淺析改性瀝青SMA混合料路面施工質量控制

【摘 要】SMA混合料路面由于具有較好抗滑能力、行車噪音較低、雨天水霧小、密水性好、耐久性好等表面功能，尤其是具有良好的高溫穩定性和低溫抗裂性，幾十年來一直受到路面工程界的青睞。在SMA混合料路面施工中，確保原材料和拌制的成品混合料合格，及運輸、鋪筑、碾壓等環節符合規范及設計的要求，是保證SMA路面內在質量以及外觀美觀的關鍵。本文以2013年G6京藏高速公路蘭海段養護維修工程中大面積應用改性瀝青SMA-13為工程背景，通過施工過程主要控制要點分析，進一步研究了影響SMA施工質量控制的方法，為確保成功進行SMA混合料路面施工積累了一定經驗。

【關鍵詞】SMA 改性瀝青瑪蹄脂碎石 施工 質量控制

1 工程概況

蘭州（忠和）至海石灣高速公路是交通部規劃的“五縱七橫”國道主干線G6京藏線在甘境內的主要組成路段，也是甘肅省規劃的“四縱四橫四重”主骨架公路網中的重要組成路段。該項目原設計采用全封閉雙向四車道高速公路建設標準，設計速度80公里/小時，其中單向行車道寬度2×3.75m，路拱橫坡1.5%，橋涵設計荷載為汽車—超20級，掛車—120。本項目路面為瀝青混凝土路面，上面層為4cm中粒式瀝青混凝土，中面層5cm為中粒式瀝青混凝，下面層為6cm粗粒式瀝青混凝土，基層為30cm為水泥穩定碎石，底基層為20cm水泥石灰穩定土。該路段2001年12月開工，2004年11月建成通車。2006年以來，隨著我國經濟的增長，交通量逐漸增大，特別是近兩年來夏季氣候炎熱和重載交通的增加，路面車轍（深達2cm—5cm）、龜裂等病害在蘭海高速公路大面積產生。本項目采用5cm改性瀝青瑪蹄脂碎石（SMA-13）+10cm密級配瀝青碎石（ATB-25）進行車轍處治。

2 瀝青瑪蹄脂碎石混合料的特點

瀝青瑪蹄脂碎石混合料Stone mastic asphalt（英），Stone matrix asphalt（美）（簡稱SMA）是20世紀60年代末期起源于德國的一種新型熱拌瀝青混合料。其具有以下特點：

2.1材料特點

（1）SMA是一種間斷級配的瀝青混合料，其材料自身具有“三多一少”的特點，即粗集料多、瀝青多、礦粉用量多、細集料少。其中粗集料的摻配比例高達65—80%，用以形成嵌擠骨架結構；礦粉的用量多，達8—15%，用以增加礦料的比表面積；瀝青用量多，油石比一般為5.8-7.5% ，用以增加混合料中的結合料；細集料用量少，以便形成間斷級配。由于SMA混合料中較多的瀝青和礦粉用量，同時使用纖維作為穩定劑，用以分散和吸收瀝青、增加油膜厚度，這樣在拌和時形成瀝青瑪蹄脂，可以增強瀝青與集料的粘附性及混合料的抗拉強度。

（2）SMA的原材料要求高，粗集料必須特別堅硬，表面粗糙，針片狀顆粒少，以便達到良好的嵌擠作用；細集料宜采用堅硬的機制砂；礦粉必須是磨細的石灰石粉；纖維必須具有耐高溫和自身質量5倍以上的吸油率；瀝青應有良好的高溫穩定性和低溫柔韌性。

2.2 SMA的路用性能特點

（1）高溫抗車轍性能。在SMA的組成中，粗集料骨架占70%左右，細集料少，瀝青瑪蹄脂部分僅填充了粗集料之間的空隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受，由于粗集料間良好的嵌擠作用使瀝青混合料具備非常好的抵抗荷載變形能力，從而提高了高溫抗車轍能力。

