SMA-5超薄磨耗層在高速公路預養護中的應用研究

王敏華，吳文信，陶小磊，李文勤

(1.廣西新發展交通集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007；4.廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007)

0 引言

我國高速公路路面典型設計結構是“強基薄面”的半剛性基層瀝青路面結構，在這種結構中，半剛性基層由于剛度較大通常是承重層，而瀝青層則是作為表面功能層[1]。綜合眾多高速公路早期應用情況來看，路面病害往往表現為瀝青層的各項表面功能的衰減，而承重層通常結構完整，這意味著只要及時對表面功能層進行預養護介入，就能夠延緩病害對路面結構的損害，有效延長道路整體使用壽命[2-4]。

從國內外眾多實踐經驗來看，SMA超薄磨耗層由于能夠有效修復路表面的缺陷，顯著提升道路的長期使用壽命，目前已成為預養護主流應用技術之一。但現階段針對SMA超薄磨耗層應用的研究主要集中在中、細粒式混合料(以SMA-16或SMA-13等為主)，而對小粒徑的SMA-5混合料的應用研究則較少。本文依托某高速公路實際養護工程，對SMA-5超薄磨耗層預養護技術進行綜合研究分析，為今后同類型預養護工程中SMA-5超薄磨耗層的推廣應用提供參考經驗。

1 工程概況

某高速公路起訖樁號為K0+000～K51+380，雙向四車道，全路段路面結構設計為半剛性路面結構。由于周邊區域經濟的不斷發展，此高速公路交通量逐年增加，通車數年后，路面已產生諸如網狀開裂、輕微車轍、坑槽等病害。經檢測單位對該高速公路路況進行檢測評估后發現，高速公路路面承重結構仍完整，僅出現瀝青表面層的性能衰減破壞。

綜合路面整體路況水平及養護技術規范要求分析，該高速公路適用超薄磨耗層進行預養護，因此本項目決定采用SMA-5超薄磨耗層對其進行預養護處理。

表1 某高速公路公路路段檢測路況水平一覽表

2 原材料

2.1 瀝青膠結料

采用SBS改性瀝青作為SMA-5超薄磨耗層用瀝青膠結料，其具體性能檢測指標如表2所示。

表2 瀝青膠結料測試指標結果表

2.2 集料、礦粉及纖維穩定劑

SMA-5超薄磨耗層采用玄武巖作為集料，集料規格分為0～3 mm和3～5 mm兩檔，將集料分別進行篩分測定其相對密度。填料選用磨細石灰巖，纖維穩定劑采用木質素纖維，其摻加量為混合料總量的0.3%。

表3 集料密度指標表

3 SMA-5配合比設計

《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)中未對SMA-5的礦料級配范圍進行規定，本文依據《公路瀝青路面養護技術規范》(JTG 5142-2019)中推薦的SMA-5礦料級配范圍，結合同類型施工經驗以及礦料篩分結果，分別設計三組不同的SMA-5礦料級配，其礦料組成如圖1所示。

圖1 不同礦料級配設計范圍曲線圖

SMA混合料的級配類型是典型的間斷級配，從體積指標上進行分析，粗集料必須通過嵌擠作用形成骨架以承載荷載，而判斷其是否形成骨架結構的指標則是VCAmix

先對設計的三個礦料級配進行VCADRC測定，由于SMA混合料常規用油量普遍較大，對三個設計礦料級配以6.8%的油石比進行馬歇爾試件試打并測定其體積參數。相關研究表明，SMA混合料的成型質量受溫度影響較大[5]，所以對馬歇爾試驗各個環節的溫度必須做好嚴格控制，溫度控制值建議如表4所示。

表4 馬歇爾試驗溫度控制值一覽表

從表5的數據可以看出，級配一在6.8%油石比下其VV值達到4.4%，VV值明顯偏大，VV過大將使得水容易深入混合料當中，造成混合料水穩定性較差，影響混合料的長期使用。而級配三由于VCADRC>VCAmin，這表示混合料未能形成骨架結構，將導致混合料在遭受行車荷載作用下極易發生破壞。只有級配二的各項體積指標滿足SMA礦料級配的設計要求，所以取該級配作為設計級配。

