李久偉

(廣西公路橋梁工程總公司，廣西 南寧 530011)

SMA路面配合比設(shè)計(jì)及施工技術(shù)探討

李久偉

(廣西公路橋梁工程總公司，廣西 南寧 530011)

許多竣工的高速公路瀝青面層在通車一段時(shí)間后早期破壞比較嚴(yán)重，面層的破壞與瀝青面層類型的選擇有很大關(guān)系，滬蓉國(guó)道的支線石忠高速公路采用半剛性基層瀝青路面，其中面層采用 SMA改性瀝青，在合適的設(shè)計(jì)配合比和良好的施工技術(shù)條件下，取得了良好的效果。文章結(jié)合該工程實(shí)例，對(duì)SMA路面混合料配合比設(shè)計(jì)、施工工藝進(jìn)行探討。

高速公路；SMA路面配合比設(shè)計(jì)；施工技術(shù)

（一）概述

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt）簡(jiǎn)稱為SMA。它是一種以瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂膠泥混合料，填充并裹覆礦料表面和粗集料骨架空隙體積中，形成瀝青混合料。它以其良好的路用性能，近年來(lái)在我國(guó)被逐漸推廣應(yīng)用到高速公路上。但是由于有的施工單位對(duì)SMA路面不正確的配合比設(shè)計(jì)和施工以及經(jīng)驗(yàn)不足等原因，造成了已施工的個(gè)別 SMA路段出現(xiàn)了種種病害。為了更好的吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更進(jìn)一步熟悉和了解 SMA的特性，本文結(jié)合滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速路面工程實(shí)例，對(duì) SMA路面混合料配合比設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量控制進(jìn)行探討。

（二）SMA特性

SMA混合料為間斷級(jí)配，其構(gòu)成特性為“三多一少”。三多為粗集料多達(dá)70%～80%；礦粉用量多達(dá)8%～12%;瀝青用量多達(dá)6%左右；一少則是細(xì)集料少；粗集料顆粒石-石接觸，形成骨架結(jié)構(gòu)，再由瀝青、礦粉、木質(zhì)纖維、瑪蹄脂填充其空隙，成為一種密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，SMA路面使用的實(shí)踐表明，與傳統(tǒng)的瀝青路面相比較具有以下特性：①更好的耐久性；②抗高溫穩(wěn)定性；③抗低溫開(kāi)裂性；④抗滑性能優(yōu)越；⑤高溫車轍變形?。虎奘褂脡勖L(zhǎng)。

（三）SMA路面混合料配合比設(shè)計(jì)

1.材料選擇

（1）瀝青：用于SMA的瀝青必須符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中道路石油瀝青技術(shù)要求或聚合物改性瀝青技術(shù)要求。為了提高 SMA的抗高溫穩(wěn)定性和抗低溫開(kāi)裂性能，可優(yōu)先選用改性瀝青。滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路SMA路面采用韓國(guó)SK-70﹟改性瀝青，它是一種化學(xué)改性瀝青，呈凝膠狀，在基質(zhì)瀝青內(nèi)部形成一個(gè)格架結(jié)構(gòu)，從而改善了瀝青的彈性性能,較基質(zhì)瀝青粘度明顯增大，軟化點(diǎn)升高，感溫性能減少，抗老化能力增強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，見(jiàn)表1。

表1 韓國(guó)SK-70﹟改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

6 溶解度（三氯乙烯） % 99.62 ≥99 T0607-1993 7 密度（15℃） g/cm2 1.027 T0603-1993 8 質(zhì)量損失 % 0.03 ≤±1.0 T0610-1993 9 RTFOR后殘留物 針入度（5℃） % 76.8 ≥65 T0604-2000

