SMA-8高黏瀝青混合料在新建高速公路上的應(yīng)用

劉曉聰

（山西路橋第一工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

SMA路面始建于德國，后在歐洲瑞典、丹麥和英國等國家得到廣泛應(yīng)用，美國AASHTO、TRB等聯(lián)合組成的考察團(tuán)對(duì)歐洲考察后，決定學(xué)習(xí)并推廣應(yīng)用SMA技術(shù)，并對(duì)德國的做法做了改進(jìn)[1-3]。我國根據(jù)國情、材料狀況、機(jī)械情況以及氣候、交通等條件，在北方地區(qū)先行推廣使用，用于路面結(jié)構(gòu)表面層為SMA-16和SMA-13[4]。1997年虎門大橋在國內(nèi)第一次采用SMA作為鋼橋面鋪裝，正式拉開我國SMA鋼橋面鋪裝的序幕，鋼橋面鋪裝表面層多采用SMA-13和SMA-10[5-6]。國內(nèi)部分學(xué)者對(duì)SMA研究也向著細(xì)粒式的方式發(fā)展，但實(shí)際工程SMA-5和SMA-8應(yīng)用均較少[7]。研究表明面層結(jié)構(gòu)層厚度與混合料公稱最大粒徑比值為2.5時(shí)，瀝青路面具有優(yōu)良的性能[8]，SMA-5最大公稱粒徑為9.5 mm，且4.75 mm通過率達(dá)到98%以上，如按照最大公稱粒徑考慮，理想厚度約為11.9 mm，相比高速公路路面結(jié)構(gòu)中4.5 cm左右的上面層薄了許多，而SMA-8比SMA-5厚度大，且SMA-8比SMA-5的級(jí)配粗，更能保證新建高速路面表面層的抗滑性能。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)粵西某新建高速公路SMA-8應(yīng)用情況進(jìn)行研究。通過對(duì)SMA-8配合比的設(shè)計(jì)及路用性能的研究，為工程應(yīng)用提供參考。應(yīng)用路段橋隧比高達(dá)85%，原路基段面層路面結(jié)構(gòu)變更如圖1所示，通過設(shè)計(jì)變更可減輕橋面荷載及減小對(duì)隧道凈空的影響，達(dá)到提升路面性能、節(jié)約優(yōu)質(zhì)集料以及實(shí)現(xiàn)橋梁輕量化的目的。

圖1 面層結(jié)構(gòu)圖

1 原材料

1.1 高黏改性瀝青

本文采用廣州新粵供應(yīng)商的高黏改性瀝青作為膠結(jié)料，基質(zhì)瀝青為進(jìn)口殼牌A級(jí)70號(hào)重交瀝青，基質(zhì)瀝青及高黏改性瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 高黏改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 集料

1.2.1 粗集料

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

SMA-8為間斷級(jí)配骨架密實(shí)型瀝青混合料，粗集料采用廣西貴港李因頭市場(chǎng)的5～10 mm規(guī)格的碎石，巖性為輝綠巖，潔凈、干燥、表面粗糙，硬度和強(qiáng)度高、耐磨性好。因標(biāo)準(zhǔn)篩4.75～9.5 mm跨度區(qū)間較大，為使粗集料能更好地形成骨架結(jié)構(gòu)，引入了8 mm非標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)5～10 mm檔集料的級(jí)配進(jìn)行限制，同時(shí)為了保證SMA-8的密水性，合成級(jí)配中需有少量的3～5 mm的集料，要求5～10 mm檔集料4.75 mm通過率為4%～10%.

1.2.2 細(xì)集料

采用廣東郁南封開龍?chǎng)问瘓?chǎng)的機(jī)制砂，巖性為變質(zhì)砂巖，機(jī)制砂潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，與瀝青有良好的黏結(jié)能力。

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

1.3 礦粉和木質(zhì)素纖維

瀝青混合料的填料宜采用石灰?guī)r等憎水性石料經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，礦粉要求干燥、潔凈，其技術(shù)指標(biāo)如表4所示。纖維采用絮狀木質(zhì)素纖維，摻量為瀝青混合料總質(zhì)量的0.3%，相對(duì)密度為1.123。

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)

2 SMA-8配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配選定

表5 SMA-8的A、B、C三組合成礦料級(jí)配

在進(jìn)行SMA-8瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮瀝青混合料的抗高溫性能、抗水損害的能力，并結(jié)合廣東省內(nèi)已有的經(jīng)驗(yàn)，采用最優(yōu)方案。工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍參照《高性能經(jīng)濟(jì)型薄層處治技術(shù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南（SMA-8）》的礦料級(jí)配范圍。根據(jù)規(guī)范在級(jí)配范圍內(nèi)適配3組不同的礦料級(jí)配A、B、C作為初選級(jí)配。級(jí)配A的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=69.5%∶20.5%∶10%；級(jí)配B的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=72%∶18%∶10%；級(jí)配C的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=74.5%∶15.5%∶10%。

