SMA路面在河北高速公路的應用調查

王聯芳++焦彥利 ??

摘 要：為了研究SMA在河北省的應用及使用現狀，將瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）在河北的應用與發展歸納為3個階段，并介紹了目前河北省采用的SMA混合料的設計方法、施工工藝。通過對青銀高速河北段AC與SMA路面表層病害、車轍和抗滑能力等路用性能的檢測數據進行分析，進行了2種路面的對比，證明了SMA路面的優勢。可為研究SMA的大范圍應用提供參考。

關鍵詞：SMA；混合料設計；施工控制；路用性能

中圖分類號：U416.21 文獻標志碼：B

Research on Application of SMA Pavement in Hebei Province

WANG Lian- fang1，2， JIAO Yan- li1，2

（1. Hebei Provincial Communications Planning and Design Institute， Shijiazhuang 050011， Hebei， China；

2. Hebei Provincial Research Center of Road Structure and Material Engineering Technology， Shijiazhuang 050090， Hebei ， China）

Abstract： Three phases was summarized to describe the application and development state of SMA pavement in Hebei Province， and the mix design and construction technologies of SMA currently used in the region were introduced. Comparison on AC and SMA pavements was conducted by running tests on surface diseases， ruts and skid- resistance ability of Hebei section of Qingdao- Yinchuan expressway， which proves the advantages of SMA pavement and provides reference for the research of its wider range of application.

Key words： SMA； mix design； construction control； pavement performance

0 引 言

瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）混合料是一種密實式嵌擠型斷級配瀝青混凝土，它的特點是“三多一少”，即粗集料多、瀝青用量多、礦粉多、細集料少，具有良好的抗車轍、抗裂、抗滑、耐久性等優點。SMA在20世紀60年代起源于德國，90年代在美國得到迅速發展和改良，并于1999年提出了比較完整的SMA混合料設計方法、施工指南與質量控制方法。1992年，中國將SMA技術首次應用于首都機場高速公路，之后在江蘇、浙江、吉林等省多條高速公路也使用了SMA路面。1997年，在保津高速河北段首次鋪筑了30 km（雙幅）的SMA試驗路，從此開啟了河北省高速公路應用SMA路面的歷程。

1 河北省SMA路面應用基本情況

SMA路面對于原材料選擇、配合比設計及施工工藝等環節要求很高，如在某一環節出現疏忽，就會導致SMA路面過早出現病害。SMA混合料在河北高速公路的應用和發展經歷了引進、消化、吸收、改進等環節，才得以推廣應用（表1），將其發展過程概括為3個階段。

1.1 第1階段是摸索階段（2000年以前）

由于SMA技術引進不久，在這個階段對SMA技術的理解處在初級階段，因而其設計大多照搬歐洲或美國的經驗和標準。此階段河北省修建了保津、石黃、京沈高速SMA路面試驗段，其級配采用SMA- 16，完全參照美聯邦的設計。由于對SMA技

術的理解不深入、不全面，試驗段不同程度的存在著問題，例如級配控制不當、油石比過高、纖維人工投放不均勻以及壓實度不夠引起的泛油、車轍、離析、水損壞問題等。之后，鑒于SMA在中國應用技術不成熟和建設期造價較高，SMA在河北高速公路的應用出現了較長時期的停滯。

1.2 第2階段是規范階段（2010年以前）

2002年《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》及《公路瀝青路面施工技術規范》的發布，標志著中國對SMA的應用走上了正軌。河北參照規范并結合當地交通和氣候特點，在配合比設計、原材料選擇和施工工藝上加以改進，并通過在青銀、廊涿高速公路中成功應用，掌握了SMA技術要領，為這一新路面技術的推廣應用奠定了良好的基礎。

1.3 第3階段是推廣階段（2010年以后）

經過對青銀、廊涿高速SMA路面的長期跟蹤觀測，發現這些路面使用效果良好，其高溫抗車轍、低溫抗裂、抗水損害及良好的抗滑性能在應用中得以體現。河北在邢汾高速、京石高速改擴建、石安高速改擴建時，基于瀝青路面耐久性的考慮，在表面層設計時都選擇采用了SMA路面，里程共計518 km。