（2）粗集料：SMA之所以具有較高的高溫穩(wěn)定性，完全靠含量較多的粗集料相互靠攏嵌擠作用的好與壞，取決于粗集料的石質(zhì)，宜使用堅(jiān)韌、粗糙、有棱角、抗壓碎值和洛杉磯磨耗值比較小的碎石。這些性質(zhì)是 SMA成功與否的關(guān)鍵。最好采用捶擊式或錐式碎石機(jī)破碎的玄武巖、花崗巖、石英巖、安山巖等堅(jiān)硬的酸性巖石加工成的碎石。由于酸性碎石與瀝青粘附性差，必須采用摻加石灰、水泥和抗剝落劑等措施。滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路選用南京玄武巖石料，它質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙、棱角性好、壓碎值小、與瀝青的粘附性達(dá)到5級(jí)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表2。

表2 SMA表層玄武巖粗集料質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（3）細(xì)集料：細(xì)集料最好采用質(zhì)地堅(jiān)硬的人工機(jī)制砂。當(dāng)采用普通石屑代替時(shí)，采用與瀝青粘附性好的石灰?guī)r，且不得含有泥土雜物；與天然砂混用時(shí)，天然砂用量不宜超過(guò)機(jī)制砂或石屑的用量。滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路采用人工機(jī)制砂，它具有一定的優(yōu)良特征，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，見(jiàn)表3。

表3 SMA路面用細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)要求

（4）填料（礦粉）：用于SMA的填料（礦粉）必須使用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石磨細(xì)的礦粉。為提高集料與瀝青結(jié)合料的粘附性以及瀝青混合料的抗水損害能力，在礦粉中應(yīng)摻加占礦粉總量 30%且不超過(guò)礦料總量 2%的生石灰粉替代礦粉填料。瀝青只有吸附在填料表面形成薄模，才能對(duì)粗細(xì)集料起粘附作用，在 SMA混合料中，礦粉的用量較普通瀝青砼要多一倍左右，所以控制好礦粉的質(zhì)量非常重要。

（5）纖維穩(wěn)定劑：配置SMA必須使用纖維穩(wěn)定劑，它具有加筋、分散、吸附及吸收瀝青、穩(wěn)定、增粘等多種功能，穩(wěn)定劑可用木質(zhì)素纖維、礦物纖維、聚合物纖維等，滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路采用了木質(zhì)素纖維，木質(zhì)素纖維通常為混合質(zhì)量的0.3%左右，其技術(shù)要求及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 SMA混合料纖維穩(wěn)定劑技術(shù)要求

2.目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

（1）本階段由兩個(gè)重要問(wèn)題組成,一是確定礦料的級(jí)配，二是確定最佳瀝青用量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)規(guī)范，結(jié)合本路段的實(shí)際情況，推薦SMA間斷級(jí)配如表5。

表5 瀝青瑪蹄脂碎石混合料礦料級(jí)配范圍

以上表級(jí)配范圍為基礎(chǔ)，組合 3種試驗(yàn)級(jí)配，使混合料4.75mm篩通過(guò)率為 23.7%、27.2%、30.7%，三個(gè)級(jí)配均固定礦粉用量為10%。

（2）測(cè)定粗集料骨架部分的集料間隙率VCADRC

根據(jù)?公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范?(JTGF40-2004)中有關(guān)試驗(yàn)規(guī)程測(cè)出4.75mm以上部分的搗實(shí)狀態(tài)粗集料骨架的間隙率VCADRC。

（3）選擇初試瀝青用量

一般可根據(jù)粗集料毛體積相對(duì)密度選擇,例如毛體積相對(duì)密度為2.9左右，選用油石比為5.8%；毛體積相對(duì)密度為2.8左右,選用油石比為6.1%；毛體積相對(duì)密度為2.7左右，選用油石比為6.4%。還可根據(jù)公式計(jì)算瀝青用量。另外也可根據(jù)以往成功路段的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或參考析漏試驗(yàn)的結(jié)果選擇瀝青用量。

（4）進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)VMA和VCA確定設(shè)計(jì)級(jí)配

按確定的初試瀝青用量，用三組初試級(jí)配拌和，在確定的壓實(shí)溫度下制作試件，擊實(shí)采用正反擊50次，計(jì)算出VV、VMA、VFA、VCAMIX指標(biāo)，將三組初試級(jí)配的試驗(yàn)結(jié)果 VCAMIX與VCADRC，比較，選擇符合 VCAMIX

