SMA路面設(shè)計(jì)與施工工藝控制

1、SM泌面設(shè)計(jì)與施工工藝控制王德元周宏云余堅(jiān)李建平湖北省襄十高速公路建設(shè)指揮部摘要：SM泌面是一種新型瀝青路面結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)大縱坡、小彎半徑多，橋涵結(jié)構(gòu)物密集、冬天雨雪多且氣溫低氣候惡劣等的山嶺重丘區(qū)，通過(guò)對(duì)SMA昆合料配合比精心設(shè)計(jì)、施工工藝過(guò)程有效監(jiān)控，充分發(fā)揮SM泌面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，提高路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性，進(jìn)而提高路面的耐久性、抗滑性等路面功能。有效地解決湖北省西北部山區(qū)高速公路建設(shè)中普通瀝青混凝土無(wú)法解決的難題。關(guān)鍵詞：山嶺重丘區(qū)；長(zhǎng)大縱坡；小彎半徑；SMA路面設(shè)計(jì)；施工工藝控制1工程概況湖北省襄十(襄樊市十堰市)高速公路是西部開發(fā)大通道武漢至銀川高速公路的重要組成部分，它連

2、接鄂西北重鎮(zhèn)襄樊、十堰兩市，是我省第一條山嶺重丘區(qū)高速公路。襄十高速公路總建設(shè)里程155.9km，襄樊市都營(yíng)至谷城縣段和襄荊漢十連接線約70km，采用平原微丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建；谷城縣段至武當(dāng)山段約59km，采用山嶺重丘區(qū)高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計(jì)行車速度80kmh，路基寬度24.5m，雙向4車道，全封閉全立交，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為瀝青混凝土路面。其中K374+623K382+009段地形復(fù)雜，主要表現(xiàn)在長(zhǎng)大縱坡、小彎半徑多、橋涵結(jié)構(gòu)物密集等，在高溫條件下，車輛軸載大，在上坡路段車速緩慢，瀝青混合料的抗剪切能力急劇下降而容易形成車轍；下坡路段要考慮抗滑功能要求；同時(shí)考慮到該路段冬天雨雪多且氣溫很低，經(jīng)襄

3、十高速公路建設(shè)指揮部與設(shè)計(jì)單位共同研究決定該路段表面層采用SMA-13路面。2SMA路面的功能特性：瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗級(jí)料骨架間隙組成一體的瀝青混合料。2.1高溫穩(wěn)定性在SMA勺組成中，礦料是間斷級(jí)配，粗集料占到70姆上，粗集料之間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力,即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對(duì)這種抵抗能力的影響也不會(huì)減小，有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力。2.2低溫抗裂性SM觸用較多的礦粉(10%左右),瀝青用量多6.2%左右,同時(shí)使用纖維穩(wěn)定劑,由此組成瀝青馬蹄脂包裹在粗集料表面，

4、充分填充集料間隙，在溫度下降、混合料收縮變形時(shí)，馬蹄脂有較好的粘結(jié)作用，它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫變形性能。2.3水穩(wěn)定性SMA昆合料的內(nèi)部空隙率很小(4%左右),混合料在壓實(shí)狀態(tài)下很少或幾乎不滲水，再加上馬蹄脂和集料的粘結(jié)好,SMA混合料的水穩(wěn)定性較普通AGAM和AK結(jié)構(gòu)有較多的改善。2.4良好的耐久性SMA勺混合料內(nèi)部被瀝青馬蹄脂充分填充，空隙率小，瀝青與空氣接觸少，因而瀝青混合料的耐老化性能好，其較密級(jí)配瀝青混凝土有良好的耐久性。2.5路面的表面功能由于采用堅(jiān)硬的、耐磨的優(yōu)質(zhì)石料(玄武巖),礦料級(jí)配采用間斷級(jí)配，粗集料含量高，碾壓后表面形成大的空隙，因而構(gòu)造深度大，使雨天高速行車