2 SMA瀝青混合料設計

2.1 礦料組成設計

2000年以前，SMA的配合比設計主要參照美聯邦級配。由于采石場一般生產5～10 mm和10～20 mm的石料，若按照前述的級配要求，采用10～15 mm的石料，不僅采石場的技術達不到要求，產量低，而且價格也貴，所以大多采用SMA- 16級配。從實際施工的情況看，SMA- 16容易產生局部離析。SMA公稱最大粒徑的選用必須與壓實層厚度相匹配，壓實層厚度不宜小于公稱最大粒徑的3倍，從這個要求出發，SMA- 16的厚度最好達到50 mm。由表2可知，公路瀝青路面施工技術規范（JTG F40—2004）中SMA的級配與美聯邦級配相比，4. 75 mm篩孔以上粗集料增多，保津、寶山、石黃高速SMA生產級配比相較04施工規范推薦范圍更細。從2000年以后，隨著施工技術水平的進步，施工管理和集料生產工藝的改進，中國對相應規范的制定，SMA的應用逐步規范化。河北修建的青銀、廊琢、邢汾、京石、石安高速級配改用SMA- 13級配，接近級配范圍中值設計，基于原材料的差異性，會有

所不同。自此，基本解決了SMA路面施工離析、車轍等問題。

2.2 集料

粗集料應選用粒徑規整和破碎工藝合理的破碎石料，同時嚴格限制集料中扁平顆粒的含量。要確保所用原材料質量的穩定性，尤其要減少粗集料（主要是指10～15 mm石料和5～10 mm石料）的變異性，對10～15 mm規格集料，建議采用13. 2 mm篩孔，通過率不小于80%。因為SMA是斷級配，大于2. 36 mm篩孔以上的石料含量要在75%以上，其構成了SMA的主體骨架結構。此外，要嚴格控制細集料的質量，避免引起礦粉的變化，甚至使得路面出現局部“油斑”等病害。

2.3 膠結料

SMA混合料中瀝青膠結料的質量必須滿足瀝青瑪蹄脂的要求，要有較高的粘度，對于高速公路、重載交通公路，最好采用改性瀝青。保津高速一期工程SMA路面采用AH- 90瀝青摻加3%SBS改性劑，而三期SMA路面則采用了AH- 70普通瀝青。實踐證明，普通瀝青用于SMA性能還是比較差的，容易導致車轍、泛油等病害的發生。因此，河北修建SMA路面未再使用普通瀝青，而是采用SBS改性瀝青，改性劑摻量不少于4%。石黃高速SMA路面油石比在5. 4%左右，瀝青膠結料明顯不足，內部空隙明顯，主要病害為水損壞，表現為大面積唧漿、局部坑槽等。之后修建的高速公路油石比在5. 8%～6. 2%之間（表2），芯樣密實，成功解決了水損害問題。

2.4 填料

填料對SMA性能的影響很重要，瀝青只有吸附在礦粉表面才能形成粘聚力很高的瑪蹄脂。礦粉不足會導致自由瀝青太多，游離的自由瀝青容易使集料產生相對位移；礦粉過多又會使膠泥成團，致使路面膠泥離析，造成不良后果。所以進行SMA混合料設計時一定要適量添加礦粉，礦粉必須潔凈且符合相關規范的要求。礦粉用量一般占瀝青集料總量的9%～10%，為了增強抗剝落性能，通常用水泥等量替代2%的礦粉。

2.5 纖維

SMA混合料能在運輸及攤鋪過程中保持高含量的瀝青膠結料而不產生析漏，主要是穩定添加劑的作用，常用的是纖維穩定劑。2000年以前，河北多采用進口絮狀木質纖維或顆粒狀木質素纖維VIATOP，例如保津高速采用德國JRS公司的顆粒狀木質素纖維VIATOP66（用量為0. 45%）及美國INTERFIBER公司的松散木質素纖維（用量為0. 3%）。寶山高速使用的摻加劑為德國JRS公司的VIATOP80（用量為0. 375%）等。目前河北省高速常用的添加劑主要是絮狀木質素纖維，纖維穩定劑的摻加比例以瀝青混合料總質量的百分率計算，控制在不低于0. 3%的范圍，根據實際情況可適當增加，誤差范圍控制在±5%以內。

3 SMA瀝青混合料施工控制

3.1 SMA混合料拌和控制要點

（1） SBS改性瀝青的裝車溫度應保持在170 ℃左右，運至拌和場的溫度不低于160 ℃。在拌和場存儲時間不宜超過48 h。

（2） 控制好拌和溫度。SMA混合料在拌和時，溫度過低，不易拌和碾壓；溫度過高，改性瀝青會老化，失去黏結力，影響混合料質量。

（3） 木質素纖維的投放控制在12 s以內，避免影響拌和樓的產能。投放機放料的同時，人工盡可能使壓縮的木質素纖維分散為較小的塊狀物，再通過投放機的攪拌與提升，使得木質素纖維均勻分散到瀝青拌和摟中。

