SMA瀝青混合料在高速公路養(yǎng)護中的應用

王宇

摘要 SMA混合料一般由四種材料組成，其中瀝青、礦粉、粗集料所占比重比較多，細集料所占比重比較低，其組合方法能在最大限度上讓嵌擠骨架結(jié)構(gòu)更堅固，路面的耐久性以及路面透水性能變強，尤其是在重載公路交通中更加適用。以某段路面養(yǎng)護工程實例，分析SMA-13瀝青混合材料的質(zhì)量控制要點以及配合比，總結(jié)SMA-13瀝青混合材料在高速公路養(yǎng)護中的實際成效，以期為同類高速公路養(yǎng)護工程提供借鑒。

關鍵詞 SMA;瀝青混合材料;高速公路;養(yǎng)護;配合比

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0130-03

0 引言

SMA瀝青混凝材料組成具有“三多一少”的特點，該組成能讓路面骨架結(jié)構(gòu)更堅硬，還能夠保證高速公路路面具有良好的水穩(wěn)定性、低溫穩(wěn)定性以及高溫穩(wěn)定性等，能夠提升路面的平整度、抗滑性能以及持久耐用的能力。自20世紀60年代SMA材料問世以來，不斷在國內(nèi)高速公路養(yǎng)護工程實踐中得到廣泛的認可和應用。[1]但由于該材料原材料和骨料生產(chǎn)成本較高，SMA瀝青混合材料目前多應用在路面載荷承重相對比較高、路面交通量大、對路面平整度要求較高的路段，該文基于某段路面養(yǎng)護工程的特點分析，對SMA在該養(yǎng)護工程應用混合料配合比與施工質(zhì)量控制要點進行歸納總結(jié)。

1 工程概況

某段高速公路路面的升級改造中重點是養(yǎng)護工程，該路段路面材料為普通瀝青拌料結(jié)構(gòu)，總長度19.735 km，使用年限已有15年，目前該段公路的使用壽命已經(jīng)達到了最高使用年限，路面上的瀝青老化情況比較嚴重，通過抽檢發(fā)現(xiàn)每100 m內(nèi)路面都存在不同程度的開裂、凹陷、路面分層脫落等病害。通過養(yǎng)護記錄，得知該路段常年有專職人員養(yǎng)護，但是養(yǎng)護里程有增無減，由于該路段負載量大、經(jīng)常超載運行，養(yǎng)護成效較低。主管部門決定對該路段展開大修，經(jīng)調(diào)查，該路面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)如下：1 cm 微表處、4 cm AK-16A抗滑表層、5 cm AC-201中層面、7 cm AC-251下面層、30 cm 5%的水泥穩(wěn)定碎基石層、17～20 cm 3%水泥穩(wěn)定碎石底基層。路面病害常發(fā)生在路面的7 cm AC-251下面層，[2]養(yǎng)護方案是先對原路面的各種病害結(jié)構(gòu)先銑刨再重組，在路面表面鋪設SMA-13;在路面優(yōu)良的路段，對路面的破壞層進行向下10 cm分塊切割、清掃、噴灑瀝青油后鋪設SMA瀝青混合料后壓實處理;對于破壞嚴重路段，利用破碎機對病害區(qū)域向下20 cm內(nèi)范圍進行清理并重組，再在表面鋪設SMA-13混合料。

2 混合料配合比設計分析

2.1 原材料的選擇

集料選擇某石料場的粗集料以及細集料，規(guī)格為9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm;填料選用某石粉廠等級為S105的礦粉，該礦粉主要是堿性石灰?guī)r經(jīng)過多重細磨生產(chǎn);瀝青選用SBS改性瀝青;木質(zhì)素纖維選用含水率：<5%，耐熱能力：230 ℃（短時間可達280 ℃）;抗剝落劑選用AR-Ⅱ非胺類瀝青抗剝落劑。通過對原材料質(zhì)量檢測，均滿足施工作業(yè)的要求[2]。

2.2 礦料級配的選擇

為保證礦料級配滿足施工要求，先對各檔礦料篩分，仔細分析篩分數(shù)據(jù)結(jié)果，根據(jù)經(jīng)驗初步選擇三組級配標準：A（9.5 mm）、B（2.36～4.75 mm）、C（0～2.36 mm）。

礦粉設置比例：級配A（32∶45∶6∶10∶7）、級配B（30∶43∶8∶11∶8）、級配C（28∶41∶10∶12∶9）;這三組級配4.75 mm篩孔通過率分別為23.3%、26.9%和30.5%。VCAmix≤VCADRC，且最終級配標準是VMA≥

17%。通過馬歇爾試驗的結(jié)果確定級配B無論是在礦料間隙率方面還是在孔隙率方面，都更加合適。此外，瀝青的穩(wěn)定度以及飽和度符合施工要求，因此最終決定級配B為最終選擇方案[3]。