（5）SMA目標(biāo)配合比檢驗(yàn)

SMA混合料在由馬歇爾試驗(yàn)確定了礦料級(jí)配和瀝青用量后，還必須進(jìn)行下列試驗(yàn)確認(rèn)和驗(yàn)證：用謝倫堡析漏試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青用量、用肯塔堡飛散試驗(yàn)檢驗(yàn)瀝青用量、 用車轍試驗(yàn)進(jìn)行高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)、用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行水穩(wěn)定性檢驗(yàn)、透水性檢驗(yàn)、表面構(gòu)造深度檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足技術(shù)要求（見(jiàn)表6）。

表6 目標(biāo)配合比驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3.生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)是配合比設(shè)計(jì)的核心，它的成果將直接應(yīng)用于生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以目標(biāo)配合比為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

（1）確定熱料倉(cāng)的比例：從二次篩分的熱料倉(cāng)中取樣，取樣時(shí)開(kāi)始幾鍋應(yīng)廢棄，待拌和站生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)再取樣篩分，根據(jù)篩分結(jié)果確定各熱料倉(cāng)的比例，其遵循的原則和方法同目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)。

（2）按確定的最佳瀝青用量及熱料倉(cāng)的比例進(jìn)行試拌，取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，并完成以下幾項(xiàng)內(nèi)容：抽提并計(jì)算瀝青用量、篩分、理論最大相對(duì)密度、毛體積相對(duì)密度、4.75mm以上粗集料占礦料總量的比例、4.75mm以上粗集料占瀝青混合料的比例、空隙率VV、計(jì)算VMA、計(jì)算VFA。由于馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝不同，產(chǎn)生的效果也不同，而且瀝青拌和機(jī)也存在一定的誤差，所以為防止泛油和空隙率偏低瀝青用量應(yīng)減少 0.1個(gè)百分點(diǎn)，滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路最佳瀝青用量定為6.0%，結(jié)果如表7。

表7 生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

（4）生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

生產(chǎn)配合比通過(guò)鋪筑試驗(yàn)段的結(jié)果來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)試驗(yàn)段還可解決指導(dǎo)施工的其他問(wèn)題,主要包括以下內(nèi)容：①生產(chǎn)能力與材料供應(yīng)、運(yùn)輸車輛、攤鋪進(jìn)度、碾壓設(shè)備的匹配。②攤鋪速度的確定。③碾壓速度、壓路機(jī)型、碾壓組合。④松鋪系數(shù)的確定。⑤平整度、高程等指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)控制措施。⑥摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度、滲水情況以及壓實(shí)效果等。⑦室內(nèi)馬歇爾指標(biāo)。⑧級(jí)配檢驗(yàn)等。試驗(yàn)段施工中要嚴(yán)格控制拌和溫度、出廠溫度及碾壓設(shè)備的配置和碾壓遍數(shù)，滬蓉國(guó)道主干線支線石忠高速公路 SMA路面試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果為：瀝青用量6.0%、馬歇爾試驗(yàn)空隙率為4.3%、穩(wěn)定度為9.86KN、流值為27.8mm、殘留穩(wěn)定度為97.6%、壓實(shí)度99.2%，各項(xiàng)指標(biāo)都比較理想，而且混合料的和易性較好、無(wú)離析、無(wú)析漏，碾壓時(shí)無(wú)推移，效果比較明顯，為后續(xù)大面積施工提供了實(shí)踐依據(jù)。

（四）SMA路面施工

1.施工準(zhǔn)備

檢查調(diào)試各種施工設(shè)備,使其處于性能良好狀態(tài)。對(duì)下承層進(jìn)行清掃，清掃干凈后用高壓水槍沖洗，污染嚴(yán)重的地方根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行特殊處理。下承層表面沖洗干凈水分蒸發(fā)后噴灑粘層油，并防止再次遭到污染以利攤鋪。

