SMA 瀝青混合料在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

■柯建聰

（福建省高速公路達(dá)通檢測有限公司，福州 350001）

SMA 瀝青混合料具有粗集料、礦粉、瀝青多，細(xì)集料少的材料組成特點(diǎn)，能夠形成堅(jiān)固的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，由于該混合料鋪筑的道路具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，同時(shí)抗滑、平整度高以及具備良好的耐久性[1]。 因此，SMA 路面自20 世紀(jì)60 年代首次在德國出現(xiàn)以來[2]，在國內(nèi)外得到了較多的研究和應(yīng)用。 除了優(yōu)異的路面性能和耐久性外，瀝青用量多，導(dǎo)致該種路面形式造價(jià)較高，但是總體上來看，SMA 瀝青混合料更多的使用在路面交通量大、重車荷載比重大，對路面結(jié)構(gòu)、性能要求高的路段。 考慮到SMA 路面的優(yōu)異性能，近年來，路面養(yǎng)護(hù)中也更多的使用了SMA 路面形式。 鑒于此，本研究依托長深三福三明連接線路面養(yǎng)護(hù)工程，對SMA 在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究和總結(jié)。

1 工程概況

長深三福三明連接線是2018 年福建省福銀高速公路等路段路面提升改造工程中的一個(gè)養(yǎng)護(hù)路段，總長19.735 km，該路段已達(dá)到路面設(shè)計(jì)使用壽命，瀝青路面老化嚴(yán)重，路面病害頻繁發(fā)生。 通過統(tǒng)計(jì)分析，該路段歷年養(yǎng)護(hù)里程并未隨每年的養(yǎng)護(hù)而減少，每年有限的養(yǎng)護(hù)資金投入也難以最大程度地體現(xiàn)效益，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)成本不斷提高。 因此，綜合考慮該路段繁重的交通量和經(jīng)濟(jì)社會效益，對該路段主線路面進(jìn)行大修， 其原路面結(jié)構(gòu)形式為：1 cm 微表處+4 cm AK-16A 抗滑表層+5 cm AC-20I 中面層+7 cm AC-25I 下面層+30 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層+17～20 cm 3%水泥穩(wěn)定碎石底基層。本次養(yǎng)護(hù)施工重構(gòu)路面的方案為：（1）路面狀況良好，僅存在局部病害的路段， 對局部病害進(jìn)行處治后直接加鋪SMA-13；（2）病害發(fā)生在上面層及以下結(jié)構(gòu)層，對原路面各病害結(jié)構(gòu)層進(jìn)行銑刨并重鋪，最后在表面層鋪筑SMA-13。

2 混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料選取

原材料選?。海?）集料選用三明北石料場生產(chǎn)的粗、細(xì)集料，其規(guī)格為0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm；（2）瀝青選用中油路通生產(chǎn)的SBS（I-D）改性瀝青；（3）填料選用尤溪東方新源白鈣石粉廠生產(chǎn)的礦粉，為堿性石灰?guī)r磨細(xì)而成；（4）木質(zhì)素纖維為鹽城市歐路寶纖維科技有限公司生產(chǎn)，抗剝落劑選用重慶伍圣建材有限公司生產(chǎn)的AR-II 瀝青抗剝落劑。 以上原材經(jīng)檢測，均滿足規(guī)范要求。

2.2 礦料級配選擇

首先對各檔礦料進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見表1。

表1 各檔礦料篩分結(jié)果

依據(jù)各檔礦料篩分結(jié)果， 結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，初選A、B、C 三組級配， 對應(yīng)的9.5～13.2 mm∶4.75～9.5 mm∶2.36～4.75 mm∶0～2.36 mm∶礦粉的比例分別為級配A（32∶45∶6∶10∶7）、級配B（30∶43∶8∶11∶8）、級配C（28∶41∶10∶12∶9），三組級配4.75 mm 篩孔的通過率分別為22.3%、25.9%和29.5%，具體級配組成計(jì)算結(jié)果見表2。 分別檢測三組級配的VCADRC，并根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)估瀝青用量為5.8%， 以此瀝青用量制件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)， 測定VCAmix、 空隙率、VMA、VFA 等指標(biāo)，最終以符合VCAmix≤VCADRC且VMA≥17%為標(biāo)準(zhǔn)確定最終級配，馬歇爾測試結(jié)果見表3。

