SMA 与AC 在福建旧路改造中路用性能的对比

2015-04-24■李丽

福建交通科技 2015年4期

关键词：路用旧路稳定度

■李丽

（福州市规划设计研究院，福州 350003）

1 引言

福建地处东南沿海，夏季高温，且降雨量大，具有典型南方湿热地区的气候特点。因此，福建地区沥青路面长期处于高温潮湿状态，不仅使其高温稳定性下降，同时增大其水敏感性[1]。选择具有更好的高温稳定性和水稳定性的沥青混合料显得至关重要。

目前，福建省面临着大量的旧路改造工程。有研究指出，福建省已完成的旧路改造工程出现大量的反射裂缝、推移、车辙、沉降、网裂等病害[2]。如何更好的提升福建省旧路改造中沥青路面的品质已成为道路工作者关注的焦点。

鉴于此，本文将针对福建省常用的路面结构SMA和AC 的配合比设计以及路用性能进行对比，并结合实际工程进一步分析两种材料在福建省旧路改造中的应用效果，以期为工程应用提供参考。

2 SMA 与AC 结构特性差异

目前，福建省旧路改造工程中罩面层主要采用AC和SMA，如福州北二环和五四北路等旧路改造采用AC-13，湖东路和福新路等旧路改造采用SMA-13。虽然AC 和SMA 均具有良好的路用性能，在福建省应用广泛，但两者在材料组成和结构上各具特点，这也导致两者具有不同的路用性能，其材料组成如图1 所示，结构如图2 所示。

结构上，SMA 与AC 均属于密实结构，空隙率均约为4%，均具有良好的水稳定性和抗渗性能。分析图1 可见，AC 中粗细集料用量较为均匀，大颗粒悬浮于小颗粒之间，形成悬浮结构，如图2（a）所示，因此，AC 混合料具有较小的内摩阻力，稳定性较差；SMA 混合料中粗集料用量大，粗集料与粗集料之间发生直接接触，形成骨架结构，同时裹附着沥青的细集料填充于骨架内，如图2（b）所示，具有较大的内摩阻力，增大其抗滑性能和耐久性能，此外由于改性沥青及纤维的加筋作用，促进SMA 具有良好的抗反射裂缝能力。

图1 SMA 与AC 组成对比

图2 沥青混合料典型结构示意图[3]

3 SMA 与AC 路用性能的对比

为对比SMA 与AC 混合料路用性能的优劣性，本文采用SBS 改性沥青，分别选取SMA 与AC 两种级配，进行车辙实验、马歇尔实验、铺沙法实验，试验结果如表1 所示。

表1 SMA 与AC 路用性能实验

3.1 高温稳定性

福建具有典型的南方湿热气候特性，夏季高温，在车辆荷载反复作用下，易产生车辙，因此要求旧路改造沥青路面具有良好的高温稳定性。高温稳定性通常用动稳定度表征，本文通过调研国内其他学者的试验数据[4-9]以及本文室内试验数据，对比分析SMA 与AC 两者的动稳定度，结果如图3 所示。

图3 国内SMA 与AC 动稳定度数据

由图3 的结果可以看出，无论是否有添加改性剂，SMA 动稳定度均高于AC，相比之下，SMA 的动稳定度约比AC 高出1 倍。由此可见，SMA 的高温稳定性能明显优于AC，表现出具有更为良好的抗车辙能力。

福建旧路改造中，车辙一般为失稳性车辙，即在高温条件下和车辆荷载反复作用下。高温稳定性不足的沥青混合料在车辆荷载下产生流动而形成横向位移，导致车辙产生。此外，福建降雨量大，沥青路面常处于浸水状态，进一步加剧车辙程度。SMA 具有较好的高温稳定性，能够有效解决路面失稳性车辙，延长路面的使用寿命。

3.2 水稳定性

福建雨热同季，在车辆动荷载反复作用下，水浸入沥青与集料的界面，使沥青逐渐丧失粘结力，从而使集料松散，产生水损害，由此导致沥青路面进一步形成坑槽、推挤变形而破坏，严重影响市政道路的使用性能和寿命，因此要求旧路改造中沥青路面具有良好的水稳定性。水稳定性通常以残留稳定度表征，本文通过调研国内其他学者的试验数据[6,8,9]以及本文室内试验数据，对比分析SMA 与AC 两种混合料的动残留稳定度，结果如图4 所示。

图4 国内SMA 与AC 残留稳定度数据

由图4 的结果可以看出，SMA 残留稳定度略大于AC，但差异并不明显，均可达到85%以上，表明SMA与AC 均具有较好的抗水损害能力。

3.3 抗滑性能

随着交通量以及轴载的增加，抗滑性能的好坏直接影响到行车安全。旧路改造中如果表层抗滑性能不足，易产生交通事故。抗滑性通常用构造深度表征，本文通过调研国内其他学者的试验数据[4,6,7,9]以及本文室内试验数据，对比分析SMA 与AC 两种混合料的料构造深度，结果如图5 所示。

图5 国内SMA 与AC 构造深度调查数据

图5 中，前三组数据为使用1 个月后沥青路面的构造深度，第四组数据为使用2 年后，沥青路面的构造深度。第五组为室内试验数据。

由图5 可以看出，SMA 构造深度普遍高于AC，约高出60%，且使用2 年后，SMA 仍具有较高的构造深度，可见SMA 比AC 具有更好的抗滑性能。

4 工程实例分析

本文对福建省地区已改造的10 条市政道路（道路等级均为主干路，交通等级均为重交通）进行路况调查，选取单机动车道为有效路面宽度，确定调查长度为200m，采用PCI[10]评价路面破损状况，对比和分析SMA 和AC 两种结构在旧路改造中的应用效果，具体详见表2 所示。

表2 福建地区SMA 和AC 现场病害调查情况

从表2 可以看出：

（1）路面结构采用SMA 和AC，在服务初期（1～2年）PCI 值均超过95%，路面等级评价均为优，表明两种结构在服务初期均具有良好的性能。如图6 和图7 所示，服务通车2 年的宁德市天湖路（上面层采用AC，）和福州市白马路（上面层采用SMA，）基本无明显病害，仅有轻微横缝。

图6 天湖路改造后AC 路面状况

图7 白马路改造后SMA 路面状况

（2）服务3～4 年后，AC 出现不同程度的龟裂、表面剥落等病害，而SMA 仍未产生较明显的病害。如图8 所示，改造于2012 年的北大路（上面层采用AC）已出现较多的纵横向裂缝、龟裂等病害，PCI 将为90.97%；而同年修建的梅峰路（上面层采用SMA，如图9 所示）除了少量轻微横缝，基本无明显病害，PCI可达92.75%，仍表现出良好的路用性能。

图8 北大路改造后AC 路面状况

图9 梅峰路改造后SMA 路面状况

（3）服务5 年后，AC 出现严重的裂缝，SMA 只有少量轻微横缝。如图10 所示，2010 年修建的蕉城南北路（上面层采用AC）已出现长纵缝、严重横缝以及反射裂缝等病害，石料表面沥青已磨光，无明显构造深度，抗滑性能极差，其PCI 值仅为89.25%；而同年修建的铜盘路（上面层采用SMA，如图11）仅有少量轻微裂缝，未见其他病害，PCI 相对较高，可达到93.38%，路用性能良好。