圖2 SMA-8級(jí)配曲線

選擇6.3%作為初試油石比，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。3組級(jí)配成型溫度為170℃～180℃，木質(zhì)素纖維的摻量為瀝青混合料的0.3%；對(duì)3組級(jí)配的（以2.36 mm為界）粗集料骨架的松裝間隙率測(cè)定，結(jié)果見表6和表7。根據(jù)混合料空隙率、礦料間隙率與瀝青飽和度試驗(yàn)結(jié)果，選擇C級(jí)配曲線進(jìn)行試驗(yàn)。

表6 不同設(shè)計(jì)級(jí)配及計(jì)算油石比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表7 3組合成礦料級(jí)配的VCAmix～VCADRC

2.2 最佳油石比

根據(jù)選定C級(jí)配，以6.4%、6.4%±0.3%進(jìn)行馬歇爾擊實(shí)試驗(yàn)，成型溫度為170℃～180℃。試驗(yàn)結(jié)果詳見表8。根據(jù)瀝青混合料空隙率試驗(yàn)結(jié)果分析，則選取瀝青油石比6.4%進(jìn)行謝倫堡析漏損失、肯塔堡飛散損失試驗(yàn)。選取瀝青油石比6.4%所測(cè)馬歇爾指標(biāo)、析漏損失、飛散損失試驗(yàn)指標(biāo)均滿足《高性能經(jīng)濟(jì)型薄層處治技術(shù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南（SMA-8）》瀝青混合料技術(shù)要求。

表8 SMA-8混合料試驗(yàn)結(jié)果

3 SMA-8路用性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

考慮到廣東省夏季炎熱，且該路段屬于特重交通等級(jí)，以級(jí)配C，6.4%為最佳油石比對(duì)SMA-8瀝青混合料進(jìn)行60℃、70℃和80℃的車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表9。通過對(duì)比3個(gè)不同試驗(yàn)溫度的動(dòng)穩(wěn)定度可知，SMA-8瀝青混合料在60℃、70℃和80℃下的動(dòng)穩(wěn)定度均大于3 000次/mm；雖減小了集料最大公稱粒徑，粗集料之間仍可形成良好的嵌擠作用，高溫抗車轍能力強(qiáng)；試驗(yàn)溫度升高至70℃和80℃，動(dòng)穩(wěn)定度有所衰減，尤其試驗(yàn)溫度從70℃升溫至80℃，SMA-8瀝青混合料高溫抗變形能力隨著溫度升高而逐漸降低，且降幅較大。

表9 不同溫度車轍試驗(yàn)結(jié)果

3.2 水穩(wěn)定性

粵西地區(qū)年平均降雨量約可達(dá)1 800 mm，水穩(wěn)定性直接關(guān)系路面質(zhì)量好壞。采用殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)SMA-8馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)，由表10和表11可知，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)穩(wěn)定度平均值為11.10 kN，浸水試驗(yàn)馬歇爾穩(wěn)定度平均值為10.94 kN，損失較小，殘留穩(wěn)定度達(dá)到98.6%；未凍融循環(huán)的劈裂強(qiáng)度為1.19 MPa，凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度1.08 MPa，降低了9.2%，凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比為90.8%，通過雙重檢驗(yàn)說明SMA-8高黏瀝青混合料具有良好的抗水害能力，水穩(wěn)定性能符合要求。

表10 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表11 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

3.3 滲水系數(shù)和抗滑性能

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中T0730—2011和T0731—2000對(duì)車轍試件分別進(jìn)行滲水試驗(yàn)和表面構(gòu)造深度試驗(yàn)，檢驗(yàn)滲水情況和抗滑性能，由表12和表13可知，3塊車轍試件基本不滲水，且抗滑性能滿足要求。

表12 滲水試驗(yàn)結(jié)果 mL/min

表13 SMA-8車轍試件構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果 mm

4 結(jié)語

選定SMA-8最佳油石比為6.4%，所測(cè)馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)均滿足《高性能經(jīng)濟(jì)型薄層處治技術(shù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南（SMA-8）》的瀝青混合料馬歇爾配合比設(shè)計(jì)的技術(shù)要求；馬歇爾空隙率為4.1%，空隙率較小，耐老化和耐久性能較好；SMA-8瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、密水性和抗滑性能較好，2.5 cm的上面層厚度可有效減輕面層自重、降低鋪筑成本，在橋隧鋪筑工程具有較好的應(yīng)用前景。