2.3 瀝青用量

以瀝青初步預估量5.8%、級配B為基準，基于0.3%的百分比為間隔選擇5.5%、5.8%、6.1%等比例的瀝青使用量，選擇0.3%木質(zhì)纖維作為瀝青的混合材料，最終通過馬歇爾試驗數(shù)據(jù)可以得知SMA混合材料的瀝青最優(yōu)用量。當瀝青用量控制在5.8%的時候，混合料的空隙率是3.8%，但是其他數(shù)據(jù)指標能夠維持在較為合適的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，通過該路段的實踐經(jīng)驗來看，當瀝青用量是5.8%時，工程效果最好[3]。

2.4 瀝青混合料性能檢測

根據(jù)級配設計以及5.8%瀝青用量的制備試件，再次進行浸水馬歇爾、謝倫堡析漏、動容劈裂、滲水試驗、彎曲、滲水試驗、車轍等實驗，最終確定所涉及的級配標準以及瀝青用量能夠滿足該路段的施工要求。

3 質(zhì)量控制

瀝青路面質(zhì)量控制是對路面生命周期產(chǎn)生最重要的影響因素之一，原材料質(zhì)量上乘、配比設計優(yōu)良、先進的施工設備是保證質(zhì)量的基石，同時配備技術嫻熟的作業(yè)人員也是不能忽視的，施工過程質(zhì)量控制一般從碾壓、攤鋪、運輸以及拌合這四個方面對SMA-13瀝青混合材料進行有效的質(zhì)量管控。

3.1 下承層質(zhì)量控制

新建高速路一般施工周期短，軟土路基路段底層沙土壓實度不夠，在實際運行中由于運行時間久、重壓、水災、泥石流等，就會出現(xiàn)下承層塌陷、分離、開裂等病害，在維護時就應對基底層根據(jù)實際情況進行針對性壓實處理。通常以加墊碎石土并壓實處理為最佳，對路基周邊存在有泥土流失風險的邊坡進行整修待基底達到規(guī)定硬度后方可進行下一工序的施工。

3.1.1 直接加鋪路段質(zhì)量控制

在只有路表面破損的路面修復中，舊路面的標記線和修復后的路面標記線不匹配，導致路面坑洼不平，且舊路面以及加鋪層二者之間也有可能發(fā)生黏連，所以在對修復區(qū)域施工前，必須先清除干凈舊路面的標記線;針對路面的裂縫等問題，先割槽灌縫，然后再貼SBS瀝青用以防水抗裂，避免裂縫繼續(xù)延伸，與此同時也防止道路表面的水由于滲透作用侵入路面下層而損害路面;在彎道或者下坡路面，通過微刨銑的方法實施拉毛處理，[4]處理后舊路面以及加鋪層的粘結(jié)性會更強;最后打掃干凈道路表面的油污、灰塵以及各種雜物，進而再按照施工操作規(guī)定灑布粘層油。

3.1.2 銑刨重鋪段質(zhì)量控制

銑刨重鋪段根據(jù)設計要求，對銑刨的面積和銑刨的深度進行合理控制，銑刨施工應該順沿著實際的行車方向進行，如果在坑槽中有夾層，就應繼續(xù)增加銑刨深度，一直到漏出比較堅實的底層為止。在邊角無法銑刨的地方，可以使用切割機進行切割處理，然后再用鐵鍬以及風鎬進行人工清潔處理，這樣就可以更好地保證槽底部的平整程度以及槽壁可以垂直、整齊;為保證路面可以和重鋪層粘連，在鋪設SMA瀝青混合材料前，應該先使用SBS瀝青貼在槽壁上，這樣接縫處的粘結(jié)效果會更加理想;最后打掃干凈道路表面的浮料、碎石等雜物，讓路面保持干凈、干燥，之后再灑布粘層油。

3.2 原材料的質(zhì)量管控

3.2.1 集料質(zhì)量控制

目前開采碎石的審核以及批準嚴格，路基原材料供應緊張，導致在材料控制上出現(xiàn)問題，會有一些以次充好的情況發(fā)生，原材料的選擇直接影響路面工程的整體質(zhì)量。前期準備階段，應該指派專業(yè)工作人員查清楚施工場地周圍全部的潛在料源供應場所，再綜合對比各個供應方的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備制備能力、碎石性能、材質(zhì)、成本、運輸距離等多方面信息，保證施工作業(yè)一旦開始，貨源必須保質(zhì)保量穩(wěn)定供應;在高速公路養(yǎng)護施工建設中，瀝青拌料所使用的粗集料（粗集料：公稱最大粒徑26.5～31.5 mm），26.5 mm以上的粗骨料占比70%～80%，所占比重比較大，針片狀以及粗糙顆粒（公稱最大粒徑16 mm或19 mm）占比較小。SMA對這種原料要求非常苛刻，即要求集料顆粒形狀近似立方體，顆粒堅硬且耐磨，細粒式與砂粒式顆粒占比比較小，提高嵌擠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;使用干凈堅硬的細集料，而且棱角以及嵌擠性能要高，精細級配，提高瀝青的高溫耐穩(wěn)定性，嚴格管控≤0.075 mm顆粒的含量;嚴格控制進場的集料原材料，合成級配必須符合設計要求，因為合成級配的粗細程度會對比表面積產(chǎn)生影響，而且符合設計的級配還會提高骨架嵌擠結(jié)構(gòu)性能，這樣瀝青鋪設之后就不會出現(xiàn)推移或者油斑等問題;瀝青膜厚度要保持適中，偏薄的話，會導致空隙大且不容易壓實，滲水系數(shù)不符合施工規(guī)定[4]。

