SMA-13瀝青混凝土性能評價及工程應用

方江紅

（上饒市橫峰公路事業發展中心,江西 橫峰 334300）

0 引言

SMA混合料是近年來公路工程施工領域新出現的一種由瀝青、礦粉、少量細集料及纖維穩定劑所配置而成的瀝青瑪蹄脂碎石混合料，也是間斷級配粗集料骨架間隙被填充后形成的密實型結構的新型瀝青混合料。隨著重型車輛運行數量的增多及交通渠化的形成，瀝青路面泛油、車轍、擁包等早期病害頻繁出現，如何加強SMA瀝青混凝土路面施工質量及路用性能管理，已經成為道路設計及施工人員面臨的重要問題[1]。為此，該文對SMA-13瀝青混凝土材料性能、配合比設計、路用性能檢測等展開分析探討，并對工程施工控制要點展開論述，為SMA瀝青路面施工質量控制提供參考。

1 原材料及配合比

1.1 原材料性能

SMA-13瀝青混凝土路面施工主要使用瀝青、集料、礦粉、添加劑等原材料。①瀝青。通常采用PG76-22改性瀝青，其性能要求見表1；②集料和礦粉。通常選擇工程附近石料場粒徑3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm的輝綠巖和粒徑0～3 mm的石灰巖機制砂，測得的礦粉性能見表2；③纖維添加劑則主要采用長度為2.42 mm、吸油率為纖維質量的9.83倍、含水率4.46%、pH值8.42、灰分含量14.25%的絮狀木質素纖維。

1.2 配合比設計及優化

結合工程所在地氣候條件及運行環境，并根據公路設計施工圖中SMA-13瀝青混凝土級配設計范圍，按照以下流程展開混合料級配設計[2]。①對礦料多次取樣，并實施至少20次的平行篩分試驗，計算出各檔礦料篩分結果均值、變異系數等變異性統計參數；②將礦料篩分結果均值±標準差的2倍，得出各檔礦料篩分結果的上下波動線，并以此為級配變異區間，體現原材料的變異范圍；③以礦料篩分結果均值為基礎，確定礦料合理級配和均值合成級配。試配得到的SMA-13瀝青混合料合理比例見表3；④以表3中的礦料級配為基礎，確定最佳油石比，進行路用性能的驗證，并結合相關設計思路，在試驗過程中提高SMA-13瀝青混合料的擊實功，將室內配合比試驗時馬歇爾擊實次數從50次提升至75次，車轍試驗溫度從60 ℃提升至70 ℃。SMA-13混合料礦料間隙率≥16.5%，空隙率控制在3.0%～4.5%。SMA-13材料組成試驗結果見圖1，圖中x為油石比，y為對應的參數指標，R2為相關系數。

圖1 SMA-13材料組成試驗結果

表3 SMA-13瀝青混凝土礦料級配

根據圖中SMA-13材料組成試驗結果及參數設計要求，展開不同油石比下相關路用性能驗證。木質素纖維摻加量按照混合料質量的0.35%確定，拌和過程中瀝青、礦料加熱溫度分別控制在160～165 ℃和190～200 ℃；混合料拌和溫度按（185±5）℃控制；擊實溫度在170～175 ℃之間。不同油石比下SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果見表4。由表中結果可知，最佳油石比應確定為6.2%。在均值合成級配下，SMA-13瀝青混合料路用性能良好，符合技術要求。

表4 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

2 瀝青混凝土性能

在確定出目標配合比及最佳油石比的基礎上，在施工前還必須進行SMA-13瀝青混合料路用性能的檢測與評價。

2.1 高溫穩定性及水穩性

按照《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）成型車轍板試件，并在不同的高溫條件下展開車轍試驗。試驗結果顯示，在0.7 MPa的試驗荷載下，試驗溫度分別為48 ℃、55 ℃、60 ℃、70 ℃時，動穩定度試驗值依次為11 200次/mm、6 776次/mm、6 561次/mm、6 328次/mm，均符合≥5 000次/mm的設計要求，所設計出的SMA-13瀝青混合料具有較好的高溫抗車轍性能。而當試驗溫度從48 ℃升高至70 ℃時，混合料高溫抗變形能力衰減近50%，也說明高溫是影響瀝青混合料抗車轍性能的關鍵因素，在高溫及荷載的耦合作用下，必定會加速SMA-13瀝青混合料性能的衰減進程。

按照最佳油石比展開SMA-13瀝青混合料浸水馬歇爾試驗，根據試驗結果評價混合料抗水損性能。試驗結果見表5，殘留穩定度均值為95.0%，滿足不小于85%的技術要求。此外，凍融劈裂試驗結果顯示，凍融組劈裂抗拉強度均值為0.81 MPa，未凍融組劈裂抗拉強度均值為0.84 MPa，劈裂抗拉強度比為95.0%，符合規范中不小于80%的規定。根據以上試驗結果，SMA-13瀝青混合料具有良好的抗水損性能，殘留穩定度和劈裂抗拉強度取值均超出設計要求，具有較好的抗變形性能和耐久性。