（2）低溫抗裂性能。在低溫條件下抗裂性能主要由結合料的拉伸性能決定，由于SMA的集料之間填充了相當數量的瀝青瑪蹄脂，當溫度下降混合料收縮變形使集料被拉開時，瀝青瑪蹄脂有較好的粘結作用，它的柔韌性使混合料有良好的抗低溫變形性能，當使用改性瀝青后更能增強混合料的低溫抗裂性能。

（3）好的抗滑性能。SMA使用堅硬、粗糙、耐磨的優質石料同時采用間斷級配，粗集料含量高，路面壓實后表面形成大的孔隙，構造深度大，提高了抗滑性能。同時也使路面在雨天行車不會產生大的水霧，降低路面噪音，路面噪聲可降低3—5dB。

（4）良好的耐久性。SMA的混合料內部被瀝青瑪蹄脂充分填充，瀝青膜較厚， SMA的空隙率很小，一般為3—4%，且瀝青瑪蹄脂與集料的粘結力好，幾乎不透水，使混合料受水的影響小，混合料的水穩性有很大改善；空隙率小使瀝青與空氣的接觸少因而混合料的抗老化性能良好。

3 原材料質量控制

由于SMA對原材料的要求高，對原材的質量要嚴格控制，所以在施工之前應對各種材料進行調查，按規范要求對各種原材料進行試驗，符合SMA路面使用要求的各種原材料， 經檢測確認合格后方能進場。

3.1集料質量控制

（1）集料的料源管理。路面工程在集料管理上一定要強調源頭管理，即重視到生產料場去管理、監督，不能僅在拌和場坐等收料。集料質量源頭管理的關鍵環節有：1）管理好石料品種，面層集料優先選用中性及堿性料源，料源巖性符合設計要求，有沒有風化。2）集料生產必須采用三級破碎。對于破碎機械，顎式破碎機只能用于粗破，二破采用反擊式破碎，細破必須選擇采用圓錐式、錐式等類型的破碎機。且每條生產線需配置二級以上吸塵裝置。3）篩孔尺寸，按照集料的使用要求選擇適宜的篩孔，注意篩孔形狀有沒有變形破損。4）對于開采母材的宕口，在爆破之前必須對表面風化層及土層進行剝離，獲取堅硬潔凈的塊石進行集料加工。集料進場后按不同規格設置隔墻分倉隔離堆放、以免混料，堆料場要進行場地硬化，料倉墻頂要有明顯標示每個料倉內集料規格，防止上料時裝錯料，集料要有防雨設施（如防雨棚），尤其注意保持細集料干燥不結塊，因為SMA的細集料用量少，其拌和樓對應冷料倉上料電機轉速較低，如果細集料潮濕結團，造成下料困難，勢必需要加快電機轉速，但這樣細集料用量就會增大，所以應盡可能保持細集料干燥。經常檢查進場集料品種、規格、針片狀顆粒含量、壓碎值、粘附性、含泥量、含水率和風化石含量等指標，集料質量應符合《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004和設計文件的技術要求。

（2）粗集料。粗集料是SMA瀝青混合料的骨架，集料嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料石質的堅韌性、集料的顆粒形狀和棱角性。可以說，粗集料的質量好壞是SMA成敗的關鍵。粗集料采用石質堅硬、耐磨、清潔、不含風化顆粒、近立方體顆粒的碎石。

（3）細集料。細集料不得采用天然砂，一般應采用石灰巖等堿性硬質碎石軋制的機制砂作為細集料，這是因為機制砂是經過堅硬巖石反復破碎制成具有良好的棱角和嵌擠性能，同樣對提高混合料的高溫穩定性有益；當采用普通石屑代替時，宜采用與瀝青粘附性好的石灰巖石屑，砂當量大于60，且不得含有泥土、雜物。