5、下不易產(chǎn)生水漂，抗滑性能提高，同時(shí)雨天的交通不會(huì)產(chǎn)生大的水霧和濺水；SMA路面的密水性好，對(duì)下面的瀝青層和基層有較強(qiáng)的保護(hù)作用，使路面能保持較高的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。3SMA-13混合料的配合比設(shè)計(jì)3.1原材料選擇瀝青：采用湖北省鄂州科氏公司生產(chǎn)PG76-22的SBS改性瀝青，其質(zhì)量技術(shù)性質(zhì)表1。30-國(guó)外建材科技2004年第25卷第1期表1瀝青質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果針入度(25C,100g,5s)(0.1mm)407570.9針入度指數(shù)PI>-0.20.293延度(5C,5cmmin)cm>3050.6軟化點(diǎn)TR&IT>7076.5閃點(diǎn)C>2303

6、30溶解度*9999.8旋轉(zhuǎn)粘度(135C)(Pa-s)<31.86旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(163C,85min)質(zhì)量損失軟0.10.06針入度比源6568.3延度(5C)cm>2031.1(1) 粗集料：采用湖北省京山縣三陽(yáng)石料場(chǎng)生產(chǎn)的玄武巖碎石，分三檔為1#料(169.5mm)、2#印(9.54.75mm)、3#料(4.752.36mm),其質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)見表2。表2粗集料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果壓碎值農(nóng)2515.7洛衫嘰磨耗盼2813.5粘附性等級(jí)>4級(jí)5級(jí)堅(jiān)固性農(nóng)1210.7視密度(g-cm-3)>2.61#:2.9552#:2.9313#:2.918細(xì)長(zhǎng)扁

7、平顆粒含量軟157.5含泥量農(nóng)10.4軟石顆粒含量盼10.6細(xì)集料：采用湖北省京山縣三陽(yáng)石料場(chǎng)生產(chǎn)的玄武巖石屑和機(jī)制砂4#料(<2.36mm),其質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)見表3。表3細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果視密度(g-cm-3)>2.52.948堅(jiān)固性農(nóng)127砂當(dāng)量*6065填料:采用老河口市寶石水泥廠生產(chǎn)的石灰石礦粉，其質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)見表4。表4礦粉質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果視密度(g-cm-3)>2.52.697含水量%<10.2粒度范圍<0.6mm100100<0.15mm9010094.2<0.075mm7510087.9夕卜觀咖

8、團(tuán)粒結(jié)塊無(wú)團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)<10.6纖維穩(wěn)定劑：采用德國(guó)CFF公司生產(chǎn)的TOPCE噤狀木質(zhì)素纖維。其主要質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)見表5。表5TOPCEL絮狀木質(zhì)素纖維質(zhì)量郊術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果灰分含量18咚5%,無(wú)揮發(fā)物17.5pH值7.5土1.08吸油率都小于纖維質(zhì)量的5倍4.6含水率%<54.63.2SMA混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)參照公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南SHCF40-01-2002的設(shè)計(jì)原則和步驟，采用馬歇爾體積設(shè)計(jì)方法以空隙率指標(biāo)(4.0%)來(lái)進(jìn)行最佳瀝青用量的確定。調(diào)整各礦料比例設(shè)計(jì)3種粗細(xì)不同的級(jí)配，三種級(jí)配的4.75mm通過(guò)率分別為中值、中值土4%,其礦粉數(shù)量相同，

9、使0.075mm通過(guò)率為10%左右(見表6和圖1)。表6集料篩分與合成級(jí)配SMA-13集料篩分與合成級(jí)配篩孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例曙配比例%摻配比例%1#料10083.424.60.60.60.60.60.60.60.64742482#料10010098.79.80.60.60.60.60.60.62930323#料1001001009841.423.612.16.13.51.561004#料10010010010097.879.857.433.120.510.48810礦粉10010010010010010010098.693.3

10、88.2101010級(jí)配上限1001007534262420161512級(jí)配下限1009050201514121098級(jí)配中值1009562.52720.51916131210合成級(jí)配110092.264.227.020.818.315.813.211.610.2100合成級(jí)配210093.067.931.022.419.216.213.611.810.2100合成級(jí)配310092.063.423.420.318.516.213.711.910.310031-國(guó)外建材科技2004年第25卷第1期圖1SMA-13合成級(jí)配曲線圖根據(jù)規(guī)范規(guī)程要求采用搗實(shí)法測(cè)定大于4.75mm粗集料的松方密度并計(jì)算搗

