SMA 沥青玛蹄脂碎石路面施工技术及其应用

2015-04-24周育生

福建交通科技 2015年4期

■周育生

(福建省漳州公路交通工程有限公司，漳州 363000)

在我国沥青混合料中SMA 作为重要的密级配混合料类型，其热拌热铺始于20 世纪90 年代初的首都机场高速公路，在此后数十年中SMA 得到了迅速的发展。但与此同时需要注意的是，由于SMA 的施工控制难度和实际作业难度比普通沥青混凝土要高很多,因此SMA在许多工程中并没有得到非常有效的推广。

本文以漳州市迎宾西路上坂至牛崎头路段道路改造工程SMA 的应用为例进行说明，对于SMA 在实际应用过程中需要考虑的其结构特点、原材料选用、配合比设计工作、施工工艺等各方面进行相对较为全面的分析与介绍，从而对SMA 沥青玛蹄脂碎石路面施工技术起着较好的推广作用与实践意义。

1 SMA 的结构特点

SMA 作为沥青混合料，其结构特点主要包括高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、耐久性等，但是这些优越性在实际施工中是互相制约的。因此有效减少互斥，尽可能增加其优越性才能达到相对完美的组合，以下逐一对SMA 的结构特点进行分析：

(1)在SMA 组成中，粗集料有着70%以上比例，并且粗集料的颗粒之间存在着较为良好的嵌挤作用，因此这就使其具有很强的抵抗荷载与变形的能力，并且还具有较强的高温抗车辙能力。

(2)SMA 中矿粉所占的比例较高，通常占8%～12%，沥青的比例合计占到5.7%～6.5%，与此同时纤维作为稳定剂也得到了有效的应用，因此这就使得SMA 的低温抗裂性能得到大幅度的提高。

(3)SMA 作为混合料其自身内部的空隙率相对较低，通常在3%～4%（对于高温稳定性要求较高的重交通路段或炎热地区，设计空隙率允许放宽到4.5%），这就意味着SMA 的路用基本上不会出现透水问题，因而能够有效提升其作为混合料自身的水稳性。

(4)SMA 作为混合料其成分包括了沥青玛蹄脂，被这一成分充分填充的SMA 具有空隙率小，沥青与空气接触少的特点，因而具有耐老化性能强等诸多优越性。

正是以上各个因素的相互影响，SMA 自身的结构性能得到了全面的提升，并且其应用能有效减少相应的施工费用、维修费用和养护费用，同时还能有效延长路面的使用寿命。虽然其整体的投资总额增加，但是其整体的性价比和工程的经济效益、社会效益都得到了有效提升。

2 原材料选用

原材料包括集料、稳定剂、填料、沥青结合料等。

2.1 集料

粗集料是构成SMA 混合料骨架结构的主体材料，要求选用质地坚硬、表面粗糙、抗磨耗、耐磨光、形状接近立方体的碎石，破碎率一般为100%。本工程采用的粗集料为天宝桦岭的砂岩，检测结果见表1。

本工程采用的细集料也是产自天宝桦岭的砂岩，检测结果见表2。

2.2 稳定剂

与传统的沥青混凝土相比，SMA 具有较高的沥青含量和较多的粗集料，因此必须含有适当类型和数量的稳定剂，以便在混合料的储存运输和摊铺过程中防止沥青混合料发生析漏。本工程采用的稳定剂产自江苏欧路华木质素纤维。检测结果见表3。

表1 沥青面层用粗集料检测结果

表2 沥青面层用细集料检测结果

表3 沥青面层用木质纤维检测结果

2.3 填料

本工程采用的填料是矿粉，产自龙岩适中的石灰岩经磨细得到，矿粉检测结果见表4。

表4 沥青面层用矿粉检测结果

2.4 沥青结合料

SMA 混合料要选择比AC 混合料黏度更大的沥青结合料。采用黏度较大的普通沥青或改性沥青，可以加厚包裹集料的沥青膜以减少析漏，同时可强化玛蹄脂性能以防止路面在交通荷载作用下玛蹄脂上浮，从而稳定与强化SMA 的粗集料骨架结构，保证SMA 具有足够的高温抗车辙能力。本工程采用新立基SBS 改性沥青，检测结果见表5。

表5 新立基SBS 改性沥青检测结果

3 配合比设计

SMA 混合料配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法，设计遵循以下原则：

（1）SMA 必须具有相互嵌挤紧密的粗集料骨架，即要达到马歇尔试件的粗集料间隙率VCAmix，并必须小于捣实状态下的粗集料骨架间隙率VCADRC；

（2）填充在SMA 的粗集料骨架间隙中的沥青结合料，应符合最小沥青用量的要求，马歇尔试件的空隙率Va 要求控制在3%～4.5%，矿料间隙率VMA≥16.5%。

各项检验结果见表6、表7。

表6 SMA-13 混合料矿料组成级配

表7 SMA-13 混合料马歇尔试验结果与技术要求

4 SMA 施工工艺

SMA 混合料的施工工艺要求高，对原材料及施工环境因素影响较为敏感，因此必须做好精心组织、精心施工。

4.1 施工环境条件

由于SMA 面层铺筑厚度薄，一般为30～40 mm，而且所用沥青比较黏稠，要求压实终结温度较高，故可压实的时间较短。SMA 对施工环境条件的要求比常规沥青路面严格，需要相应提高施工温度，以延长有效压实时间。在改性沥青SMA 施工时，要求气温及路床温度高于15℃，且处于上升状态，并应在干燥、清洁、经整平的下卧层上铺筑，雨天禁止施工。在大风天气与寒潮降温天气，混合料摊铺后，温降快，是否施工应慎重考虑，如需施工时应采取特殊的质量保证措施。

