細集料每天上午、下午各檢驗一次。

2.2.3 填料

試鋪段的填料主要使用的是石灰?guī)r磨制形成的礦粉。施工期間控制礦粉干燥、潔凈程度，并確保無結(jié)塊問題的出現(xiàn)。對于礦粉的日常檢驗，主要是在進場時對其進行2次/d檢測。

2.2.4 纖維穩(wěn)定劑

在進行該試驗段的試鋪施工時，主要采用絮狀、顆粒兩種不同的木制纖維材料。

2.3 生產(chǎn)配合比

經(jīng)過多方研究與協(xié)商之后，最終決定采用表2中的生產(chǎn)配合比。

2.4 試驗路施工工藝

2.4.1 拌和樓拌和

（1）拌和設(shè)備的選取對于混合料的均勻程度有著直接的影響。在本工程中，主要采用的是間歇式的拌和設(shè)備，這一設(shè)備有著強大的自動控制性能。同時，所用設(shè)備的時產(chǎn)最高可以達到300 t。（2）拌和過程中要加強對溫度的控制?？紤]到工程實際狀況，將其控制在170 ℃～180 ℃左右。需要注意的是，拌和樓的生產(chǎn)能力要與現(xiàn)場施工需求相匹配。拌和工作結(jié)束后，要確保瀝青混合料有著良好的均勻性與一致性，并且不能出現(xiàn)花白料，也不能發(fā)生混合料結(jié)團成塊等問題。在出料之后，檢測人員要加強對混合料外觀以及溫度等指標的檢查，確保質(zhì)量合格之后，才能進行后續(xù)的運輸、攤鋪等工作。

2.4.2 混合料的運輸

（1）考慮到現(xiàn)場的施工要求與運輸距離、交通狀況等因素，決定將試驗段運料車的數(shù)量確定為10輛。同時，在拌和站中也分配4輛車用于開展接料工作。需要注意的是，要參考各部門的實際施工狀況，對運距、車輛數(shù)量做出適當?shù)恼{(diào)整。（2）運輸期間，對于溫度的測定主要使用的是玻璃棒溫度計，它的測量范圍可以達到200 ℃。在每一臺運輸汽車的側(cè)面中部位置處，還專門設(shè)置了檢測孔，用于測量、控制混合料的溫度。（3）在開展運輸工作之前，需要對車廂進行徹底的清掃，防止內(nèi)側(cè)沾有雜質(zhì)影響混合料的品質(zhì)。為確保裝卸工作的順利開展，可在車輛內(nèi)側(cè)涂上一層隔離劑，本工程中涂刷的是1[JX-+0.2mm]∶[JX+0.2mm]3柴油水混合溶液，這樣可避免集料粘結(jié)在車廂上，同時有利于卸料工作的開展。此外，當運輸車輛駛進施工現(xiàn)場之后，要對輪胎的干凈狀況進行嚴查，不能出現(xiàn)輪胎上粘有異物的問題，必要時要進行清理。這一過程中，要對現(xiàn)場的各種機械進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，各部門之間要加強溝通，確保施工環(huán)節(jié)的流暢程度。

2.4.3 攤鋪

在本工程中，使用的攤鋪設(shè)備是1臺福格勒牌攤鋪設(shè)備，其型號為SUPER2100-2，該設(shè)備可以進行全幅攤鋪作業(yè)。具體攤鋪工作中，需要注意以下幾點問題：（1）要做好現(xiàn)場攤鋪速度的控制，車輛行駛速度應(yīng)控制在2.0～3.0 m/min之間，同時夯錘振級要設(shè)定成4.0級;（2）攤鋪時要緩慢、均勻，不能出現(xiàn)間斷的問題，且不能隨意變更行駛速度;（3）現(xiàn)場攤鋪工作中，攤鋪機的前面應(yīng)至少有5輛運料車，并根據(jù)施工情況合理安排等候區(qū)域。具體攤鋪時，應(yīng)嚴格做到卸料快、攤鋪快、整平快。在進行碾壓工作時要進行初壓、復(fù)壓、終壓三個不同的階段，攤鋪機、碾壓機、運輸車以及現(xiàn)場的工作人員之間應(yīng)進行密切的配合。