3.2填料

填料必須采用由石灰石等堿性巖石磨細的礦粉。礦粉塑性指數小于4，親水系數小于1，應保持干燥，不含雜質，能從礦粉儲料罐自由流出，其綜合技術指標應符合規范技術要求。在拌和樓拌制混合料過程中除塵裝置回收的回收粉不得作為填料用于SMA混合料拌制。

3.3瀝青結合料

用于SMA瀝青結合料必須具有較高的粘度、與集料有良好的粘附性，以保證有足夠的高溫穩定性和低溫韌性，所以選用針入度小、軟化點高、溫度穩定性好的瀝青，一般宜選用改性瀝青作為粘結料。在蘭海路養護維修工程中為保證使用的SBS I-C改性瀝青質量，對所進場瀝青每車檢驗，除三大指標試驗外，還檢測老化后（RTFOT試驗）相關指標是否符合要求。

3.4纖維穩定劑

SMA的纖維穩定劑可采用木質素纖維、礦物纖維、聚合物化學纖維等，以改善瀝青混合料的性能，吸附瀝青（吸油率可達自身質量的5倍以上），減少瀝青析漏，纖維應能承受250℃的高溫，并保持化學穩定，對環境和人體不造成危害。在蘭海路養護維修工程SMA-13混合料采用木質素纖維作為穩定劑，木質素纖維的摻加量控制在混合料用量的3‰-4‰之間，木質素纖維應存放在避雨、防潮的庫房內，纖維不受潮結塊，以保證纖維在瀝青混合料拌和過程中均勻地分散。

4 改性瀝青SMA路面的施工質量控制

4.1SMA混合料的拌和

（1） SMA混合料宜使用3000型以上的間歇式拌和機拌制，根據試驗室提供的生產配合比進行生產控制，嚴格控制各料倉的材料用量，SMA混合料配比和級配通過反復試驗確定，其過程與普通瀝青混合料配合比設計過程基本相同。

（2）為確保混合料的拌和質量，必須根據配合比對拌和設備的參數進行適當的調整，嚴格控制攪拌時間，最佳的拌和時間與集料的級配、瀝青用量、木質素纖維投料后拌和時間、集料和瀝青加熱溫度等多因素有關，材料添加及攪拌時間順序如下：1）各種熱礦料按設定重量投入拌和缸中；2）同時將設定重量的纖維摻加劑加入拌和缸；3）礦料和纖維干拌10—15秒；4）再投入礦粉拌和2秒，5）噴入瀝青；6）攪拌30—45秒。在試拌時，視混合料情況拌和時間可相應增、減，但每鍋最短拌合時間不得小于60秒，經試拌確定的最佳拌和時間存儲到拌合樓電腦控制系統，用于控制正式拌和。

（3）纖維穩定劑可由稱量準確性高的投料機添加，該設備應計量準確以保證混合料的質量，也可人工添加，即將纖維按一定的比例通過一個投料口直接加入拌和缸中。

（4）改性瀝青SMA混合料的溫度控制范圍為： 集料加熱溫度：190-210℃ ，改性瀝青加熱溫度：165-175℃ ，成品混合料溫度：175-185℃。改性瀝青SMA混合料對溫度特別敏感，成品料溫度低于160℃和超過195℃時應予以廢棄，因此必須嚴格檢測和控制各原材料加熱溫度和成品料的溫度。

總體而言，改性瀝青SMA混合料的拌制工藝類似于普通熱拌瀝青混合料，但由于所用瀝青及SMA混合料級配的不同，決定了其難以拌和。合格的SMA 混合料應拌和均勻，目測無花白料、冒青煙，纖維均勻分布在混合料中，混合料無離析、結塊或瀝青析漏等現象。其拌和時間和溫度與普通熱拌瀝青混合料對比如表1所示。

表1 拌和時間和溫度與普通熱拌瀝青混合料對比表

4.2混合料運輸

（1）改性瀝青SMA混合料宜采用大噸位（載重宜大于20噸）自卸汽車進行運輸，未裝料前車箱內應清掃干凈，為防止熱混合料與車箱粘結，應在車廂和底板用油水混合液（水和柴油，比例一般為3：1）涂刷，并保證車箱底部不得留有余液。