表2 初擬配合比設(shè)計(jì)組成

表3 初擬三組級配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果匯總

綜合考慮馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)的結(jié)果，級配B 的空隙率、礦料間隙率較為合適，瀝青飽和度、穩(wěn)定度符合規(guī)范要求，因此選取級配B 為設(shè)計(jì)級配。

2.3 最佳瀝青用量確定

以級配B 和預(yù)估瀝青用量5.8%為基礎(chǔ)，以0.3%為間隔選取5.5%、5.8%、6.1%3 個(gè)瀝青用量，木質(zhì)素纖維摻量選取為瀝青混合料的0.3%， 進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)以確定SMA 混合料的最佳瀝青用量，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同瀝青用量下馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

據(jù)表4 可知，當(dāng)瀝青用量為5.8%時(shí)，混合料的空隙率為3.8%， 而其他指標(biāo)均符合規(guī)范要求且處于較好的范圍內(nèi)，進(jìn)一步考慮到該路段為重載交通路段， 所以取瀝青用量為5.8%為最佳瀝青用量。

2.4 瀝青混合料性能檢驗(yàn)

依據(jù)設(shè)計(jì)級配和5.8%的瀝青用量制備試件，進(jìn)行謝倫堡析漏、肯塔堡飛散、浸水馬歇爾、凍融劈裂、車轍、彎曲、滲水試驗(yàn)，結(jié)果顯示該級配和瀝青用量下混合料的路用性能滿足要求， 試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 瀝青混合料性能驗(yàn)證結(jié)果

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

瀝青路面保持耐久使用的關(guān)鍵，不僅要求采用良好的配比設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)的原材以及性能先進(jìn)的筑路機(jī)械，還需要高超的施工質(zhì)量控制技術(shù)。對于SMA-13 瀝青混合料施工質(zhì)量控制一般是從混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓4 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，相應(yīng)的質(zhì)量控制技術(shù)已經(jīng)很成熟了，在此不再贅述。 結(jié)合近年來有些高速公路瀝青路面出現(xiàn)了早期病害嚴(yán)重、路面服務(wù)水平降低的現(xiàn)象，這可能與施工質(zhì)量控制的因素有較大的關(guān)系，因此進(jìn)一步歸納總結(jié)施工過程中質(zhì)量控制的要點(diǎn)顯得特別的重要。

3.1 下承層的質(zhì)量控制

高速公路養(yǎng)護(hù)施工與新建高速的施工有所不同，一般是在原路面上直接加鋪或銑刨舊路面后重鋪，那么就需要對下承層進(jìn)行處理，使其滿足施工的要求。

3.1.1 對于直接加鋪段

（1）首先對舊路面的標(biāo)線進(jìn)行銑刨清除，舊標(biāo)線的存在影響加鋪層的平整度、加鋪層與舊路面的黏附情況等， 所以務(wù)必將舊標(biāo)線徹底清除干凈；（2）對于裂縫病害，采用割槽灌縫后張貼SBS 瀝青防水抗裂貼的方式處治，以減緩裂縫病害往上延伸及路面水通過裂縫入侵下層造成水損害；（3）對于上下坡、彎道路段，采用微銑刨的方式進(jìn)行拉毛處理，以增加此類路段加鋪層與舊路面的粘結(jié)力；（4）清除路面雜物、灰塵、油污等，最后按規(guī)定灑布粘層油。

3.1.2 對于銑刨重鋪段

（1）根據(jù)刻畫好的銑刨面積和設(shè)計(jì)銑刨深度沿行車方向進(jìn)行銑刨，當(dāng)坑槽中出現(xiàn)夾層時(shí)，需要增加銑刨深度至徹底裸露出堅(jiān)實(shí)底層為止，邊角無法銑刨的地方應(yīng)該用切割機(jī)切割，再用風(fēng)鎬和鐵鍬人工清除，以保證槽壁整齊垂直、槽底平整；（2）為保障銑刨重鋪層與舊路面接縫處的粘結(jié)，在攤鋪SMA瀝青混合料前，采用SBS 瀝青防水立面貼張貼在槽壁上以增加接縫處的粘結(jié)效果；（3）清除工作面上的碎石、浮料等，使工作面潔凈、干燥，最后按規(guī)定灑布粘層油。

