SMA-5超薄磨耗层在高速公路预养护中的应用研究

王敏华，吴文信，陶小磊，李文勤

(1.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001；3.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007；4.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

0 引言

我国高速公路路面典型设计结构是“强基薄面”的半刚性基层沥青路面结构，在这种结构中，半刚性基层由于刚度较大通常是承重层，而沥青层则是作为表面功能层[1]。综合众多高速公路早期应用情况来看，路面病害往往表现为沥青层的各项表面功能的衰减，而承重层通常结构完整，这意味着只要及时对表面功能层进行预养护介入，就能够延缓病害对路面结构的损害，有效延长道路整体使用寿命[2-4]。

从国内外众多实践经验来看，SMA超薄磨耗层由于能够有效修复路表面的缺陷，显著提升道路的长期使用寿命，目前已成为预养护主流应用技术之一。但现阶段针对SMA超薄磨耗层应用的研究主要集中在中、细粒式混合料(以SMA-16或SMA-13等为主)，而对小粒径的SMA-5混合料的应用研究则较少。本文依托某高速公路实际养护工程，对SMA-5超薄磨耗层预养护技术进行综合研究分析，为今后同类型预养护工程中SMA-5超薄磨耗层的推广应用提供参考经验。

1 工程概况

某高速公路起讫桩号为K0+000～K51+380，双向四车道，全路段路面结构设计为半刚性路面结构。由于周边区域经济的不断发展，此高速公路交通量逐年增加，通车数年后，路面已产生诸如网状开裂、轻微车辙、坑槽等病害。经检测单位对该高速公路路况进行检测评估后发现，高速公路路面承重结构仍完整，仅出现沥青表面层的性能衰减破坏。

综合路面整体路况水平及养护技术规范要求分析，该高速公路适用超薄磨耗层进行预养护，因此本项目决定采用SMA-5超薄磨耗层对其进行预养护处理。

表1 某高速公路公路路段检测路况水平一览表

2 原材料

2.1 沥青胶结料

采用SBS改性沥青作为SMA-5超薄磨耗层用沥青胶结料，其具体性能检测指标如表2所示。

表2 沥青胶结料测试指标结果表

2.2 集料、矿粉及纤维稳定剂

SMA-5超薄磨耗层采用玄武岩作为集料，集料规格分为0～3 mm和3～5 mm两档，将集料分别进行筛分测定其相对密度。填料选用磨细石灰岩，纤维稳定剂采用木质素纤维，其掺加量为混合料总量的0.3%。

表3 集料密度指标表

3 SMA-5配合比设计

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中未对SMA-5的矿料级配范围进行规定，本文依据《公路沥青路面养护技术规范》(JTG 5142-2019)中推荐的SMA-5矿料级配范围，结合同类型施工经验以及矿料筛分结果，分别设计三组不同的SMA-5矿料级配，其矿料组成如图1所示。

图1 不同矿料级配设计范围曲线图

SMA混合料的级配类型是典型的间断级配，从体积指标上进行分析，粗集料必须通过嵌挤作用形成骨架以承载荷载，而判断其是否形成骨架结构的指标则是VCAmix

先对设计的三个矿料级配进行VCADRC测定，由于SMA混合料常规用油量普遍较大，对三个设计矿料级配以6.8%的油石比进行马歇尔试件试打并测定其体积参数。相关研究表明，SMA混合料的成型质量受温度影响较大[5]，所以对马歇尔试验各个环节的温度必须做好严格控制，温度控制值建议如表4所示。

表4 马歇尔试验温度控制值一览表

从表5的数据可以看出，级配一在6.8%油石比下其VV值达到4.4%，VV值明显偏大，VV过大将使得水容易深入混合料当中，造成混合料水稳定性较差，影响混合料的长期使用。而级配三由于VCADRC>VCAmin，这表示混合料未能形成骨架结构，将导致混合料在遭受行车荷载作用下极易发生破坏。只有级配二的各项体积指标满足SMA矿料级配的设计要求，所以取该级配作为设计级配。