（2）混合料裝車時，每車應分三至五次裝料，第一次為車箱的前1/3處，拌和樓向運料車放料時要及時前后移動車輛，做到平衡、均勻裝料，控制車內每次堆料高度，避免在放料過程中產生混合料離析。對于大型運料車可分多次裝料。

（3）運輸車輛的車廂兩側應加裝保溫隔熱材料，混合料裝車裝滿后用厚帆布防雨篷布覆蓋，在運輸途中起到保溫、防雨、防污染的作用，有效防止改性瀝青SMA混合料在運輸過程中因熱量散失快而在表層結成硬殼。

（4）混合料運至施工現場卸料前，由現場施工技術人員逐車檢查并測量溫度，運輸車輛在車廂中部打孔以檢測出場及運至攤鋪現場時混合料溫度，溫度高于195℃或低于160℃的混合料堅決不使用。瀝青混合料運到施工現場后，若發現溫度過高或過低和花白料等不合格現象按廢料處理，并通知拌和廠進行改進和調整。

（5）為了保證連續攤鋪，開始攤鋪時，現場待卸料車輛不得太少，運輸能力應略高于拌和能力，保證施工過程中攤鋪機前方保證始終有運料車等候卸料。

5 改性瀝青SMA混合料的鋪筑

5.1攤鋪

（1）改性瀝青SMA混合料不應在氣候寒冷、陰雨的季節施工。 施工的最佳溫度在20℃以上，低于15℃不宜攤鋪改性瀝青，當外界溫度較低時可適當提高混合料的攪拌和攤鋪溫度，或在拌制混合料時加入溫拌劑，使SMA混合料能在相對較低的溫度下進行拌和及施工，同時保持其使用性能不降低。

（2）改性瀝青SMA混合料現場攤鋪溫度宜控制在165-175℃的范圍內，且料溫不低于160℃。

（3）攤鋪開始前預熱攤鋪機熨平板至100℃以上，調整好自動找平裝置，夯錘和熨平板的振動頻率。根據攤鋪厚度確定好松鋪系數，在起步時，熨平板下應用硬木襯墊至施工厚度，運料車輛卸料時， 運輸車輛不得撞擊攤鋪機。攤鋪起步速度控制在1-2m/min，正常鋪筑時速度控制在2-3m/min，并應連續勻速鋪筑，攤鋪過程中，不得隨意變換速度或中途停頓，注意與供料速度相匹配，保證拌合、運輸、攤鋪的連續性、一致性、協調性。

5.2改性瀝青SMA路面的碾壓

碾壓過程是SMA面層施工中的重要環節，改性瀝青SMA混合料是一種粘稠而很難壓實的材料，它的壓實性能對溫度十分敏感，因此其碾壓工藝與普通熱瀝青混合料的壓實應有所區別，主要是：

（1）碾壓改性瀝青SMA應遵循的八字原則為“緊跟、慢壓、高頻、低幅”，并合理地選擇壓路機組合方式及碾壓步驟。在蘭海路養護維修工程施工過程中是采用兩臺雙鋼輪壓路機組合碾壓，初壓用雙鋼輪壓路機剛性靜壓2遍，復壓采用振動壓路機高頻、低振幅碾壓3～4遍，終壓采用振動壓路機關閉振動靜壓2遍。

（2）改性瀝青SMA壓實溫度的范圍及控制比普通瀝青混合料更為嚴格。通常初壓應該在SMA混合料攤鋪后溫度盡可能高的狀態下開始，初壓的起始溫度控制在170℃左右，且應不低于160℃，并盡快完成初壓工序；復壓溫度不低于140℃，終壓溫度不低于120℃，碾壓終了溫度不低于110℃。