2.混合料拌和

拌和前將各種集料包括礦粉充分的烘干，瀝青加熱控制在155～165℃，集料加熱溫度控制在190～220℃，拌和時(shí)間一般控制在50～60秒之間，根據(jù)出料情況拌和時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)，混合料的出廠溫度控制在145～165℃。拌和出廠的混合料應(yīng)均勻，無(wú)花白料、冒青煙、纖維團(tuán)、離析和結(jié)塊現(xiàn)象，對(duì)于過(guò)度加熱的混合料或已經(jīng)炭化、起泡或含水的混合料都應(yīng)廢棄。

3.運(yùn)輸

（1）SMA粘性較大，自卸車槽內(nèi)要清理干凈、排干積水并在車廂底部和車廂四周涂上一層隔離劑，防止混合料粘在底板上或車廂上。從拌和機(jī)向自卸車上卸料時(shí)，應(yīng)多次挪動(dòng)汽車位置，平衡裝料，以減少混合料離析。運(yùn)料時(shí)任何情況下運(yùn)料車輛都應(yīng)加蓋苫布或棉被保溫、防雨、防污染。輪胎應(yīng)洗凈進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)。

（2）運(yùn)輸途中不得隨意停歇，殘留在車上的低于規(guī)定攤鋪溫度的混合料應(yīng)予以廢棄。運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的混合料溫度不低于145℃。

4.混合料的攤鋪

（1）攤鋪溫度控制在135～165℃最高不超過(guò)165℃，攤鋪機(jī)保證在攤鋪過(guò)程中攤鋪速度和供料速度基本平衡，緩慢、均勻、連續(xù)不間斷的攤鋪，攤鋪速度控制在1～3m/min，杜絕停機(jī)待料現(xiàn)象發(fā)生，攤鋪機(jī)前2～3輛待鋪。攤鋪過(guò)程中不得隨意變換速度或中途停頓，爭(zhēng)取作到每天收工停機(jī)一次，以減少橫向施工縫。

（2）攤鋪時(shí)要保持?jǐn)備仚C(jī)兩側(cè)攪籠內(nèi)的混合料高度一致。以免發(fā)生離析或厚度不均的問(wèn)題。攤鋪機(jī)熨平板在攤鋪前必須預(yù)熱到100℃以上，并在熨平板下面拉線測(cè)校，保證熨平板的平整度，鋪筑過(guò)程中應(yīng)開(kāi)動(dòng)熨平板的振動(dòng)或捶擊等夯實(shí)裝置，攤鋪采用一臺(tái)攤鋪機(jī)半幅全寬路面攤鋪，抗滑表層嚴(yán)禁留縱向接縫。若采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)作業(yè)時(shí)，兩機(jī)前后錯(cuò)開(kāi)間距不宜大于10～20m，以保證縱向接縫質(zhì)量，不留痕跡。兩幅之間應(yīng)有3～6mm的搭接寬度，應(yīng)將先鋪瀝青混合料部分預(yù)留10～20cm暫不碾壓，作為后攤鋪瀝青混合料的基準(zhǔn)面用。碾壓前應(yīng)仔細(xì)清除平整，最后跨縫碾壓。

（3）攤鋪后的瀝青混合料不宜用人工反復(fù)修復(fù)修整，當(dāng)不得不有人工作局部找補(bǔ)或更換混合料時(shí)，需仔細(xì)進(jìn)行，特別嚴(yán)重的缺陷應(yīng)整層鏟除。

（4）不得在雨天、下承層潮濕、氣溫低于15℃的情況下鋪筑 SMA瀝青混合料。已攤鋪的瀝青層因遇雨未壓實(shí)的應(yīng)予鏟除。

5.混合料的壓實(shí)

（1）壓實(shí)分為初壓、復(fù)壓和終壓三個(gè)環(huán)節(jié)，SMA混合料的初壓溫度不低于 130℃，終壓溫度不低于 70℃，須采用鋼輪壓路機(jī)，不能用膠輪壓路機(jī)，因?yàn)?SMA混合料的粘性大，易粘輪，輪胎揉搓碾壓會(huì)使馬蹄脂上浮，造成構(gòu)造深度降低，甚至泛油。

