成樂高速公路擴容項目SMA-13上面層施工質量控制研究

司 特，羅永巍，鐘盛燃，湯 雄，雷 俊

(四川省交通建設集團股份有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

隨著我國汽車產業和城市交通領域的蓬勃發展,大型車輛和重載車輛的數量呈逐年遞增的趨勢,瀝青路面的早期病害問題(如車轍、泛油、推擁等)隨之變得愈發嚴重。因此，瀝青路面的施工以及質量控制措施的改進一直是研究人員關注的熱點。而在道路品質控制中，上面層是影響道路品質最直觀也是最主要的原因。由于SMA混合料具有獨特的抗荷載和抗變形能力，因此被廣泛用于修復路面車轍、推擁等病害[1]。SMA混合料具有間斷級配，通過熱拌熱鋪的方式，形成一種骨架密實型的瀝青混合料[2]。SMA的結構主要由互相嵌擠的，并占有絕對優勢的粗集料為骨架，再通過瀝青瑪蹄脂對所構成骨架的空隙進行充填穩定。基于SMA混合料所具備的優異的高溫穩定性、低溫斷裂性、耐久、水穩定性以及抗滑等性能，SMA應用在高等級路面的上面層施工中具有天然的優勢[3]。因此，本文依托成(成都)樂(樂山)高速公路改建擴容項目中E2標段的SMA-13上面層施工，根據SMA-13上面層施工特點，對原材料的選用、配合比的優化設計、施工溫度的控制、瀝青混合料的拌和、運輸、攤鋪以及碾壓等施工質量控制要點進行詳細探討，最終使成樂高速公路工程的道路品質、使用壽命、行車的舒適性以及安全性方面得到明顯的改善。

1 工程概況

成樂高速公路是連接成都市、眉山市及樂山市之間最為便利的快捷通道，同時也是連接成都雙流機場與三市的關鍵快速通道。G0512線成都至樂山高速公路擴容建設項目E2標段的路面結構類型是：拼寬段為15 cm級配碎石墊層+25 cm底基層+25 cm基層+8 cm普通瀝青ATB25+7 cm改性瀝青ATB25+8 cm改性瀝青AC20+4 cmSMA13；舊路面為舊路+5 cmAC20+4 cmSMA13。在實際施工過程中，由于建設時期的舊路標高與現有實際標高存在差異，因此均以拼寬段標高(新設計標高)為主，通過橫向坡度反推控制舊路加鋪標高。本文以成樂高速公路擴容項目的SMA-13上面層為研究對象，進行質量控制研究。

2 原材料的質量控制

2.1 聚合物SBS改性瀝青

用于SMA-13上面層鋪設所需的瀝青結合料需要具有較高的黏度，以及與集料之間較好的粘附性，因此，本項目選用成品聚合物SBS改性瀝青，其路用性能等級滿足PG76-22。本項目聚合物SBS改性瀝青試驗結果如下：針入度(25 ℃，100 g，5 s)為55(0.1 mm)，軟化點為82.5 ℃，延度(5 ℃，5 cm/min)為33 cm，25 ℃相對密度為1.026，135 ℃布氏旋轉黏度為2.00，閃點為264 ℃，溶解度為99.69%，25 ℃彈性恢復為97%，與粗集料粘附性等級為5級，旋轉薄膜加熱試驗后質量變化為-0.085%，殘留延度(5 ℃)為16 cm，殘留針入度比(25 ℃)為76。結果表明，改性瀝青各項試驗項目指標對相關施工技術各項要求能夠充分滿足。

2.2 集料

粗集料作為SMA混合料的最主要成分，可以起到嵌擠、形成骨架的作用。本項目選用清潔、干燥、無風化、無雜質的玄武巖軋制碎石作為粗集料，并通過大功率的反沖擊式多聯碎石機進行加工處理(包括不少于兩級的反擊或沖擊破碎)。選用新鮮、堅硬、潔凈的硬質灰巖作為細集料，由專用機械設備生產加工的機制砂，除塵方式為布袋式除塵。選用石灰巖磨細后獲得的干燥潔凈的礦粉用作填料，且在生產過程中礦粉可從填料倉中自由排出[4]。從拌和機、碎石機等除塵工藝裝置中回收的粉塵應予以廢棄，嚴禁摻入填料中。礦粉須在室內儲存，潮濕結塊的礦粉禁止使用。此外，礦粉<0.075 mm的通過率應>90%。

