寒冷地区 SMA路面施工质量控制

曹晓岩,康 峰,郑朝阳,王 莉

(1.黑龙江工程学院;2.内蒙古联手路桥公司)

1 项目研究的意义

随着全国高速公路里程的增加与等级的普遍提高,SMA路面在全国得到了大面积应用和推广,我省的哈绥、哈大、哈双、哈环等高速公路也铺筑了沥青碎石玛蹄脂路面(SMA路面),其运营状况和运营质量取决于 SMA路面的施工质量。SMA路面的施工质量的好坏直接影响 SMA路面的使用性能,能够充分保证SMA路面具有良好的抗滑性能、很强的高温抗车辙性能、常温抗疲劳性能、低温抗裂性能好、防渗能力及耐久性等技术指标都很高的特点及抗冻耐久性能要求。平衡了混合料的本身的高低温力学性能、抗滑性与耐久性的矛盾,将会带来巨大的社会效益和经济效益。

2 寒区SMA路面施工过程质量控制

2.1 SMA体积设计

在材料选择符合规范要求的前提下,SMA设计粗集料的含量至少占 70%,VMA至少要 17%,一定要保证 SMA设计过程中体积设计,当几项体积指标达不到时,可采取以下措施：

(1)VMA达不到要求时

VMA是间断级配混合料,VMA的大小取决于大于4.75mm的粗集料用量,以及填充粗集料间隙的细集料及玛蹄脂部分的比例。对 SMA混合料,矿料中的通过 4.75mm的百分率必须小于 30%。玛蹄脂的数量又主要取决于矿粉数量。因此,减少 4.75mm的通过率(即增加粗集料用量),或者减少 0.075mm的通过率(减少矿粉用量)都能使 VMA得以增大。如果已经增加了粗集料用量,又减少了矿粉用量,还达不到＞17%的要求,那就需要更换集料品种。

(2)空隙率 VV达不到要求时

我国 SMA的沥青用量相对较少,如油石比已经超过了6%,而空隙率仍然大于要求的 3%～4%的情况时,宜适当4.75mm增加的通过率,或者适当增加矿粉。使 VMA接近17%。相反,如果 VMA已经大于 17%,沥青用量也不多,空隙率偏小,达不到 3%,那很可能是测定精度不足,应该进行复查。

(3)VCAmix达不到要求时

SMA的粗集料骨架间隙率VCAmix对集料的嵌挤作用至关重要,如果混合料的 VCAmix不能满足小于VCADRC的要求,就说明骨架被细集料和玛蹄脂撑开了,不能实现骨架嵌挤作用的目的,必须调整集料级配。通常情况下,增加粗集料用量,降低 4.75mm通过率,可以使 VCAmix增大。另一个措施是调整粗集料中 9.5mm通过率,增加大于 9.5mm的集料以使 VCAmix进一步增大 。最常用的 SMA-16通常由 5～10mm和 10～20mm两种粗集料作为骨架配合而成,按照这个要求,矿粉用量为 10%左右,粗集料(4.75mm以上)用量为 75%左右,其中 10～20mm料与 5～10mm料大体上各占一半左右,在 40%左右,石屑和砂的用量总和也就是 15%左右了。

(4)确定初试级配,以 4.75mm通过率为标志,选用 3个不同等级,例如分别取 22%、25%、28%,同时使 9.5mm通过率在要求范围的中值左右。测定 3种配比矿料的毛体积相对密度。计算骨架间隙率VCADRC。

(5)选择一个初试沥青用量,一般可选油石比 5.8%或6.0%,成型 3组马歇尔试件,采用表干法测定试件的毛体积相对密度,实测最大相对密度或计算理论密度,计算试件的空隙率VV,矿料间隙率 VMA及粗集料骨架间隙率 VCAmix,根据 VMA大于 17%及 VCAmix小于 VCADRC的要求,确定设计级配。

(6)取 3个不同的沥青用量,沥青用量的间隔可为0.3%～0.4%(一般可取油石比 5.7%、6.0%、6.3%),进行马歇尔试验,根据空隙率 VV,确定设计最佳沥青用量 OAC。马歇尔试验的各项指标应符合规范的技术要求。

2.2 SMA施工

SMA是由沥青、矿粉纤维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架的间隙形成一体的混合料。要想达到SMA使用性能全面提高,其施工工艺是关键。

2.2.1 改性沥青及SMA混合料的拌制

以典型的间隙式沥青混合料拌和机为例,对改性沥青混合料及SMA混合料来说。

(1)除了温度因素外,SMA与普通密级配沥青混凝土(AC)的最大不同之处是 SMA为间断级配,粗集料粒径单一,量多,细集料很少,矿粉用量多。避免发生粗集料仓经常不足(亏料),而细集料仓经常溢仓的现象。

(2)下雨防潮加棚盖。

(3)纤维投入要均匀、够量。先利用机械将纤维打碎,再利用风力将已打碎的纤维分散并送人拌和机的拌和锅中。这种设备既适用于连续式拌和机,也适用于间隙式拌和机。

(4)改性沥青及 SMA混合料拌和以后,贮存时间长了,会发生沥青的析漏,造成沥青用量不均匀。因此一般规定改性沥青或 SMA混合料的贮存都不能过夜,即当天拌和的必须当天使用完。