3.2 原材料的質(zhì)量控制

3.2.1 集料

集料的質(zhì)量主要從以下3 個(gè)方面進(jìn)行把控：（1）加強(qiáng)料源管理。 近年來，隨著環(huán)境保護(hù)力度的加大，碎石開采受限，地材供應(yīng)緊張，導(dǎo)致碎石采購雜亂無序，影響路面質(zhì)量的穩(wěn)定、均質(zhì)。 因此，在施工準(zhǔn)備階段，應(yīng)摸底排查工程項(xiàng)目所在地周邊的所有的潛在料源，對碎石材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、儲量、碎石性能指標(biāo)、運(yùn)距、成本等進(jìn)行綜合比選，以確定路面各結(jié)構(gòu)層的料源穩(wěn)定。 （2）由于粗集料占比較高，SMA對其的要求比較嚴(yán)格，不僅要求耐磨堅(jiān)硬、集料顆粒近似于立方體， 而且要求表面構(gòu)造較為粗糙、針片狀含量小， 集料顆粒間易于形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)；對于細(xì)集料，應(yīng)干凈堅(jiān)硬，有良好的嵌擠、棱角性能，具備一定的精細(xì)級配，以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制≤0.075 mm 的顆粒含量。 （3）對于進(jìn)場的集料原材，應(yīng)嚴(yán)格控制其合成級配，合成級配應(yīng)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求范圍。 一方面，合適的級配范圍是構(gòu)筑堅(jiān)固的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；另一方面，合成級配偏粗或偏細(xì)將影響比表面積的大小， 進(jìn)而影響集料上裹覆的瀝青膜厚度，瀝青膜偏厚可能會導(dǎo)致施工中出現(xiàn)油斑、 推移；瀝青膜偏薄， 可能會導(dǎo)致攤鋪的瀝青混合料難以壓實(shí)、空隙增大，出現(xiàn)滲水系數(shù)不合格。

3.2.2 改性瀝青

改性瀝青的質(zhì)量把控：（1）選擇信譽(yù)良好的供應(yīng)商和瀝青品牌進(jìn)行采購，對于SBS 改性瀝青應(yīng)選派專人駐場監(jiān)造，同時(shí)定期從源頭上即瀝青生產(chǎn)罐內(nèi)抽檢改性瀝青， 送不相關(guān)的第三方進(jìn)行檢測，最大程度避免瀝青供應(yīng)商以次充好、品牌假冒、混兌調(diào)和等，確保使用在路面上為優(yōu)質(zhì)改性瀝青。 （2）有研究表明[3-4]，改性瀝青中SBS 含量是影響改性瀝青性能的重要因素，改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)會隨著SBS含量的變化發(fā)生相應(yīng)的變化，在其性能影響上SBS的含量存在臨界值，一般臨界值在5%左右。通常在SBS 含量≤5%的范圍內(nèi)， 隨著SBS 含量的增加，改性瀝青的針入度有所下降、軟化點(diǎn)會升高、粘度值也會隨之升高；但當(dāng)SBS 含量＞5%時(shí)，其相應(yīng)指標(biāo)反而會下降。 由此可以得出，恰當(dāng)?shù)腟BS 摻量才能使改性瀝青達(dá)到最佳使用性能。

因此，施工中應(yīng)按照設(shè)計(jì)文件要求嚴(yán)格控制改性瀝青中SBS 的含量，現(xiàn)場配備SBS 含量快速檢測儀器，實(shí)行專人檢測、每車必檢。

3.2.3 礦粉

礦粉在瀝青混合料中的作用主要是與瀝青形成瀝青膠漿，裹覆在集料顆粒之上。 一般設(shè)計(jì)文件上對礦粉中消石灰的添加量有要求，多為≮20%，按要求添加消石灰，有助于黏附性的提高，但在實(shí)際施工管控中，由于成本的原因，消石灰的添加量不盡如人意，因此，應(yīng)增加礦粉采購預(yù)算，加強(qiáng)礦粉中消石灰含量的檢測力度，確保應(yīng)用到工程中的礦粉質(zhì)量。

3.2.4 抗剝落劑

嚴(yán)格控制抗剝落劑的添加及添加量，料源的不穩(wěn)定性等導(dǎo)致集料黏附性差異較大，使用抗剝落劑可以在很大程度上改善集料與瀝青的黏附性。 因此，實(shí)際施工中應(yīng)對新進(jìn)場的改性瀝青檢驗(yàn)合格后在注入瀝青罐時(shí)同步添加抗剝落劑，并在瀝青罐內(nèi)強(qiáng)制攪拌，添加數(shù)量應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求而定，不可過多或過少，添加過程應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)。

