SMA沥青混合料应用中存在问题的改进措施

2017-09-15王福华吴启祥

城市道桥与防洪 2017年9期

关键词：空隙压路机集料

王福华，吴启祥

（1.云南省普洱盛泰工程检测有限公司,云南普洱 665000；2.日照市公路管理局，山东日照 276800）

SMA沥青混合料应用中存在问题的改进措施

王福华1，吴启祥2

（1.云南省普洱盛泰工程检测有限公司,云南普洱 665000；2.日照市公路管理局，山东日照 276800）

沥青路面早期损坏，与沥青混合料配合比设计不当、对主要技术指标控制不严和混合料质量有着直接的关系。通过原材料试验进行SMA沥青混合料配合比设计并对其路用性能进行检测，各项指标满足规范要求，并根据多年对施工和检测工作的实践，通过分析SMA沥青混合料在应用中存在的问题，提出改进措施，以便对配合比设计和对施工、生产中的每一环节严格把关，达到施工过程中进行质量控制的目的。

SMA沥青混合料；路用性能；改进措施

0 引言

随着交通量的持续增加，超载重载、交通渠化等对高等级公路沥青路面提出了越来越高的要求。沥青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)具有良好的抗车辙性能和耐久性[1]，同时雨天抗滑性能较好，可降低车辆行驶的噪声等优点而被广泛使用。

使用情况表明，SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。但是，路面沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、耐久性及表面服务功能等往往是相互制约的[2]。尤其是高温抗车辙性能及低温抗裂性能之间、抗滑性能与耐久性之间，始终是突出的两对矛盾。SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水稳定性及耐久性好和AM路面的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，以及AK路面抗滑性能等优点[3]，同时克服了AC路面的高温稳定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水损坏性能差的特点[4]。SMA沥青玛蹄脂碎石充分考虑了AC、AM和AK等级配的缺点，又力求利用它们的优点，达到较完美的组合，因而是一种较为理想的混合料结构。

1 原材料

1.1 沥青结合料

SMA混合料中沥青结合料应具有较高的粘度、高温稳定性和低温韧性[5]，采用SBS改性沥青。技术指标见表1。

表1 SBS改性沥青技术指标

1.2 粗集料

SMA沥青混合料主要依靠粗集料形成骨架结构，要求具有坚韧性和棱角性[6]。选用玄武岩，其技术指标见表2。

1.3 细集料

SMA采用间断级配，细集料所占比例很少,同样要求石质坚硬、富有棱角,并有一定的纹理、软质含量少、塑性低。细集料一般采用机制砂。试验结果见表3。

表2 粗集料试验结果

表3 细集料试验结果

1.4 矿粉

矿粉与沥青形成胶结物质，影响混合料的稳定性与抗车辙能力。其技术指标见表4。

表4 矿粉试验结果

1.5 纤维稳定剂

SMA混合料中的纤维可以是木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维等。其中，木质素纤维吸油性好，对沥青的稳定作用显著，而聚合物化学纤维的加筋作用明显。本文采用木质素纤维，其指标见表5。

表5 纤维技术指标

2 SMA沥青配合比设计

根据规范中的设计级配范围，选择三种不同粗细的级配，进行配合比设计，最终确定级配见图1，目标空隙率为4%，油石比为5.9%，各项指标见表6。

图1 SMA沥青混合料级配图

3 SMA沥青混合料应用中存在问题的改进措施

3.1 集料破碎现象

在标准制件和上面层施工中，为保证沥青路面的压实度，将摊铺机夯锤震级设置过大或者将钢轮压路机设为强振，因此易在铺面发现大颗粒破坏现象。大颗粒具有较好的骨架作用、抵抗车辙变形能力和抗滑能力。为解决此问题，可从以下几方面入手：

（1）紧抓原材料的质量。粗、细集料的品质是能否形成嵌挤结构的最重要因素，SMA集料之间的接触力大，石料磨损快，用于SMA的粗集料必须符合抗滑表层混合料的技术要求，所以粗集料必须选用抗压碎、坚硬、表面粗糙、有棱角的优质石料，上面层材料要减少黄皮石及软弱颗粒含量，针片状颗粒少，以便嵌挤良好；碎石不能用额板式轧石机破碎，要用捶击或者锥式碎石机破碎。细集料宜采用坚硬的人工砂；矿粉必须是磨细石灰石粉，最好不使用回收粉尘。

（2）在上面层施工中提高压实度的质量，应对从碾压设备、碾压温度入手解决问题，避免过度碾压，防止振动压路机压碎石料。

（3）SMA改性沥青路面施工温度高、温度散失快，在施工过程中应加强出厂、到场料温检测，保证摊铺温度不低于160℃，碾压段落不应太长，一般控制在20～30 m。SMA沥青混合料采用钢轮振动压路机碾压，严禁使用轮胎压路机，应遵循紧跟、慢压、高频、低幅的原则进行。混合料摊铺后必须紧跟着在尽可能高温状态下开始碾压，不得等候。不得在低温状态下反复碾压，防止磨掉石料棱角、压碎石料，破坏石料嵌挤。

