SMA-13改性瀝青混凝土上面層施工技術研究

譚海燕

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

關鍵詞：SMA-13改性瀝青混凝土;上面層;施工技術;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計所組成的面層結構，有著良好的實用性、耐久性和溫度穩定性等優良性能。具體設計施工時，首先要對施工現場的各項因素做出分析，并嚴格按照規范要求與設計原則進行配合比設計，對各組分的配比做出適當的調整，確保施工后的面層結構滿足設計要求與行車需求。

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，設計時還要根據施工需求添加一定量的纖維穩定劑等材料，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，因而混合料的構成特性將得到優化與改善。一般來說，設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，再加之瑪蹄脂膠結料有著良好的粘裹性能，因而采用該材料施工的上面層結構在抗滑、抗低溫、抗高溫以及水穩定性、耐久性方面都有著良好的表現。現階段，在進行高等級公路的設計、施工過程中，要加強對該材料的應用與推廣，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質量與使用性能。

1.2 性能優勢

（1）SMA的耐老化性能較為優異。大量的試驗數據與工程實踐表明，通過對拌和之后的改性瀝青混合料開展環境模擬試驗，并采取回彈模量比進行抗老化性能的評判，結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，還是高溫濕潤的華南地區，應用SMA材料修建的面層結構表現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有著較強的水穩定性。在進行混合料的配合比設計時，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構的空隙率，也能使結構的水穩定性能得到改善。

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構。其中，道路的寬度設計為11.25 m，厚度設計為4 cm，并在K86+930～K88+400段左幅開展了相應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規范的要求。在進行正常的施工過程之前，借助于試驗段的試鋪，能夠幫助設計人員和技術人員確定相應的技術參數，尤其是礦料的配合比以及油石比等參數，進而確保工程施工質量滿足設計與使用要求。另外，通過開展試驗段試鋪工作，還能對現場的機械設備、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，經業主及總監辦批準，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，結構層設計厚度為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，對材料的質量做出了檢驗，確保質量滿足設計文件與規范的各項要求。其中，表1為試驗段瀝青檢測指標結果。

2.2.2 集料

試鋪期間，所使用的集料主要為級配碎石，通過對材料質量進行檢驗之后，表明所用材料的質量能夠滿足相關的技術指標。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、雜質等問題。通過上述材料的使用，可以提高上面層結構的強度與耐磨耗特性。具體加工期間，主要使用的設備是反擊式破碎機。加工過程中根據工程需求，對粒徑的規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巖磨制形成的礦粉。施工期間控制礦粉干燥、潔凈程度，并確保無結塊問題的出現。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 生產配合比

經過多方研究與協商之后，最終決定采用表2中的生產配合比。

2.4 試驗路施工工藝

2.4.1 拌和樓拌和

（1）拌和設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備，這一設備有著強大的自動控制性能。同時，所用設備的時產最高可以達到300 t。（2）拌和過程中要加強對溫度的控制。考慮到工程實際狀況，將其控制在170 ℃～180 ℃左右。需要注意的是，拌和樓的生產能力要與現場施工需求相匹配。拌和工作結束后，要確保瀝青混合料有著良好的均勻性與一致性，并且不能出現花白料，也不能發生混合料結團成塊等問題。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，確保質量合格之后，才能進行后續的運輸、攤鋪等工作。

2.4.2 混合料的運輸

（1）考慮到現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、車輛數量做出適當的調整。（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面中部位置處，還專門設置了檢測孔，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，防止內側沾有雜質影響混合料的品質。為確保裝卸工作的順利開展，可在車輛內側涂上一層隔離劑，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場之后，要對輪胎的干凈狀況進行嚴查，不能出現輪胎上粘有異物的問題，必要時要進行清理。這一過程中，要對現場的各種機械進行統籌協調，各部門之間要加強溝通，確保施工環節的流暢程度。

2.4.3 攤鋪

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

2.4.4 碾壓

（1）碾壓機與攤鋪機之間的距離應控制在3～4 m。壓路機施工時應從外側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，其寬度應控制在1/3～1/2輪寬的距離。（2）初壓期間壓路機要緊跟現場的攤鋪機，速度應控制在2～2.5 km/h左右。初壓結束后緊跟復壓，本工程中使用的復壓設備主要是2臺鋼輪壓路機，復壓施工采用揉壓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素纖維和顆粒木質素纖維摻配的SMA-13上面層均進行了鋪筑。在整體級配未出現大幅度改動下，小幅度優化1#（10～15 mm）、2#（5～10 mm）料進行對比試驗，選取最優路用性能配合比為最終生產配合比，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 ℃。上述數據表明試鋪施工時的溫度完全可以達到施工的要求。

2.5 室內試驗結果

2.5.1 馬歇爾試驗結果

在拌和樓調試完畢，穩定出料之后，工地試驗室在拌和樓取料進行馬歇爾試驗。試驗發現（見表4）：（絮狀）木質素纖維馬歇爾試驗結果均能滿足設計文件、招標文件及規范相關要求，而（顆粒）木質素纖維馬歇爾試驗的礦料間隙率未能滿足設計文件、招標文件及規范的相關要求。

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結果，圖1是試驗中的級配對照情況。

根據燃燒篩分結果可知，生產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 車轍試驗結果

在開展車轍試驗時，主要在工地試驗室選用相關的材料，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定性能做出分析判斷。通過對試驗結果的分析表明，材料的高溫穩定性能完全滿足設計要求。

2.6 試驗段檢測結果的分析

施工期間主要采用現場檢測的方式，組織人員對試驗路段開展了現場檢測。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果，主要包括滲水檢測、構造深度檢測。

從室內試驗結果可以看出：（絮狀）木質素纖維的室內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，瀝青路面現場空隙率較偏小容易起車轍，不利于大面積生產施工。而（顆粒）木質素纖維的室內馬歇爾性能指標中，礦料間隙率未滿足招標文件控制要求的指標。從現場芯樣結果看，（絮狀）木質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，建議現場空隙率控制在4%左右，均值滿足設計文件要求，現場效果良好。

2.7 試驗路總結

（1）根據試驗室及現場檢測情況，試驗路所用材料（瀝青、集料）均能滿足實際生產以及設計文件要求，在后續大規模施工中項目部會繼續加強原材料質量的控制工作，保證施工成品質量。（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，經過調整后絮狀纖維試鋪的生產配合比較好地解決了顆粒纖維試鋪時可能出現的問題，提高了生產質量，并且室內試驗及現場檢測情況均能滿足設計文件要求，因此在大規模施工時建議使用此級配。

3 結語

近幾年來，公路工程作為重要的基礎設施項目，其建設質量受到了各方的關注。因此，當前要加強對SMA等重要材料的應用，不斷提高生產配合比的設計質量與效果，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、配合比優化、施工質量管控、施工工藝的改進等諸多方面加強對公路工程質量的控制，尤其要做好施工技術與工藝的合理應用，確保公路施工質量滿足設計要求，提高行車的安全性與舒適度。

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