2.3 抗剝落劑

為提高瀝青與集料間的粘結能力，以及提高瀝青混合料的抗水損害能力，要求添加使用性能優良、耐熱、耐水，且施工時便于應用的抗剝落劑，添加后瀝青與集料顆粒之間的粘附等級不低于5級[5]。瀝青中加入抗剝落劑后，應先在薄膜烘箱中加熱96 h進行老化，再開始粘附性試驗，此外，經過初期老化后的瀝青混合料還須進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

2.4 纖維穩定劑

相較于傳統瀝青混凝土，SMA具有較高的瀝青用量和粗集料含量。路面的耐久性主要是由于SMA具有較高的瀝青膠結料含量，而纖維穩定劑是SMA混合料另一個關鍵組分，其作用主要是確保SMA混合料在運輸及攤鋪過程中能保持高含量的瀝青膠結料而不產生析漏[6]。在本工程中，選擇摻入品質較好的絮狀木質素纖維，要求其具有較強的瀝青吸附能力以及施工分散性，且單獨摻入的木質素纖維用量應≥0.3%。試驗結果詳見表1。

表1 木質素纖維關鍵指標表

3 配合比設計

3.1 級配設計

針對成樂高速公路所處區域的地質條件、氣候環境條件以及服務的對象，通過對路面所用材料進行科學的試驗和分析，此工程SMA-13瀝青混凝土的配合比情況為：10～15∶5～10∶3～5∶0～3∶礦粉=38∶36∶4∶12∶10，其中關鍵篩孔4.75 mm通過率26.8%左右，9.5 mm通過率59.6%左右，抗剝落劑為0.3%。

3.2 最佳油石比

根據目標配合比礦料設計結果，以目標配合比設計選定的最佳油石比5.8%為中值，取OAC±0.3%，即5.5%、5.8%、6.1%共三個油石比，分別制備馬歇爾試件。試件成型后，靜置過夜，采用表干法測定試件的毛體積相對密度，并據此計算馬歇爾試件的空隙率、瀝青飽和度等物理指標。試驗結果詳見表2。依據《公路瀝青路面施工技術規范》(JI6F40-2004)以及期望的設計空隙率3%～4%，確定油石比為5.8%作為最佳油石比。

表2 設計級配馬歇爾試驗結果匯總表

4 施工溫度控制

SMA改性瀝青混凝土的施工溫度控制在上面層施工過程中非常關鍵，在拌和、攤鋪、碾壓等施工環節中，溫度很大程度上影響了瀝青混合料的性能，而瀝青混合料的性能又對路面品質產生了直接的影響[7]。對于改性瀝青混合料，其成型溫度相對普通改性瀝青的控制普遍要高，但是過高的溫度會致使瀝青老化，因而實際溫度控制應綜合考慮當地的氣候環境、施工溫度、材料性質以及壓實厚度等因素。SMA-13瀝青混合料在本項目不同施工環節中的溫度控制范圍見表3。

表3 SMA-13瀝青混合料的施工溫度表

5 SMA-13瀝青混凝土上面層施工技術

5.1 瀝青混合料的拌和

本工程使用MAC320(4000型)間歇式拌和設備完成瀝青混合料的拌和工作，其控制室采用全自動化控制系統，能隨時對SMA-13瀝青混合料的配合比、拌和溫度等相關參數進行顯示和保存，采用變頻電機對供料速率進行控制，并能夠隨著生產需要對物料輸送流量進行適當調節。此外，料倉配有料位計，用于對料倉內的儲料狀況進行實時測量,并配置控制器對測量參數進行分析與數據處理，利用補償系統進行計量的精確管理。在拌料環節之前，應對拌和設備的各項性能進行檢查，確保其處于正常的工作狀態。對于不同類型的集料應分倉堆放，并做好必要的防雨措施。SMA-13的放料順序為先加集料、礦粉進行干拌，而后添加瀝青、纖維進行濕拌，其中干拌時間為13 s，濕拌時間為28 s，整個周期大約為65 s左右，瀝青混合料應拌和均勻一致、顏色正常、無結團塊或嚴重的離析等現象，不符合技術要求的瀝青混凝土禁止出場。