11、實(shí)狀態(tài)粗集料骨架的間隙率見表7。表7搗實(shí)法試驗(yàn)結(jié)果蕉配類型粗集料的毛體積密度(g-cm-3)粗集料的搗實(shí)松方密度(g-cm-3)骨架間隙率(VCADRC)%合成級(jí)配12.9101.71141.2合成級(jí)配22.9191.69641.8合成級(jí)配32.9161.65943.1應(yīng)用馬歇爾試驗(yàn)檢測(cè)方法對(duì)3種合成級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8。表8馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求合成級(jí)配1合成級(jí)配2合成級(jí)配3初試油石比%6.06.06.0纖維摻量。3.03.03.0馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)次雙面擊實(shí)50雙面擊實(shí)50次毛體積密度(g-cm-3)2.5282.5332.508最大理論密度(g-cm-3)2.6462.6

12、442.649空隙率VV%344.54.25.3礦料間隙率VMA%17.017.317.218.0粗集料骨架間隙率(VCAmix)<VCADRC40.143.437.4瀝青飽和度VFA758574.275.670.4穩(wěn)定度法68.598.348.09根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果及選擇VCAmix<VCADRCVMA>17構(gòu)要求作為設(shè)計(jì)級(jí)配，選擇級(jí)配1作為目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配。再以初試油石比的0.2%間隔6.0%、6.2%、6.4%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定6.2%為最佳油石比，試驗(yàn)結(jié)果見表9。表9SMA混合料試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果最佳油石比%6.2纖維摻量。3.0馬歇爾試驗(yàn)馬歇爾試件擊

13、實(shí)次數(shù)次雙面擊實(shí)50雙面擊實(shí)50毛體積密度(g-cm-3)2.537最大理論密度(g-cm-3)2.640空隙率VV%343.9礦料間隙率VMA%>17.017.3粗集料骨架間隙率(VCAmix)<VCADRC40.1瀝青飽和度VFA%758577.6穩(wěn)定度kNA69.65謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)%0.10.06、0.08肯塔堡飛散試驗(yàn)%1510.3車轍試驗(yàn)(次mm-1)>30005983、6130浸水馬歇爾試驗(yàn)%8084.3凍融劈裂殘留強(qiáng)度比%8090.8構(gòu)造深度mm0.81.51.1滲水系數(shù)(mLmin-1)<20基本不滲水3.3生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)根據(jù)目標(biāo)配合比確定各冷料倉(cāng)的

14、出料比例，然后對(duì)熱料倉(cāng)的集料進(jìn)行單倉(cāng)篩分，確定生產(chǎn)配合比合成級(jí)配。在確定各單熱料倉(cāng)的摻配比例時(shí)，注意以下兩個(gè)問(wèn)題:(1)生產(chǎn)配合比合成級(jí)配曲線盡量和目標(biāo)配合比合成級(jí)配曲線一致，特別是關(guān)鍵篩孔4.75mm和2.36mm的通過(guò)率要相近;(2)同時(shí)結(jié)合瀝青拌和樓的篩網(wǎng)和篩孔布置情況，各單熱料倉(cāng)的摻配比率應(yīng)協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的溢料或等料現(xiàn)象，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表10、表11、圖2。表10集料篩分與合成級(jí)配SMA-13集料篩分與合成級(jí)配篩孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例%2#倉(cāng)10087.51710.40.20.20.20.20.2413#倉(cāng)100

15、100946.30.40.30.30.30.30.3334#倉(cāng)10010010094.912.91.71.51.41.31.265#倉(cāng)10010010099.596.168.846.530.118.88.69礦粉10010010010010010010098.593.481.811級(jí)配上限1001007534262420161512級(jí)配下限1009050201514121098級(jí)配中值1009562.52720.51916131210合成級(jí)配110094.964.028.120.717.515.513.712.210.010032-國(guó)外建材科技2004年第25卷第1期圖2SMA-13合成級(jí)配曲