2.4.4 碾壓

（1）碾壓機與攤鋪機之間的距離應(yīng)控制在3～4 m。壓路機施工時應(yīng)從外側(cè)逐步向中心開展碾壓工作。需要注意的是，相鄰的碾壓帶要進行重疊，其寬度應(yīng)控制在1/3～1/2輪寬的距離。（2）初壓期間壓路機要緊跟現(xiàn)場的攤鋪機，速度應(yīng)控制在2～2.5 km/h左右。初壓結(jié)束后緊跟復(fù)壓，本工程中使用的復(fù)壓設(shè)備主要是2臺鋼輪壓路機，復(fù)壓施工采用揉壓2～3遍的方式。這一過程中，碾壓的速度要控制在3～4.5 km/h之間。（3）復(fù)壓與終壓的碾壓段落不能>40 m。

2.4.5 試驗路試鋪

本次試驗路對絮狀木質(zhì)素纖維和顆粒木質(zhì)素纖維摻配的SMA-13上面層均進行了鋪筑。在整體級配未出現(xiàn)大幅度改動下，小幅度優(yōu)化1#（10～15 mm）、2#（5～10 mm）料進行對比試驗，選取最優(yōu)路用性能配合比為最終生產(chǎn)配合比，故試驗段采用3種配合比（絮狀兩個、顆粒一個）進行試鋪，試驗結(jié)果如表3所示。

同時，為了保證混合料具有良好的使用性能，對各個階段的混合料溫度都進行了控制監(jiān)測。在進行試驗段的具體施工時，檢測人員對各項溫度進行了詳細的記錄。其中，混合料的出場溫度平均控制在184 ℃左右，混合料的到場溫度平均控制在179 ℃。另外，攤鋪期間的溫度平均控制在169 ℃左右，終了溫度平均控制在107 ℃。上述數(shù)據(jù)表明試鋪施工時的溫度完全可以達到施工的要求。

2.5 室內(nèi)試驗結(jié)果

2.5.1 馬歇爾試驗結(jié)果

在拌和樓調(diào)試完畢，穩(wěn)定出料之后，工地試驗室在拌和樓取料進行馬歇爾試驗。試驗發(fā)現(xiàn)（見表4）：（絮狀）木質(zhì)素纖維馬歇爾試驗結(jié)果均能滿足設(shè)計文件、招標文件及規(guī)范相關(guān)要求，而（顆粒）木質(zhì)素纖維馬歇爾試驗的礦料間隙率未能滿足設(shè)計文件、招標文件及規(guī)范的相關(guān)要求。

2.5.2 燃燒篩分試驗

工地試驗室同時在拌和樓取樣進行燃燒篩分試驗，其中表5是（絮狀1）燃燒篩分試驗的相關(guān)結(jié)果，圖1是試驗中的級配對照情況。

根據(jù)燃燒篩分結(jié)果可知，生產(chǎn)的混合料油石比均滿足招標文件的控制要求，礦料合成級配均滿足招標文件的控制要求。

2.5.3 車轍試驗結(jié)果

在開展車轍試驗時，主要在工地試驗室選用相關(guān)的材料，制作成型的車轍板試件，并以此開展試驗。具體試驗期間，對于溫度（70±1 ℃）以及荷載狀況（0.7±0.05 MPa）進行了嚴格的控制，這樣一來就能對材料的高溫穩(wěn)定性能做出分析判斷。通過對試驗結(jié)果的分析表明，材料的高溫穩(wěn)定性能完全滿足設(shè)計要求。

2.6 試驗段檢測結(jié)果的分析

施工期間主要采用現(xiàn)場檢測的方式，組織人員對試驗路段開展了現(xiàn)場檢測。具體檢測工作中，主要采取鉆取芯樣等一系列的檢測方式，重點對路面的厚度以及平整度狀況做出檢測。其中，表6是具體檢測工作的結(jié)果，主要包括滲水檢測、構(gòu)造深度檢測。