5.2 瀝青混合料的運輸與攤鋪

本工程選用18輛車況良好、大噸位自卸車進行SMA-13混合料的運送。運輸車輛均以保溫棉被覆蓋，并配置有保溫隔層，以免較多的熱量散失。運輸車的內部需噴灑適量油水混合物薄層，以防較多瀝青混合料粘附在車內。在面層施工的過程中要保證攤鋪機能連續攤鋪，因此，攤鋪機前方至少需要3輛料車等待卸料。本工程采用中大攤鋪機 Power DT2360進行SMA-13瀝青混合料的全幅攤鋪作業，其攤鋪寬度可達19 m，整機質量為41.5 t。區別于傳統的攤鋪機形式，中大攤鋪機兩側有液壓伸縮裝置，有利于施工過程中及時調整攤鋪寬度；接料斗設計更加寬大，且設有液壓伸縮油缸，可極大地減少混合料的灑落現象；采用大生產率螺旋，且具備二次攪拌功能，使攤鋪路面離析情況大大減少[8]。

5.3 瀝青混合料的碾壓

瀝青混合料攤鋪后需要壓路機及時碾壓。在此工程設計中，共使用6臺悍馬雙鋼輪壓路機和2臺寶馬格雙鋼輪壓路機，進行“3-3-1”的初壓、復壓、終壓的組合碾壓方式。其中初壓在攤鋪之后立即進行(高溫碾壓)，碾壓速度為2～3 km/h，用雙鋼輪壓路機靜壓1遍；復壓碾壓速度為2.5～4.5 km/h，用雙鋼輪壓路機高頻低幅振壓3遍；終壓碾壓速度為2.5～4 km/h，采用1臺鋼輪壓路機靜壓1～2遍，局部輪跡明顯處采用高頻低幅振壓，直至消除輪跡。本工程采用激光平整度儀進行平整度檢測，檢測數據如表4所示。此外，路檢結果顯示路面壓實度為100.2%，構造深度為1.2 mm，滲水系數為30 ml/min，均符合設計標準要求。

表4 SMA-13瀝青混合料的平整度表

6 施工中的常見問題以及處理辦法

6.1 路面滲水

瀝青路面滲水主要是由于在路面內部構造中有連通的孔隙出現，形成若干“連通器”，外界水流可以從某個入口進入，從另外幾個出口流出，從而使路面出現水損害。通常，根據孔隙的走向，可以將路面的滲水情況分為三種，即上下連通式、水平方向以及復合式的滲水[9]。由本項目中出現路面滲水的部位發現，從四周涌流的水只存在一小部分，大多數還是以上下連通式的滲水方式涌流進下一個結構層。這種現象的出現可能與攤鋪過程中Power DT2360中大攤鋪機的攤鋪寬度太寬導致的溫度離析有關，為解決此問題，可以減少攤鋪機布料器寬度、在攤鋪機的反向螺旋處加個罩子以減少溫度散失，并在路面撒布乳化瀝青。此外，為了進一步解決SMA路面滲水、剝落等問題，除了對瀝青混合料的級配進行嚴格把控之外，還須嚴格控制結構層的壓實度和空隙率，在本工程中空隙率控制范圍為4%～6%。

6.2 油斑

SMA路面通車后出現油斑也是常見的病害，這主要是由于纖維沒有充分分散，導致瀝青分布不均勻，經過一段時間的行車碾壓，瀝青集中在一起的油斑病害就會出現[10]。本項目為了解決油斑問題，選擇配置有標準計量裝置的間歇式拌和機，同時保證儲藏期間纖維保持干燥，不受潮成團；對瀝青混合料的實際用量進行核實驗證，必要時會適當降低油石比；對纖維數量進行核實驗證，檢查是否存在漏加或少加的現象，并及時調整。對于攤鋪中已經存在的油斑，及時鏟除并用熱料進行填補，而對于碾壓中已經存在的油斑，則及時進行機制砂補撒。

7 結語

本文依托成樂高速公路擴容工程項目，著重研究了改性瀝青SMA-13上面層施工關鍵技術以及常見病害。從施工原材料、配合比、混合料攤鋪及碾壓等方面控制施工質量，有效保證了SMA-13瀝青混合料的優點得到充分發揮，最終達到保證公路行車安全，延長公路運行壽命的目的。