16、線圖表11SMA混合料試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果最佳油石比%6.2纖維摻量。3.0馬歇爾試驗(yàn)馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)次雙面擊實(shí)50雙面擊實(shí)50毛體積密度(g-cm-3)2.541最大理論密度(g-cm-3)2.642空隙率VV%343.8礦料間隙率VMA%>17.018.2粗集料骨架間隙率(VCAmix)<VCADRC(42.0)41.2瀝青飽和度VFA%758579.6穩(wěn)定度kNA69.27謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)農(nóng)0.10.05、0.08肯塔堡飛散試驗(yàn)盼159.5車轍試驗(yàn)(次mm-1)>30005853、6210浸水馬歇爾試驗(yàn)%8090.0凍融劈裂殘留強(qiáng)度比%8085.1構(gòu)造深

17、度mm0.81.51.0滲水系數(shù)(mL-min-1)<20基本不滲水3.4SMA混合料的試拌和試鋪主要施工機(jī)械設(shè)備：瀝青拌和樓1套(意大利瑪蓮尼3000型)50裝載機(jī)6臺(tái)瀝青攤鋪機(jī)一ABG4231臺(tái)鋼輪壓路機(jī):CC5222臺(tái)、HD1102臺(tái)運(yùn)輸車(15t以上)25臺(tái)通過(guò)試驗(yàn)路段的試鋪，從瀝青拌和站到現(xiàn)場(chǎng)混合料的攤鋪碾壓，施工組織和整個(gè)施工工藝安排都很合理，經(jīng)對(duì)瀝青混合料和試驗(yàn)路段的試驗(yàn)檢測(cè)(表12、表13)都能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，因而具備正式生產(chǎn)的條件。表12SMA混合料試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求試驗(yàn)結(jié)果油石比(燃燒法)%6.25纖維摻量。3.0馬歇爾試驗(yàn)馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)次雙面擊實(shí)50

18、雙面擊實(shí)50毛體積密度(g-cm-3)2.538最大理論密度(g-cm-3)2.642空隙率VV%343.9礦料間隙率VMA%>17.018.3粗集料骨架間隙率(VCAmix)<VCADRC(42.0)41.2瀝青飽和度VFA%758578.5穩(wěn)定度kNA68.07謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)%0.10.05、0.03肯塔堡飛散試驗(yàn)。蚌159.5車轍試驗(yàn)(次mm-1)>30005953、5764浸水馬歇爾試驗(yàn)。8087.0凍融劈裂殘留強(qiáng)度比。8084.1表13試驗(yàn)路段檢測(cè)結(jié)果樁號(hào)最大理論密度(g-cm-3)毛體積密度(g-cm-3)空隙率VV%壓實(shí)度%勾造深度滲水系數(shù)K377+490右

19、幅2.6502.5354.395.71.2基本不滲水K377+560右幅2.6502.5304.595.51.0基本不滲水K377+785右幅2.6502.5424.195.91.26基本不滲水(gcm3)來(lái)控制注：壓實(shí)度是以真空法最大理論密度儀測(cè)得最大理論密度的，控制在94%97咆間。松鋪系數(shù)為1.19。(1) 4施工工藝的控制SMA瀝青混合料的拌和SMA瀝青混合料的拌和采用意大利瑪蓮尼3000型間歇式拌和機(jī)，產(chǎn)量240260th。(2) 絮狀木質(zhì)素纖維穩(wěn)定劑采用機(jī)械利用風(fēng)送式將纖維分散，再吹入拌和鍋里。拌和時(shí)間控制為干混合的拌和時(shí)間為15s,保證集料和木質(zhì)素纖維充分混合，濕混合時(shí)間為35s