（4） 拌和時間與普通混合料相比要適當加長，干拌時間不少于15 s，濕拌時間不得少于45 s。

3.2 SMA混合料運輸控制要點

（1） 汽車車廂的前、后、左、右箱體均應采取保溫措施。

（2） 車廂體內應清理干凈并均勻噴灑植物油。

（3） 為避免粘泥輪胎自身對路面的污染，運至現場攤鋪現場前應用高壓水槍沖洗輪胎，防止污染路面。

3.3 SMA混合料攤鋪控制要點

（1） 確保螺旋布料器轉動速度均衡且與攤鋪速度相匹配，布料深度不小于送料器的2/3，以減少混合料的離析現象。

（2） 熨平板清理干凈，加熱熨平板時溫度應大于130 ℃后方可進行攤鋪。氣溫較低時，攤鋪過程應持續加熱熨平板。

（3） 攤鋪機攤鋪速度應與拌和樓供應能力相匹配，做到均勻、連續有序的攤鋪。

（4） 采用雙機聯鋪進行SMA- 13上面層的鋪筑容易導致接縫處出現間斷帶狀油斑，這是由于攤鋪機自身的缺陷造成的，建議對現場的油斑現象用刮刀（或泥子刀）進行人工剔除，必要時補充一定量的混合料。

3.4 SMA混合料碾壓控制要點

（1） 采用雙鋼輪壓路機進行碾壓，極少采用膠輪壓路機進行碾壓。

（2） 碾壓中的鋼輪壓路機要嚴格控制噴水量，達到碾壓中少水的目的。避免壓路機急停時水量過大造成局部區域溫度降低過快而使現場出現透水現象。

（3） 碾壓遍數一般為6次，不能過壓或少壓。初壓：靜壓1次（前靜后振）；復壓：用振動壓路機振壓3次和振蕩壓路機振壓2次；終壓：用振動壓路機靜壓收面。

（4） 碾壓原則一般采用“緊跟慢壓、高頻低幅、先低后高、均勻少水”的十六字方針。

（5） 在聯機攤鋪搭接處和攤鋪斷面邊緣部位應多碾壓1遍，確保橫斷面內碾壓均勻。

（6） 接縫碾壓時首次碾壓寬度為20 cm，此后逐次伸入20 cm。直至1 m左右時呈45°向兩邊碾壓。

4 路用性能

2007年，青銀高速河北段在12、13標鋪筑了SMA表面層，其余標段主要采用AC- 13表面層，運營7年后各路段的路用性能優良。該條高速的交通量和氣候差異性較小，本文將青銀高速SMA與AC表面層的病害、車轍和抗滑能力做了對比分析。

4.1 路面病害調查結果對比

2014年對青銀高速進行了病害調研，表3為石家莊方向調查結果。通過調查可知SMA路面應用初期出現的車轍、泛油、水損害問題基本得到了解決。與AC- 13路面病害數據對比可知，SMA能夠有效地解決縱向疲勞裂縫的問題，并降低了反射裂縫的密度，橫縫多以1～3m長的淺層溫縮裂縫為主，間距在 30 m左右。

4.2 車轍對比

從數據和鉆芯結果可知，車轍多為壓密型車轍。與AC- 13表面層相比，SMA的粗集料骨架結構能明顯減少混合料的二次壓密，從而降低車轍對重載交通的敏感度。因此，在交通量重載車較多的情況下選用SMA作為表面層具有性能上的優勢。

圖1 SMA- 13與AC- 13抗車轍性能對比

4.3 抗滑能力對比

由圖2數據可知，SMA- 13的抗滑能力優于AC- 13。2007年，SMA的橫向力系數是AC的1. 17倍，2010年SMA- 13的橫向力系數與AC- 13 2007年的數值相當，并且在道路運行后期SMA較好的粗構造仍能保證路表優秀的抗滑性能力，很少出現由于抗滑能力不足提前罩面的情況。

圖2 SMA- 13與AC- 13抗滑性能對比

5 結 語

SMA在河北經過20余年的應用與發展，積累了豐富的設計、施工和管理經驗，已經發展成為一項非常成熟的技術，但仍然存在一些問題需要我們去解決。例如近年來粗集料質量出現下滑的趨勢，哪些指標是關鍵指標不能松懈，哪些指標可以放松而不會對SMA的質量產生影響？這些研究將有利于降低SMA成本，進一步促進其推廣應用。

參考文獻：

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[3] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[責任編輯：杜衛華]