SMA 改性沥青路面施工技术研究

2022-04-01唐龙全

工程建设与设计 2022年3期

唐龙全

（张家口市万全区公路管理中心，河北张家口 076250）

1 引言

SMA 俗称沥青马蹄脂碎石，是目前我国道路工程中表面层常用的混合料之一。在结构组成上，SMA 所选用的碎石粒径并非由小至大依次排列，而是缺少了一种或好几种粒径构成间断级配，保证混合料中了粗集料的含量。在材料组成上，其主要由沥青、粗细集料和纤维构成，同时足量的粗集料作为骨架，具有耐磨、抗滑、抗车辙等特点，而沥青胶结料与细集料填充骨架空隙使其整体密实，提高了强度，同时在低温环境能有效防止低温缩裂。此外，掺入的纤维以稳定剂的形式存在其中，维持SMA 混合料的稳定性[1]。因此，SMA 路面以其良好的路用性能被广泛应用于我国公路建设中。

2 工程概况

某公路路面结构采用沥青混凝土+水稳碎石基层组成，运行以来整体路况良好，但部分路段由于交通量较大出现车辙病害，同时由于道路修筑初采用石灰岩作为表面层集料，随着道路运营时间的增长，路面整体发白，交通事故时常发生。经检测单位对路面进行抗滑性能试验后发现，路面构造深度与摩擦系数已不满足规范使用要求，经研究后决定在原路面上加铺4 cm SMA-13，提高路面抗滑性能和高温性能。

3 原材料

3.1 沥青

SMA 性能相比普通沥青混凝土具有较大的提升。因此，SMA 无论在沥青用量上，还是沥青性能上都具有较高的要求。在SMA 混合料中沥青含量高，相比沥青混凝土，沥青结合料要高出1%以上。此外，由于SMA 在低温条件下能够有效防治低温缩裂，工程中选择沥青原材料时应充分考虑其黏性，故一般采用改性沥青作为原材料。项目综合考虑路用性能后决定采用SBS 改性沥青作为工程材料。

3.2 集料

SMA 混合料中使用的集料分为粗细集料2 种，但与普通沥青混凝土不同，在粗集料的含量上，即粒径大于4.75 mm 以上的碎石含量占比高达70%。在性能上，SMA 所选用的粗集料抗滑、耐磨且稳定，应采用坚硬、颗粒形状良好、针片状含量低的碎石。综合考虑后，本项目采用玄武岩碎石作为原材料，玄武岩碎石是道路工程中最为优质的集料之一。该类碎石通过嵌挤形成的SMA 骨架，能够有效抵抗车辙病害的发生。在细集料的选用上，不宜采用天然砂，应以坚硬的人工砂为主，主要原因是人工砂是通过石头粉碎形成，其颗粒较为粗糙，而天然砂风化形成外表光滑细腻且成分复杂，用于工程中具有不稳定性。

3.3 填料

填料是SMA 中不可缺少的成分，只有与填料充分融合后的沥青才能对碎石集料产生吸附作用。在本项目中，填料采用石灰岩研磨后得到，在其外观和性能上均有严格要求，对于填料的外观，应保证其松散不结团，在性能上，应进行含水量、塑性指数等检测，确保掺入时满足要求。面层矿粉的技术要求见表1。

表1 面层矿粉的技术要求

3.4 纤维

纤维在道路工程中常用于基层与面层中，通过其加筋、吸附等作用能够提升混合料性能，在SMA 中，纤维主要以稳定剂形式存在，维持混合料性能稳定。本项目以木质纤维作为原材料，其技术指标见表2。

表2 SMA 木质纤维技术指标

4 SMA 路面施工技术要点

4.1 下承层准备

考虑到本项目为加铺工程，为了充分提升路面使用品质，应对原道路路面上裂缝等病害进行处理，对存在面积较大的网裂部位应进行铣刨施工，避免直接加铺后网裂部位继续向上开裂。病害处理完毕后，对路面表面杂物进行清扫，同时通过沥青洒布车在路面均匀洒布改性沥青黏层油，其目的是提高沥青混凝土层与加铺层的黏结性能。

4.2 SMA 混合料的生产

由于SMA 沥青混合料为间断级配，在拌和过程中需要加入大量的粗集料、沥青、矿粉，因此，其施工工艺更为复杂。拌和前，对于不同材料应当加热至指定温度，在粗集料加热完毕后测量提升斗内的矿料应保证其温度在190～200 ℃，而沥青加热罐中的SBS 改性沥青应加热至160～165 ℃。原材料满足拌和温度要求后依次加入，提前设定拌和时间在70 s 左右，过短的拌和时间无法确保集料与沥青的充分拌和，拌和时间过长则会引起沥青混合料的老化，降低SMA 路用性能。SMA 混合料出厂时应对其进行温度检测，确保其温度在180～185 ℃，同时采用热成像仪确保混合料均匀[2]。

4.3 SMA 混合料的摊铺

SMA 运送至摊铺现场后应在车辆侧面专用的温度检测孔对车厢内部的混合料进行温度检测，由于沥青混合料在室温下十分坚硬，难以进行摊铺施工，因此，温度不满足要求的沥青混合料应及时废弃。本项目为双向6 车道，采用2 台整体式摊铺机进行摊铺作业，运料车抵达摊铺现场后停驻在摊铺机前，挂空挡等待摊铺机推动前进，摊铺过程中应确保有3 台运料车在摊铺机两侧等待，确保施工的顺利进行。若遇到降雨或不良天气影响时，应设施工缝，同时将拌和站已拌和完毕的混合料及时运送至储存罐[3]。

4.4 SMA 混合料的碾压

碾压是保证SMA 施工质量的关键步骤，通过钢轮压路机的振动碾压能够更好地使粗集料进行嵌挤。碾压时严禁采用胶轮压路机，其主要原因是胶轮压路机的揉搓效果会破坏SMA 组成结构，严重降低路面的抗滑性能。因此，本项目全路段采用钢轮压路机进行碾压，具体碾压工艺见表3。

表3 压路机碾压速度

5 试验路段性能检验

5.1 压实度检测

路面压实度质量控制主要从以下几方面进行：第一，合理的原材料，天然砂光滑细腻的特点使其作为细集料时易造成压实困难，因此，不宜选用天然砂作为细集料；第二，良好的施工质量，碾压施工过程控制压路机由慢至快，由外向内逐步碾压，控制摊铺机与钢轮压路机的车距，确保碾压遍数。为了验证SMA 路面是否满足验收要求，对其进行压实度检测，具体数据见表4。

表4 面层压实度检测结果

选取5 个代表位置进行压实度检测，各点为检测结果均大于98%，说明该路段加铺SMA 作为面层后压实度满足要求。

5.2 高温性能检测

根据检测报告显示，原路面车辙病害多发主要原因是路面高温性能不足，本项目采用SBS 改性沥青作为SMA 路面原材料，极大地提高了沥青黏度，提高了混合料的整体性能。为了检验SMA 路面高温性能是否满足要求，根据规范要求进行车辙试验检测混合料动稳定度及变形速率，检测结果见表5。

表5 车辙试验检测结果

对比AC 混合料和SMA 混合料车辙试验结果可知，SMA混合料动稳定度测试结果为3 586 次/mm，远高于沥青混凝土动稳定度的813 次/mm。此外，在高温条件下的变形速度，AC混合料是SMA 混合料的5 倍，出现该情况的主要原因，可能是沥青混凝土中采用的沥青为普通基质沥青，高温条件下的稳定性较差。