20、,保證混合料拌和均勻。溫度控制：瀝青加熱溫度控制在170C左右；集料的加熱溫度控制在185195C左右，且保證礦質(zhì)集料的溫度在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中保持基本恒定；瀝青混合料的出場(chǎng)溫度控制在170185C,派專人對(duì)瀝青混合料出場(chǎng)前的溫度檢測(cè)和加蓋帆布覆蓋。如發(fā)現(xiàn)溫度超過(guò)195C或花白等異?；旌狭辖o予廢棄。(4)逐盤打印出混合料各熱料倉(cāng)集料用量、瀝青用量和繪制油石比波動(dòng)圖。SMA瀝青混合料的運(yùn)輸整個(gè)施工過(guò)程以攤鋪機(jī)為中心，根據(jù)攤鋪機(jī)的工作情況決定運(yùn)輸車輛的數(shù)量，保證攤鋪機(jī)能連續(xù)均勻不間斷地鋪筑，避免車輛過(guò)多，而使SMA歷33-國(guó)外建材科技2004年第25卷第1期青混合料溫度降低。(1) 所有運(yùn)輸車輛均采用

21、帆布覆蓋。運(yùn)料車在離攤鋪機(jī)5080cm左右時(shí)以空擋停車，使其由攤鋪機(jī)推動(dòng)前進(jìn)，嚴(yán)禁運(yùn)料車撞擊攤鋪機(jī)，以確保攤鋪的平整度。SMA瀝青混合料的攤鋪采用一臺(tái)拼裝寬度10.5m的ABG42理攤鋪機(jī)攤鋪。在攤鋪上面層時(shí)，攤鋪機(jī)安裝浮動(dòng)式基準(zhǔn)梁與熨平板的自動(dòng)控制傳感器結(jié)合控制混合料的攤鋪標(biāo)高和平整度。攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)與瀝青混合料拌和樓產(chǎn)量相協(xié)調(diào)，保證攤鋪機(jī)勻速不間斷攤鋪。攤鋪過(guò)程中，安排專人及時(shí)檢查鋪筑厚度和外觀質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)松鋪厚度不夠、局部離析、拖痕等問(wèn)題及時(shí)趁高溫進(jìn)行處理。SMA瀝青混合料的壓實(shí)混合料的碾壓按初壓、復(fù)壓、終壓3個(gè)階段進(jìn)行，以“高溫、緊跟、高頻、低幅”為原則。用2臺(tái)CC522雙鋼輪振動(dòng)壓

22、路機(jī)碾壓，緊跟攤鋪機(jī)后由邊緣向中央分隔帶方向碾壓，振動(dòng)碾壓4遍，輪跡的重疊寬度以20cm為宜。終壓采用2臺(tái)HD110雙鋼輪壓路機(jī)靜壓，各1遍相鄰碾壓重疊1312碾壓輪寬度，消除輪跡，提高平整度。(2) 壓路機(jī)起步、剎車要緩慢，嚴(yán)禁在新攤鋪層上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭或停機(jī)。溫度控制：初壓溫度：不低于160C;復(fù)壓溫度：不低于140130C;終壓溫度：不低于120C。5現(xiàn)場(chǎng)成品路段的檢測(cè):(見表14)表14成品路段檢測(cè)結(jié)果樁號(hào)最大理論密度(g-cm-3)毛體積密度(g-cm-3)空隙率VV咖實(shí)度勾造深度滲水系數(shù)2.6502.5204.995.11.12.6502.5304.595.51.072.6482.52

23、54.695.41.22.6482.5234.795.31.152.6522.5374.395.71.032.6522.5424.895.21.0基本不滲水基本不滲水基本不滲水基本不滲水基本不滲水基本不滲水(gcm3)來(lái)控制，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度控制在，所有取K378+100右幅K378+500右幅K379+200右幅K379+700右幅K380+900左幅K381+500左幅注：壓實(shí)度以真空法測(cè)得最大理論密度94%97%t間。為了減少對(duì)成品路段的破壞性檢測(cè)芯地點(diǎn)勻在標(biāo)線處，并及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)。6結(jié)語(yǔ)(1)我國(guó)現(xiàn)行的改性瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ036)的改性瀝青分級(jí)主要以改性瀝青的針入度為依據(jù)，而針入度只說(shuō)明25C時(shí)的稠度，不能代表其高溫和低溫特性