3.3 施工過程中溫度控制

對于普通熱拌瀝青混合料而言，溫度對路面質(zhì)量的影響很大，從混合料生產(chǎn)到攤鋪碾壓結(jié)束后開放交通，溫度控制貫穿其中。 而SMA 混合料中因?yàn)樘砑恿舜罅康牡V粉、木質(zhì)素纖維，其施工難度比普通瀝青混合料更高，因此更應(yīng)該加強(qiáng)對施工過程中的溫度控制。 （1）由于礦粉、木質(zhì)素纖維含量高，且為常溫狀態(tài)直接添加， 因此SMA 混合料生產(chǎn)中集料達(dá)到加熱溫度要比普通熱拌瀝青混合料要高些許；改性瀝青的加熱溫度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況合理控制， 溫度偏低時(shí)可能造成混合料拌合不均勻，溫度偏高又有可能造成瀝青的老化。 一般來說，SMA-13 瀝青混合料的加熱溫度要比普通瀝青混合料高10℃～20℃，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)材料情況（如干濕狀態(tài)）、壓實(shí)厚度、現(xiàn)場氣候條件等具體分析確定。（2）由于改性瀝青軟化點(diǎn)高、黏度大，因此改性瀝青混合料SMA-13 的施工適合在高溫狀態(tài)下而不適合在低溫下施作。 在實(shí)際施工中，改性瀝青混合料SMA-13 的施工溫度應(yīng)根據(jù)瀝青的標(biāo)號與黏度、鋪裝層厚度、改性劑種類與摻量、現(xiàn)場氣候情況等而定。 SMA-13 混合料的施工溫度可以依據(jù)表6 中的溫度選擇。 根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在具體操作時(shí)施工溫度可依據(jù)材料狀況、當(dāng)?shù)貙?shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。 對于改性劑使用量偏多、瀝青黏度偏大的情況，施工溫度適宜選擇規(guī)定范圍的上值， 反之則選擇下值；對于施工現(xiàn)場氣溫偏低時(shí)，施工溫度可適宜選擇規(guī)定范圍的上值，反之則選擇下值。

表6 SMA-13 混合料施工溫度范圍要求

3.4 瀝青含量控制

在保證堅(jiān)固的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，合適的瀝青含量對于SMA-13 混合料的施工質(zhì)量同樣重要。 在生產(chǎn)中，改性瀝青使用量必須嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，而后再注入到拌和鍋中，正常情況下不可過多或過少，如若瀝青含量過多，會大大降低瀝青混合料高溫性能，同時(shí)也會對路面構(gòu)造深度產(chǎn)生不利影響， 甚至?xí)故┕さ穆访嫔铣霈F(xiàn)泛油；如若瀝青含量過少，裹覆在集料上的瀝青膜偏薄，混合料難以壓實(shí)，造成空隙率偏高，滲水系數(shù)將會偏高，路面雨水容易進(jìn)入路面，造成耐久性降低。

在實(shí)際施工中可以三個(gè)方面去把控瀝青含量：（1）每施工日的上、下午在施工攤鋪現(xiàn)場的攤鋪機(jī)兩側(cè)各取一組混合料，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)及燃燒爐法測瀝青含量， 掌握當(dāng)日生產(chǎn)混合料的瀝青含量、空隙率以及穩(wěn)定度、流值等技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)當(dāng)日試驗(yàn)結(jié)果并參照前幾日的瀝青含量數(shù)據(jù)作相應(yīng)調(diào)整或不作調(diào)整。 （2）確保拌和樓控制電腦的打印裝置運(yùn)行良好， 每施工日結(jié)束后及時(shí)逐盤打印瀝青使用量、各倉集料使用量、瀝青混合料的重量，繪制瀝青含量波動圖，并與試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。 （3）每施工日或定期計(jì)算瀝青混合料出料重量、 瀝青消耗量，驗(yàn)算瀝青使用量是否合適。 以上3 種方式計(jì)算出的瀝青使用量或?yàn)r青含量可以相互比對，確保瀝青含量合適，當(dāng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)查找原因并及時(shí)解決。

4 結(jié)語

本研究依托實(shí)際工程對SMA-13 的配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并結(jié)合多年工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析了SMA-13 在養(yǎng)護(hù)施工中質(zhì)量控制的要點(diǎn)， 為SMA瀝青路面技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了技術(shù)上思考。 相信在經(jīng)濟(jì)水平和生活質(zhì)量穩(wěn)固上升的今天，SMA 路面不論在道路新建還是養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用都會越來越多。