（4）为防止沥青混合料铺面温度散失，可尽量减少钢轮压路机的喷水量，在钢轮压路机的折返处附近尽量不要喷水，在压路机的喷水装置上加装一个设备，能使压路机在喷水过程中，达到间隙式的喷水效果，同时在上面层施工中对钢轮喷水处加装一块毛毯，以减少压路机减速时大量水迹流淌现象，达到均匀喷洒的效果，这些措施的应用，减少了沥青混合料温度的散失，对有力地保障了沥青路面的质量。

3.2 混合料级配控制

集料级配控制直接影响沥青混合料质量，每进一批石料都应严格检查其级配组成；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益。同时，及时取热料仓料进行筛分试验，级配发生变化后，对热料仓比例进行调整，以保证沥青混合料级配的稳定性。

由于SMA路面的集料嵌挤作用，压实度较易达到，但是随着碾压遍数的增加，集料不断地往下走，玛蹄脂上浮，造成构造深度减小。在碾压过程中，特别要注意表面构造应保持在1～1.5 mm，以便有适宜的构造深度。

3.3 混合料离析控制

木质素纤维具有加筋、分散、吸附及吸收沥青的作用。在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附(表面)及吸收(内部)沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性；纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，对高温稳定性也有好处；纤维将增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。

应严格控制纤维质量，包括含水量、吸油率、机械添加量等。混合料运送到工地及摊铺过程中，会产生沥青砂胶从混合料中流出的现象。因此，在SMA的沥青胶砂中掺入稳定添加剂，提高沥青混合料的高温稳定性。为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂，通常采用木质素纤维，用量为沥青混合料的0.3%，也可采用矿物纤维，用量为混合料的0.4%。

3.4 渗水系数难以得到保证

沥青路面的表面服务功能取决于表面矿料的微观构造、宏观构造深度和排水能力，这些功能对高等级公路的行车安全性起着重要的作用。“表面既有较大的构造深度又基本不透水”是判别SMA真伪的第二大标志。因此要及时做好SMA路面的渗水量检测。碾压不及时或不到位就很容易出现渗水量偏大或超过标准的现象，这是SMA施工的一个重点和难点，因此渗水量的检测在SMA沥青路面施工中是一项重要指标。

沥青路面的渗水不仅影响到沥青路面面层本身的水稳性，还影响到基层的稳定性。空隙率与渗水系数是两个不同性质的指标，空隙率反映的是混合料内部空隙，渗水系数反映的是水在混合料内部受水压渗透情况，与空隙连通有关。试验表明，各种沥青的渗水系数随空隙率的增大而增大，控制沥青的空隙率不超过规定的临界值是控制渗水系数的关键。

3.5 控制指标计算失真

马歇尔试件的空隙率是SMA配合比设计的最重要的指标，在计算理论密度时，实际上是将纤维算成集料了，其比例的差异使计算空隙率变大，误差可能大0.3%～0.5%左右。另外，计算理论密度时，除5 mm以下石屑等难以测定的部分外集料密度应采用毛体积相对密度。

改性沥青或SMA混合料理论最大相对密度只能用计算法求得混合料的最大理论密度。在配合比设计及其施工中，许多检测人员不认真掌握和熟悉规范、规程，都统一采用真空法进行理论最大相对密度试验。这就导致了其它指标计算出现了偏差，使配合比设计严重偏离。

以前存在人工炒拌，一组试件集中拌和的作法，容易导致沥青局部过热老化，沥青拌和不均匀等情况，因此，实际操作时，试验人员应遵照试验规程按分计筛余单个配料，并使用小型沥青拌和机和烘箱制备试样，一次拌制一个试件。沥青温度或模具预热温度达不到规定击实温度时将影响试件的密度和空隙率，而试件尚未冷却就脱模，容易使试件受到损伤。

试件成型高度对沥青马歇尔性能测定有较大的影响，应用游标卡尺测量试件的高度，并据此调整试件击实需要的数量，测定高度不符合63.5± 1.3 mm的试件应予以废弃，以减小试验数据的变异性。

试验仪器设备精度是影响试验结果准确性的重要因素。要求对试验采用的仪器在使用前必须检定合格后才能使用。在检测过程中，有时会遇到荷载——变形曲线顶部平坦，即荷载增加很小，流值却持续增大的情况。出现这种情况时除了要仔细检查仪器是否符合规范允许的精度范围内，另外就是对试验结果进行修正。如采用圆点修正或取最大荷载98%处对应的变形值作为流值时，这种情况应在试验报告中注明。