表5 不同级配马歇尔试验体积指标表

在确定设计级配后，以0.4%作为间隔变化，选取6.4%、6.8%、7.2%三个油石比进行马歇尔试验，试验结果如表6所示。

表6 不同油石比条件下马歇尔试验结果表

对各项体积指标及油石比之间的关系曲线进行分析，目标空隙率为3.0%时可确定油石比为7.0%。为检验其性能是否达到规范要求，以7.0%的油石比制作一组马歇尔试件进行测试，试验结果如表7所示。

表7 马歇尔试件性能检验结果表

从试验结果来看，该目标配合比设计满足技术规范要求，可作为后续生产配合比的依据。

4 SMA-5铺筑及现场检测

将设计完成的目标配合比作为SMA-5超薄磨耗层的生产依据进行调试，得到生产配合比，选定在K13～K14段进行SMA-5超薄磨耗层的铺设。在铺筑过程中总结施工控制要点如下：

4.1 旧路面处置措施

针对旧路面处置主要包括两个方面：(1)针对旧路面病害进行及时修复，同时将旧路面上原有标线、突起路标等进行铣刨和拆除，对旧路面做好整体清理工作；(2)必须在旧路面上设置粘结层，本项目选择在旧路面上撒布SBS改性沥青(单位用量为1.1～1.2 kg/m2)，这样可以促进SMA-5超薄磨耗层与旧路面形成良好整体，有效避免SMA-5超薄磨耗层产生滑移。

4.2 温度控制

SMA混合料的温度敏感性较高，其施工质量极易受到温度影响，再加上SMA-5超薄磨耗层的摊铺厚度仅为2 cm，沥青混合料热量极易在施工过程中挥发，所以必须严格控制SMA混合料各环节的温度。参考以往施工经验以及在试验路段进行铺设，对SMA混合料的温度控制给出建议值如表8所示。

表8 各环节温度建议控制值汇总表(℃)

4.3 摊铺、碾压质量控制

在摊铺过程中一旦发生运料供应不足的情况将导致摊铺机无法连续施工，这样会严重影响摊铺质量，对路面平整度也将造成较大负面影响，所以必须保证运料车的运料供应不中断。SMA-5混合料的组成粒径较小，基本不会出现离析的情况，所以在其碾压过程中最主要的是确保混合料在高温下碾压成型。这就要求配备合理的机械组合，按照“高振频低振幅、紧跟住慢碾压”的原则进行碾压施工，同时做好施工过程的温度控制，确保SMA-5混合料能够被碾压成型。

在SMA-5超薄磨耗层试验路碾压摊铺结束后进行路用性能检测，其性能指标对比如表9所示。

表9 SMA-5超薄磨耗层路用性能检测表

从表8可以看出，旧路面的路用性能等级在加铺SMA-5超薄磨耗层后得到显著提升，其路面状况指数PCI、行驶质量指数RQI以及车辙深度指数RDI的评定等级均从良提升到优。对路用性能具体指标对比后可看出，平整度提升29%，渗水系数降低66.6%，摩擦系数增加32.7%，这反映出路面的行车舒适性、抗渗水性、抗滑性等均得到一定程度提升。综合分析，SMA-5超薄磨耗层对旧路面的性能衰减起到很好的恢复作用，能够极大程度延长路面的整体使用寿命。

5 结语

从高速公路长期运营角度分析，在路面结构性能良好但存在轻微病害时，及时介入预养护措施可有效延长路面的整体使用寿命，这样也可以避免产生较大的维修养护成本。本文通过某高速公路路面SMA-5超薄磨耗层预养护项目的开展，对SMA-5超薄磨耗层的应用进行综合分析，结果显示SMA-5超薄磨耗层能有效提升路面各项使用性能，可作为预养护技术进行大面积推广。需要强调的是，在SMA-5超薄磨耗层的实际应用中，必须依据高速公路项目原材料料源、路况性能指数及施工条件等实际情况进行综合养护方案设计以确保良好的实施效果。