（3）改性瀝青SMA宜剛性碾壓，一般不允許采用輪胎壓路機碾壓，輪胎壓路機碾壓的搓揉使混合料里的瑪蹄脂上浮，導致構造深度降低或路面泛油；碾壓要充分使壓實度達到規范要求但又要防止過碾壓，在碾壓過程中如有粗集料的壓碎、壓掉棱角、嵌擠骨架破壞、瀝青馬蹄脂上浮等現象，應立即停止碾壓。同時不得在低溫下反復碾壓，以免造成集料的棱角磨損、破碎、破壞集料的嵌擠作用。

（4）SMA混合料路面施工結束后，應在表面溫度下降到50℃以下，方可開放交通。

6 施工體會

6.1試驗段鋪筑的必要性

SMA路面的施工工藝要求很嚴，大面積施工前，必須先鋪筑試驗路段，試驗段選擇長度不少于300米的直線段為宜。通過試鋪試驗段檢查調試各施工設備的使用性能，了解生產能力、材料供應與運輸能力、確定攤鋪進度與碾壓設備的匹配，用以解決試拌與試鋪兩個階段的相關問題。即通過試拌要確定拌和樓上料程序、上料速度、拌和時間、纖維添加方式和計量、調整和確定生產配合比和油石比、拌和溫度等；試鋪階段需要確定攤鋪方法、攤鋪溫度、攤鋪速度、松鋪系數、壓實順序、壓路機型號與組合方式、碾壓溫度和速度、靜壓和振壓最佳遍數、接縫處理等問題，通過試驗段鋪筑取得的SMA拌和、試驗、施工等經驗數據，用于指導后續路段SMA瀝青路面的施工。

6.2拌和樓外加劑添加設備的安裝

由于在蘭海路施工時使用1300型拌合樓，改性瀝青SMA拌和過程中使用外裝投料設備添加木質素纖維，試驗段施工前期投料機添加口直接接在拌缸上，投料機工作時產生大的風力使集料稱重傳感器受到浮力，導致熱料倉進入拌缸的集料稱重時發生了誤差，對于型號較小的1300型拌合樓每鍋拌和量設定添加各種熱集料為1.1噸，投料機添加木質素纖維時浮力產生的誤差使實際集料多添加約200千克，嚴重影響了生產配合比的準確性，誤差率高達18.2%；查明原因后將投料機的投料口改接至拌缸的人工喂料口，并在投料口加裝一排風裝置，投料機在拌和樓添加木質素纖維信號發送提前5s將設定一定質量的纖維吹到帶排風裝置的投料口，待拌和樓添加纖維信號發出投料口直接將稱量好的木質素纖維投入拌和缸內攪拌，消除了添加設備對拌和樓生產配合比的影響。

6.3 SMA面層施工能否使用輪胎式壓路機的簡單探討

《瀝青路面施工技術規范》及《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》要求為防止SMA混合料因輪胎壓路機的搓揉擠壓作用而使瀝青馬蹄脂上浮，使壓實效果達不到要求，SMA混合料不宜使用輪胎壓路機碾壓。但在蘭海路車轍處治路段SMA面層施工過程中，在測試已鋪筑改性瀝青SMA-13上面層路段構造深度較大的情況下，我們也嘗試后續部分路段施工用輪胎式壓路機進行復壓，碾壓遍數以1—2遍、且不致造成路面構造深度降低或泛油為宜，整體碾壓效果良好。

6.4壓實度控制

SMA路面壓實度控制應以碾壓工藝為主，鉆芯取樣檢測和滲水試驗為輔，盡可能避免路面鉆芯檢測壓實度，因為鉆孔填補后壓實度必然不足，鉆孔處將成為日后出現坑槽等水損壞病害的一個誘因。

參考文獻：

[1]《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40—2004人民交通出版社.

[2] 荊農《瀝青路面機械化施工》 人民交通出版社2005.

[3]《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》SHC F40—01—2002中國工程建設標準化協會公路工程委員會.

作者簡介：馬明（1979—），男，漢族，2005年畢業于蘭州交通大學工程管理專業，現為蘭州公路管理局高等級公路養護管理中心工程師。