（2）混合料攤鋪后，應(yīng)緊跟著在盡可能高的溫度下碾壓，不得在低溫狀態(tài)下反復(fù)碾壓SMA，以防止磨掉石料棱角或壓碎石料、破壞石料嵌擠。

（3）初壓采用剛性碾靜壓，長(zhǎng)度一段不大于20m，采用兩臺(tái)壓路機(jī)同時(shí)進(jìn)行。初壓遍數(shù)為一遍，復(fù)壓緊跟在初壓后進(jìn)行，采用重型振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓應(yīng)遵循“高溫壓實(shí)、緊跟慢壓、高頻低幅”的原則，碾壓遍數(shù)不少于3～4遍，終壓采用剛性靜壓，緊接在復(fù)壓后進(jìn)行以消除輪跡。防止過(guò)度碾壓，過(guò)度碾壓會(huì)出現(xiàn)彈簧現(xiàn)象，混合料無(wú)法穩(wěn)定，當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)造深度小，馬蹄脂有上浮現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止。

（4）為防止混合料粘附在輪子上，應(yīng)適當(dāng)灑水使輪子保持濕潤(rùn)，嚴(yán)格控制水量，以不粘輪為度。碾壓應(yīng)縱向進(jìn)行，并由攤鋪路幅的低邊向高邊進(jìn)行，相鄰碾壓段重疊至少50cm，初壓時(shí)始終讓從動(dòng)輪在后，避免由于溫度高輪前易留下波浪影響平整度。碾壓應(yīng)均衡地進(jìn)行，碾壓速度不得超過(guò)3.5km/h,倒退時(shí)要關(guān)閉振動(dòng)，端部方向要漸漸地改變，嚴(yán)禁急轉(zhuǎn)彎。嚴(yán)禁在新鋪的混合料上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、突然剎車或停機(jī)休息，不得在當(dāng)天鋪筑的路面上長(zhǎng)時(shí)間停留或過(guò)夜；防止礦料、油料和雜物散落在面層上，造成對(duì)面層污染。

6.接縫

（1）SMA抗滑表層嚴(yán)禁縱向接縫，橫向施工采用平接縫，平接縫切縫在混合料尚未在空氣中冷卻結(jié)硬之前進(jìn)行，切縫后用水沖洗干凈，待干燥后，途刷粘層油，方可鋪筑新混合料。

（2）為保證橫向接縫處的平整度，應(yīng)用鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行橫向碾壓，從先鋪路面上跨縫逐漸移向新鋪面層，初壓后用人工找平，用3m直尺檢測(cè)控制。直到平整度滿足要求為止，并注意上、下層橫向接縫要錯(cuò)開(kāi)1m以上。

（五）開(kāi)放交通

由于 SMA瀝青混合料的施工受溫度限制，只有終壓后表面溫度低于50℃情況下才能開(kāi)放交通，為防止污染面層，竣工驗(yàn)收前應(yīng)進(jìn)行交通管制。防護(hù)、交通綠化、標(biāo)志標(biāo)線等工程施工時(shí)，嚴(yán)禁造成對(duì)瀝青面層污染。

（六）結(jié)束語(yǔ)

SMA瀝青混合料路面抗滑表層是路面施工中的最后一道工序，其配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平直接影響路面的質(zhì)量和使用壽命。所以，施工時(shí)重點(diǎn)要在原材料選用、級(jí)配和施工工藝水平上下工夫，確保路面工程質(zhì)量。

[1]交通部公路科學(xué)研究所.JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTJ052-2000,公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2000.

[3]徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社.

[4]郭金敏,王小召,汪建立.國(guó)內(nèi)改性瀝青的研究與應(yīng)用[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2005,32(2):48-50.

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U416.2

A

1008-1151(2011)04-0095-03

2011-01-28

李久偉（1985－），男，河南商丘人，供職于廣西公路橋梁工程總公司，從事公路工程施工技術(shù)管理。