表5 不同級配馬歇爾試驗體積指標表

在確定設計級配后，以0.4%作為間隔變化，選取6.4%、6.8%、7.2%三個油石比進行馬歇爾試驗，試驗結果如表6所示。

表6 不同油石比條件下馬歇爾試驗結果表

對各項體積指標及油石比之間的關系曲線進行分析，目標空隙率為3.0%時可確定油石比為7.0%。為檢驗其性能是否達到規范要求，以7.0%的油石比制作一組馬歇爾試件進行測試，試驗結果如表7所示。

表7 馬歇爾試件性能檢驗結果表

從試驗結果來看，該目標配合比設計滿足技術規范要求，可作為后續生產配合比的依據。

4 SMA-5鋪筑及現場檢測

將設計完成的目標配合比作為SMA-5超薄磨耗層的生產依據進行調試，得到生產配合比，選定在K13～K14段進行SMA-5超薄磨耗層的鋪設。在鋪筑過程中總結施工控制要點如下：

4.1 舊路面處置措施

針對舊路面處置主要包括兩個方面：(1)針對舊路面病害進行及時修復，同時將舊路面上原有標線、突起路標等進行銑刨和拆除，對舊路面做好整體清理工作；(2)必須在舊路面上設置粘結層，本項目選擇在舊路面上撒布SBS改性瀝青(單位用量為1.1～1.2 kg/m2)，這樣可以促進SMA-5超薄磨耗層與舊路面形成良好整體，有效避免SMA-5超薄磨耗層產生滑移。

4.2 溫度控制

SMA混合料的溫度敏感性較高，其施工質量極易受到溫度影響，再加上SMA-5超薄磨耗層的攤鋪厚度僅為2 cm，瀝青混合料熱量極易在施工過程中揮發，所以必須嚴格控制SMA混合料各環節的溫度。參考以往施工經驗以及在試驗路段進行鋪設，對SMA混合料的溫度控制給出建議值如表8所示。

表8 各環節溫度建議控制值匯總表(℃)

4.3 攤鋪、碾壓質量控制

在攤鋪過程中一旦發生運料供應不足的情況將導致攤鋪機無法連續施工，這樣會嚴重影響攤鋪質量，對路面平整度也將造成較大負面影響，所以必須保證運料車的運料供應不中斷。SMA-5混合料的組成粒徑較小，基本不會出現離析的情況，所以在其碾壓過程中最主要的是確保混合料在高溫下碾壓成型。這就要求配備合理的機械組合，按照“高振頻低振幅、緊跟住慢碾壓”的原則進行碾壓施工，同時做好施工過程的溫度控制，確保SMA-5混合料能夠被碾壓成型。

在SMA-5超薄磨耗層試驗路碾壓攤鋪結束后進行路用性能檢測，其性能指標對比如表9所示。

表9 SMA-5超薄磨耗層路用性能檢測表

從表8可以看出，舊路面的路用性能等級在加鋪SMA-5超薄磨耗層后得到顯著提升，其路面狀況指數PCI、行駛質量指數RQI以及車轍深度指數RDI的評定等級均從良提升到優。對路用性能具體指標對比后可看出，平整度提升29%，滲水系數降低66.6%，摩擦系數增加32.7%，這反映出路面的行車舒適性、抗滲水性、抗滑性等均得到一定程度提升。綜合分析，SMA-5超薄磨耗層對舊路面的性能衰減起到很好的恢復作用，能夠極大程度延長路面的整體使用壽命。

5 結語

從高速公路長期運營角度分析，在路面結構性能良好但存在輕微病害時，及時介入預養護措施可有效延長路面的整體使用壽命，這樣也可以避免產生較大的維修養護成本。本文通過某高速公路路面SMA-5超薄磨耗層預養護項目的開展，對SMA-5超薄磨耗層的應用進行綜合分析，結果顯示SMA-5超薄磨耗層能有效提升路面各項使用性能，可作為預養護技術進行大面積推廣。需要強調的是，在SMA-5超薄磨耗層的實際應用中，必須依據高速公路項目原材料料源、路況性能指數及施工條件等實際情況進行綜合養護方案設計以確保良好的實施效果。