桂柳高速水泥路面沥青加铺层SMA20设计与应用

王强林

(广西柳桂高速公路运营有限责任公司，广西 柳州 545005)

0 引言

目前国内外关于水泥路面加铺沥青层一直没有统一的设计方法。从20世纪50年代开始，欧美日等国家或地区开始使用沥青罩面来改造水泥路面[1-4]，我国一些地区利用其技术和经验[5-7]，过于强调防反射裂缝问题，导致加铺结构和加铺材料柔度过大、模量偏低，路面加铺后不久便出现流动性车辙病害，沥青加铺层耐久性难以保证。从目前已完成的桂柳高速公路一、二期改造工程使用效果来看，沥青加铺层的高温稳定性存在一定问题，部分路段在通车后不久便出现了车辙、推移、拥包等高温失稳类病害[8-9]。可见，对于水泥路面加铺沥青面层的改造方案而言，沥青加铺层的高温稳定性与防反射裂缝能力一样，都是十分重要的，需要引起高度重视。

目前，桂柳高速公路重载车辆多、轴载重，水泥路面损坏严重，路面改造尤为迫切，特别是道路沿线有十几公里的长大纵坡路段，对路面改造技术提出了新的挑战。为了改善高温稳定性，对长大纵坡路段，下面层采用SMA20结构，旨在通过混合料良好的骨架结构改善高温稳定性，较适合于桂北地区山岭重丘区重载交通环境的抗车辙技术需求。本文针对桂柳高速长大纵坡路段使用的沥青加铺层下面层SMA20沥青混合料开展研究，通过室内试验和现场应用，分析研究具有优异性能的SMA20沥青混合料，实现延长水泥路面加铺沥青面层的使用寿命，保证沥青加铺层具有足够防反射裂缝能力和良好的高温稳定性的目的。

1 原材料

1.1 沥青

研究使用的沥青为SBS(I-D)改性沥青，各项指标检测结果见表1。

表1 沥青各项指标检测结果表

1.2 矿料

SMA20沥青混合料粗集料选用桂林临桂万福石场10～20 mm、5～10 mm石灰岩碎石；细集料选用桂林临桂四塘石场0～3 mm石灰岩机制砂；填料为桂林苏桥产石灰岩磨细矿粉。各原材料试验结果见表2～4。

表2 粗集料(石灰岩)技术指标检测结果表

表3 细集料(石灰岩0～3 mm)技术指标检测结果表

表4 矿粉质量检测结果表

1.3 纤维

SMA20沥青混合料采用德国CFF颗粒状木质素纤维，试验结果如表5所示。

表5 纤维质量检测结果表

2 SMA20级配优选

结合桂柳高速特点及石料情况，本文共构造12种SMA20级配曲线，如表6所示。

表6 下面层SMA20初选料级配表

采用5.0%的油石比进行以上级配的马歇尔击实试验，纤维掺量0.4%，试验结果如表7所示。

表7 12种级配马歇尔试验结果表

从表7可以看出，M-21级配的矿料间隙率最大，数值为15.1%，这表明该级配的骨架性状最好，优于其他11种级配的嵌挤能力，因此优选后确定该级配为桂柳高速路面改造沥青加铺下面层SMA20的设计级配。

3 SMA20配合比设计及应用

3.1 SMA20配合比设计

SMA20沥青混合料马歇尔击实试验结果见表8。根据表8的试验结果，采用规范中的油石比确定方法，可以取设计空隙率中间值3.75%对应油石比5.0%作为最佳油石比，通过内插法反算各拟合曲线上对应的体积参数，其中毛体积密度为2.438，沥青饱和度VFA为74.8%，矿料间隙率VMA为15.1%。

表8 SMA20沥青混凝土目标配合比马歇尔击实试验结果表

3.2 SMA20路用性能验证

按照3.1节确定的配合比进行试验验证，结果见表9。根据试验结果可知，本文设计的SMA20沥青混合料均满足设计要求，具有良好的路用性能。

表9 SMA20沥青混凝土配合比试验验证结果表

3.3 SMA20在桂柳高速公路中的应用

桂柳高速长大纵坡路段采用了上述设计方法和配合比设计成果，施工阶段对SMA沥青混合料的结果进行了抽检，结果汇总见表10。

表10 SMA20日常抽检结果表

从表10中的结果来看，由于优化后的SMA沥青混合料具有更好的骨架结构，SMA20沥青混合料70 ℃车辙试验的动稳定度均值可达4 900次/mm，与常规的SMA材料相比，能够显著改善高温稳定性，即使采用超过规范要求的试验温度(70 ℃)开展车辙试验，动稳定度值也较高。可见，为了增强适应性，针对桂柳高速长大纵坡路段而进行优化设计的SMA20沥青混合料，在实际应用中取得了较为显著的使用效果，特别是高温稳定性得到了较大幅度的改善。

4 结语

本文针对桂柳高速公路路面改造工程中长大纵坡路段的特点，开展了沥青加铺层SMA20的设计和应用研究，通过级配优化选择了骨架效果最佳的沥青混合料级配，经过室内试验和实体工程验证发现，本文所设计的SMA20沥青混合料具有良好的高温稳定性和综合路用性能，适用于重载交通条件的抗车辙型路面，可供广西区内其他路面改造工程参考使用。