表5 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

2.2 瀝青析漏試驗

在最佳油石比下展開瀝青析漏試驗，以保證SMA-13混凝土中瀝青用量不超出上限。根據試驗結果，在185 ℃的試驗溫度下，瀝青材料的析漏損失在0.05%～0.08%之間，均值為0.07%，滿足規范要求。表明在設計級配及瀝青用量下，混合料表面抗滑性能和高溫穩定性得以保證，并能避免瀝青路面出現油斑和泛油。

3 工程應用

某省級新建公路工程為城際主干道，預測交通量較大，且工程區夏季高溫多雨。原路面為8 cm厚摻加抗車轍劑的AC-20C結構，為提升瀝青路面抗車轍性能，在一交叉路口處展開4 cm厚SMA-13+8 cm半柔性路面施工試驗，試驗過程中對原材料性能展開檢測，并對配合比展開優化設計。

3.1 混合料拌和及運輸

該公路采用設計生產能力260 t/h的SIM-3000型拌和樓，全部拌和過程均通過計算機系統控制，冷料進料速度以轉速比為主要控制指標[3]。拌和開始后通過設定單倉轉速比，達到控制各料倉材料用量的目的。為保證混合料拌和均勻，且全部礦料顆粒均被瀝青混合料裹覆，每盤混合料拌和時間應控制在60 s以上，其中干拌和時間至少為10 s。通過風送式設備分散絮狀木質素纖維，并在瀝青噴入的同時吹入拌和鍋中。為保證木質素纖維和集料充分混合并拌和均勻，干拌和及濕拌和時間應分別控制在15 s和35 s以上。

結合拌和樓的實際生產能力、運輸距離及施工進度等安排運料車，并使用20 t以上的自卸車。為避免混合料與車廂內壁黏結，必須在裝料前在車廂內壁和底部均勻涂抹一層防黏劑。運輸期間，必須上覆帆布和油布，避免溫度過快散失及表面混合料因降溫而結團。運抵攤鋪施工現場后必須將運料車空擋停放在攤鋪機前20～30 cm處，并檢查混合料實際到場溫度。

3.2 攤鋪及碾壓

該公路工程攤鋪施工采用DT1600型履帶攤鋪機，并按照14.5 m拼裝，使機械兩側均能伸縮25 cm，從而使單幅攤鋪寬度達到14.9 m。按照1.15的松鋪系數和至少4 cm的壓實厚度碾壓，攤鋪開始前將熨平板預熱至85 ℃，并將接縫原鋪層預熱，調整好各項施工參數后展開攤鋪。

碾壓是保證SMA-13瀝青混合料面層施工質量的關鍵性環節，為此必須選取合理的碾壓組合（表6），并嚴格遵守緊跟、慢壓、高頻、低幅的施工原則；壓路機緊跟在攤鋪機后方，從外側向路中心碾壓，期間應嚴控碾壓遍數、機械前進速度、施工溫度、噴水量等參數。根據施工規范，SMA-13瀝青混合料必須采用剛性碾壓方式，不得使用輪胎壓路機，碾壓過程中應密切關注壓實度的變化。

表6 碾壓機械組合及碾壓遍數

3.3 接縫處理

SMA-13瀝青路面接縫處理難度較普通瀝青路面大，SMA-13瀝青混合料冷卻后硬度非常大，故應避免冷接縫出現。為保證施工平整度，必須在其尚未完全冷卻前將接縫處切割為垂直面[4]。具體而言，沿路線縱向將3 m直尺靠置于施工段端頭，伸出后呈懸臂狀；在施工完成路面和直尺脫離處確定接縫位置，通過鋸縫機將接縫處割齊后鏟除廢料，并沖洗接縫。待攤鋪新料前還應二次沖洗接縫，并均勻涂抹黏層油，借助熨平板預熱已鋪表面層后下料攤鋪。按照5～10 m長度來回縱向碾壓，再按照2～4 m長度橫向碾壓，處理完成后恢復縱向碾壓。

4 結論

結合應用效果，SMA-13瀝青混合料所具有的路用性能明顯優于普通瀝青混合料，并對原材料性能、施工工藝、質量監控等均要求較高。該瀝青混合料初期投資也比普通混合料高，卻能產生長遠的社會效益和環境效益。該文所提出的利用提高馬歇爾擊實功的方法模擬壓實混合料承受行車荷載的作用過程，并在目標配合比設計中充分考慮原材料級配波動可能造成的影響因素，可使SMA-13瀝青混合料變異水平大大降低，提升路用性能，工程應用效果良好。