4.2 混合料生产

按设计要求生产合格的混合料是获得SMA 沥青路面优良性能的前提。SMA 路面性能与混合料体积特性对级配组成非常敏感，尤其是对3 个关键性孔4.75 mm、2.36 mm 与0.075 mm 的通过率要求更为严格，因此SMA 混合料生产必须对级配组成进行较为精确的质量控制。SMA 混合料生产前，必须进行热料仓中热集料与填料的生产组合级配，并最大限度地减少各热料仓集料的溢料与待料现象，保证均衡地进行混合料生产，以提高混合料的生产效率。

由于SMA 混合料中添加了纤维，填料数量多，且结合料黏度较大，故干拌和湿拌时间都需要适当延长，一般要求增加干拌和湿拌时间5～15 s。使用改性沥青时，沥青加热温度控制在160～165℃，集料加热温度190～200℃，SMA 混合料出厂温度（SBS 改性沥青）控制在170～185℃。

4.3 摊铺与碾压

4.3.1 摊铺

在进行混合料摊铺过程中，为了更好地对SMA 进行应用，施工人员应当注重对于路面平整度和路面厚度进行有效的控制，这也是施工的关键工序之一。因此在施工时施工人员应当注意以下几个方面的内容：

（1）在进行SMA 混合料的铺筑之前施工人员首先应对摊铺机进行相应的标定工作，并且在标定工作时施工人员应当对料门的高度进行适当的设定与调整，从而能够有效保证有充足的混合料经过条式传送器来传送到螺旋布料器。除此之外，在摊铺工作进行过程中，施工人员在摊铺机向前移动的过程中应当促使混合料的高度等于或者是大于螺旋高度的50%且不超过66%，从而能够有效保证混合料的充分拌和与均匀分布。

（2）根据上文的表述，SMA 中粗集料的比例在70%以上，这意味着在路面施工过程中粗、细集料的离析问题已经不再是最主要问题，因此对于摊铺宽度可以没有硬性限制，例如施工人员可以通过加宽到整个路幅宽度来有效的提高SMA 的路面平整度，从而可以消除2 台摊铺机梯队作业时容易出现的结合部热接缝的压实不足问题、麻面问题以及不平整等质量缺陷问题。

（3）在摊铺过程中混合料的生产工作、运输工作和具体的压实工作之间的协调性将会直接影响到摊铺工作的整体水平。因此在进行摊铺过程中施工人员应当确保摊铺速度与拌和站混合料供给之间有着较好的适应性。除此之外，在摊铺过程中摊铺机的行走速度往往会在很大程度上受到混合料自身的生产能力和碾压能力的影响，因此为了更好地给压路机留出较多的有效压实时间，施工人员应当注重摊铺机保持匀速运行，才能在此基础上促进整体施工水平的有效提升和不断进步。

4.3.2 碾压

碾压工作对于混合料压实的重要性是不言而喻的，这是有效确保SMA 路面能够具有优良的抗车辙性能、防水损害性能和耐久性的重要工序之一，因此施工人员在进行碾压工作时应当注意以下几个方面：

⑴由于SMA 采用的是骨架密实型结构，过强的压实功往往会对SMA 粗集料骨架和其自身结构造成较大的破坏作用。因此，碾压时不需要过大的压实功。除此之外，由于SMA 混合料自身的有效压实时间较短，因此进行施工时施工人员必须趁热打铁才能有效避免低温过度碾压问题的出现。

⑵在SMA 混合料的铺筑施工中，比较常见的机械设备配置通常是4～5 台10～12 t 的双振双驱钢轮压路机，在这一配置的前提下，施工人员可以进行相应的静压工作或者是加振碾压工作。除此之外，在碾压工作的进行过程中，施工人员不应采用轮胎压路机压实，这是由于采用轮胎压路机压实会因轮胎容易粘附SMA 混合料而形成表面缺陷，往往会对SMA 自身的质量造成较大的负面影响。

⑶在碾压施工的具体工艺选择过程中，施工人员应当注重摒弃传统的压实观念，采用一步到位的压实方式，即混合料的温度冷却在规定的压实终结温度前以最短的时间来将混合料压实工作做好，确保达到规定的要求，从而能够有效达到需要的压实度。

4.4 接缝施工

在接缝施工的过程中，由于SMA 混合料往往存在着更多的粗集料，因此其与劲度更大的结合料结合在一起，相比正常混合料的接缝施工的难度更大。例如在具体的接缝施工过程中，SMA 的上面层的纵向接缝应当与施工规定中的车道线保持一致，而不同层次的纵向接缝之间的距离应当在15 cm 之上，同时横向接缝之间的距离应当在于1 m 之上。除此之外，在接缝施工的过程中，施工人员应当在接缝处给摊铺混合料预留好一定的高度，从而能够保证接缝处的平整程度。另外，在接缝施工的过程中，为了更好地保证其接缝的平整度和密实度，具体的碾压工艺也有着非常重要的作用，即其接缝处应当优先进行碾压并且应当趁高温时进行碾压，从而能够在此基础上促进接缝施工整体水平的有效提升。如有可能，横向接缝应采用横向碾压。