從室內(nèi)試驗結(jié)果可以看出：（絮狀）木質(zhì)素纖維的室內(nèi)馬歇爾性能指標均滿足招標文件控制要求，但是級配一4#料倉原材料進料比例較大，生產(chǎn)出來的混合料表面粗顆粒較多，影響瀝青路面表面的均勻性，瀝青路面現(xiàn)場空隙率較偏小容易起車轍，不利于大面積生產(chǎn)施工。而（顆粒）木質(zhì)素纖維的室內(nèi)馬歇爾性能指標中，礦料間隙率未滿足招標文件控制要求的指標。從現(xiàn)場芯樣結(jié)果看，（絮狀）木質(zhì)素纖維試驗路芯樣的厚度均滿足招標文件的控制要求，芯樣理論密度壓實度也滿足招標文件的控制要求，建議現(xiàn)場空隙率控制在4%左右，均值滿足設(shè)計文件要求，現(xiàn)場效果良好。

2.7 試驗路總結(jié)

（1）根據(jù)試驗室及現(xiàn)場檢測情況，試驗路所用材料（瀝青、集料）均能滿足實際生產(chǎn)以及設(shè)計文件要求，在后續(xù)大規(guī)模施工中項目部會繼續(xù)加強原材料質(zhì)量的控制工作，保證施工成品質(zhì)量。（2）要加強對拌和樓拌料溫度的管控，防止加熱溫度過高而使瀝青材料出現(xiàn)老化問題。一般來說，瀝青的拌和溫度要控制在155 ℃～165 ℃之間，礦料的拌和溫度要控制在190 ℃～210 ℃左右。如果采用干拌的方式，要將拌和時間控制在18 s左右;如果采用濕拌的方式，要將其時間控制在28 s左右，拌料的周期要維持在70 s。此外，經(jīng)過調(diào)整后絮狀纖維試鋪的生產(chǎn)配合比較好地解決了顆粒纖維試鋪時可能出現(xiàn)的問題，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，并且室內(nèi)試驗及現(xiàn)場檢測情況均能滿足設(shè)計文件要求，因此在大規(guī)模施工時建議使用此級配。

3 結(jié)語

近幾年來，公路工程作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施項目，其建設(shè)質(zhì)量受到了各方的關(guān)注。因此，當前要加強對SMA等重要材料的應(yīng)用，不斷提高生產(chǎn)配合比的設(shè)計質(zhì)量與效果，加強對材料缺陷與施工病害的研究，從材料選取、改性劑的使用、配合比優(yōu)化、施工質(zhì)量管控、施工工藝的改進等諸多方面加強對公路工程質(zhì)量的控制，尤其要做好施工技術(shù)與工藝的合理應(yīng)用，確保公路施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求，提高行車的安全性與舒適度。

參考文獻：

[1]陳 曉.改性瀝青SMA路面的施工及監(jiān)理質(zhì)量控制探討[J].工程技術(shù)（全文版），2016（15）：52-56.

[2]李慧萍.改性瀝青與SMA路面施工要點的探討[J].山西建筑，2011（18）：150-151.

[3]黃耀文.公路瀝青路面攤鋪施工技術(shù)要點探析[J].西部交通科技，2017（9）：34-36.

[4]代 坪，李家強.關(guān)于高速公路瀝青混凝土路面施工中的技術(shù)分析[J].黑龍江交通科技，2013（8）：51-53.

[5]覃 杰.探析SBS改性瀝青路面施工工藝技術(shù)[J].科學與財富，2013（1）：21-23.

[6]宋海兵.山區(qū)公路路基施工技術(shù)和質(zhì)量控制要點[J].交通世界，2015（4）：98-99.

[7]黃小林.舊路改建工程施工質(zhì)量控制要點[J].公路，2009（8）：206-210.

[8]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[9]武良根.市政道路建設(shè)中改性瀝青混凝土路面施工技術(shù)之研究[J].科技與企業(yè)，2013（17）：59-61.