2.2.2 改性沥青及 SMA混合料的运输和摊铺

由于改性沥青和 SMA的沥青玛蹄脂的粘性较大,运料车的车厢底部要涂刷较多的油水混合物。而且为了防止运料车表面混合料结成硬壳,运料车运输过程中必须加盖苫布。运料车的数量也要适当增加。

为了保证路面的平整度,要按照规范要求做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿,一般不超过 3～4m/min。如果速度不均衡,熨平板的倾斜角也要跟着发生变化。为了尽量减少摊铺机的停顿次数,拌和机与摊铺机的能力必须匹配,运料车也要有富余,一般要求在摊铺机前至少要有 3台以上的运料车等侯。必须做到宁可运料车等侯摊铺,也不能摊铺机等候运料车。遇雨必须立即停止摊铺。

2.2.3 改性沥青及 SMA路面的碾压成型

改性沥青混合料的压实工艺,要注意不能在温度下降以后才碾压。工程上一般的碾压成型的最低温度为 130℃。SMA路面压实时应注意。

(1)SMA必须采用刚性碾碾压,不容许采用轮胎压路机碾压。因为轮胎压路机的搓揉将使玛蹄脂上浮,造成构造深度降低,甚至泛油。防止过碾压和出现油斑。

(2)拌和温度。改性沥青的原材料和成品温度、集料烘干加热温度、混合料拌和温度及混合料的出厂温度,应该严格按照施工规范或技术要求的规定,随时地进行检验。

(3)矿料级配。对间隙式拌和机,必须要求逐盘打印各个热料仓的材料质量、矿粉质量及一盘混合料的总质量,随机计算出矿料级配,与标准配合比进行对照。

(4)对 SMA混合料的马歇尔试验,稳定度和流值可作为参考值,最主要的指标是空隙率 VV、VMA、VCA、VFA这四大指标。否则很难做出真正的 SMA。

(5)为了计算由大体积指标,最大相对密度的测定很重要,最好是实测。

(6)要充分保证压实度的大小。但要防止过碾压,降低构造深度。

(7)“能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥是鉴别是不是真正 SMA重要标志”。如果产生推拥现象,说明粗集料没有充分嵌挤好,或者嵌挤作用没有充分发挥,那就不是真正的 SMA。

(8)碾压时要“紧跟、慢压、高频、低幅”。SMA压实后表面基本不透水,“表面有没有足够的构造深度又基本上不透水是鉴别是否真正 SMA的重要标志”,这是判断它是不是真正 SMA的第二个试金石。

3 SMA施工过程管理

主要是 SMA施工检测是否到位。根据我国的具体情况,SMA混合料在由马歇尔试验确定了矿料级配和沥青用量后,须进行下列试验确认和验证。检验步骤包括：(1)用谢伦堡析漏试验检验沥青用量;(2)用肯塔堡飞散试验检验沥青用量;(3)用车辙试验进行高温稳定性检验;(4)用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行水稳定性检验;(5)透水性检验;(6)表面构造深度检验。

4 改性沥青和 SMA工程容易产生的问题

(1)过碾压。对SMA路面来说,由于它的集料嵌挤作用,在高温状太下反复地碾压,就会导致玛蹄脂一点点上浮,构造深度减少,因此,要依靠粗集料的嵌挤达到稳定,保持构造深度在 1.0～1.5mm为好(与最大粒径有关)。

(2)出现油斑。SMA路面通车后出现油斑也是常见的一种病害。要想没有油斑,最根本的措施是纤维机械自动化投入,同时防止纤维受潮和成团。在施工过程中,发现沥青析漏,必须立即采取措施。首先适当降低施工温度,要逐步逐步地降,以寻找合理的不析漏的施工温度。如果仍然有析漏问题发生,必须检查混合料级配。

(3)对改性沥青来说,碾压成型温度通常低于 130℃,季冻区路面施工碾压的降温速率不能太大。

(4)避免大吨位运料车在转弯时能使表面出现掉粒,或出现轮印或拧开现象,要加强早期交通的控制。

5 结 语

通过试验路数据采集与室内试验研究分析,SMA路面质量与SMA路面设计、施工、施工过程管理有关,首先要严把工程设计关,从总体设计开始,把路基路面结构设计和综合排水设计,将 SMA材料组成设计与路面结构设计一体化。其次是严格控制 SMA的施工工艺,把握混合料的拌和、运输、摊铺、碾压,务必要及时控制与检验 SMA组成的体积指标,因为它是保证 SMA配合比设计的前提,是区分能否做出SMA的试金石,施工过程控制要严格,避免混合料离析,防止出现车辙。三是要施工过程检测到位,SMA的压实度、析漏与飞散、车辙、抗滑与构造深度、平整度、渗水系数等技术指标是否达到规范的要求。这样才能保证 SMA的施工质量,避免季冻区 SMA路面出现早期破损。

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[1]沈金安.SMA形成机理,改性沥青与 SMA路面[M].北京：人民交通版社,1999.164,246.

[2]《公路沥青路面施工技术规范实施手册》JTGF40-2004,交通部[M].北京：人民交通版社,2005.182-222.

[3]于本信 .怎样修好沥青混凝土路面[M].北京：人民交通版社,2005.110-119.

[4]《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004,交通部[M].北京：人民交通版社,2005.36-39.

[5]陈阳东,曹晓岩.季冻区 SMA路面材料的选择[J].交通科技与经济,2006,35(3)：18-20.