3.2.2 改性瀝青的質(zhì)量控制

改性瀝青膠結(jié)料所形成的薄膜厚度與最大可能的粒結(jié)表面。試驗證明（施工實際也證明）砂子顆粒間的總表面積決定瀝青薄膜的厚度。改性瀝青摻量一定的情況下，砂粒越細，瀝青膜愈薄，強度也愈高。細砂和特細砂總表面積大，需道路瀝青膠結(jié)料多一些，中砂和粗砂總表面積小，需瀝青膠結(jié)料少一些，才能更有效地保證改性瀝青的質(zhì)量。SBS的含量會對改性瀝青的使用性能造成影響，各項指標也會因SBS含量的變化而產(chǎn)生的一定的變化，控制好SBS的臨界值，一般保持在5%左右，通常情況下SBS的含量保持在≤5%的范圍之內(nèi)即可，隨著SBS含量加大，針入度就會降低并提高軟化點、相應提高粘度值;但是如果SBS含量高于5%，相應指標反而會下降。嚴格控制改性瀝青混合材料中SBS的含量，按照文件要求改性，專人使用SBS快速檢測儀對所配備的SBS含量進行檢測，而且必須保證每車必檢。

3.2.3 抗剝落劑質(zhì)量控制

對抗剝落劑的添加量以及料源的穩(wěn)定性控制，保證集料以及瀝青相互之間的粘附性。在施工作業(yè)的時候必須對進場的改性瀝青檢測，檢測合格以后再添加抗剝落劑，在罐內(nèi)均勻攪拌，抗剝落劑的添加量要根據(jù)設計標準決定，不能過多也不能過少，指派專人負責操作整個添加過程。

3.3 施工過程的溫度控制

SMA的混合材料生產(chǎn)過程中集料所達到的融化溫度比普通瀝青的溫度要高。改性瀝青的加熱溫度還要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行合理管控，溫度偏低或者偏高會導致瀝青混合材料混合不均勻、離析、開裂或者發(fā)生老化等問題。[4]通常情況下SMA-13加熱溫度會比普通混合料高10～20 ℃，但是在具體的實踐操作中還要根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場的氣候條件。壓實厚度、材料的干濕狀態(tài)綜合因素確定;一般情況下改性瀝青的粘度比較大、軟化點也比較高，改性的SMA-13比較適合高溫作業(yè)，不適合低溫作業(yè)。SMA-13在施工作業(yè)的溫度控制要依據(jù)瀝青標號和粘度、改性的種類以及摻量、鋪設厚度、現(xiàn)場氣候條件等因素確定。SMA-13混合材料施工溫度控制范圍如表1。

實踐中發(fā)現(xiàn)在施工作業(yè)的時候施工溫度可以根據(jù)當?shù)氐膶嶋H氣候等條件以及材料狀況進行適當調(diào)整，不嚴格拘泥于表1。如果改性劑使用含量偏大、瀝青的粘度也比較大，按表1的上值選擇，否則選擇下值;如果施工現(xiàn)場的氣溫比較低，那么可以適當按照表1的上值選擇，否則選擇下值[5]。

3.4 瀝青含量控制

在每次施工鋪設前對瀝青含量進行抽查，攤鋪機兩側(cè)各選取一組混合材料，進行燃燒爐法以及馬歇爾試驗測瀝青含量，掌握好當天的空隙率、流值、穩(wěn)定度、瀝青含量等重要數(shù)據(jù)指標，分析是否需要調(diào)整;每次施工當天結(jié)束之后都要及時打印出瀝青的使用量、瀝青混合材料的重量以及各個倉集料的每日使用量，最后再準確繪制瀝青含量上下波動圖，與施工中抽檢數(shù)據(jù)進行對比;定期計算或者每施工日計算都要精準計算瀝青混合集料的出料重量以及瀝青消耗量，并且通過已知數(shù)據(jù)認真驗算瀝青的使用量是否科學合理。[6]通過以上三種方法科學精準計算瀝青含量以及使用量的比對，保證含量適宜，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)比較大的偏差，就應該及時查找問題根源并迅速解決。

4 結(jié)語

高速公路交通流量大，承載能力高，對路基路面質(zhì)量要求高，在保證通行安全的前提下，還應兼顧路面平整度控制、使用壽命、后期維護成本等，應用更先進的集料，集料的最優(yōu)配比能在最大限度上保證高速公路的質(zhì)量。該次基于某高速路段維護過程中應用SMA-13瀝青攤鋪料的配合比控制，在實踐過程中，總結(jié)了SMA混合材料在高速公路維護施工中質(zhì)量控制要點，為SMA瀝青高速路面維護整修提供參考。

參考文獻

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