高速公路养护中SMA-10超薄磨耗层应用分析

张云珂

(山西省高速公路集团太原有限责任公司，山西 太原 030000)

1 项目背景

此高速公路工程项目的全线长度是26.51 km，起讫桩号是K23+160～K49+670，采用的是双向四车道，设计的行车速度是100 km/h，路面宽度是23 m。此项目于2018年10月11日正式通车，通过多年来的运营路面形成了裂缝与车辙等质量病害，但是结合公路路面技术评价关键指标情况，路面尚未发生结构性病害，沥青路面的总体结构表现比较好，满足了《公路沥青路面养护技术规范》(JTG 5142—2019)规定中对于超薄磨耗层的使用要求，所以结合项目实际情况、施工条件以及规范要求确定选择超薄磨耗层加铺方法实施沥青路面养护。

2 超薄磨耗层应用原理以及原材料技术指标

2.1 超薄磨耗层应用原理

超薄磨耗层通常是指在施工过程中，直接将乳化沥青与间断级配混合料进行有效的整合，对施工技术方案进行科学合理的编制和落实，以此为基础，用力与直接将路面的抗滑性以及渗水性能得到有效提升。对于超薄的磨耗层沥青混合料来说，在高等级公路养护中的应用具有非常重要的影响和作用，由于混凝土的材料组成在应用时，可以被看作是路用性能以及使用质量中非常重要的控制因素条件。尤其是在实践中，要对乳化沥青黏结层进行合理利用，这也是保证路面施工得以有效开展的前提。除此之外，必须要结合实际要求，保证沥青混合料的配合比设计可以满足实际要求，不仅有利于保证道路使用寿命得以延长，而且还可以保证其中涉及到的诸多指标参数具有准确性、可靠性。乳化沥青黏结层在整个摊铺施工过程中，尤其是在受到严重损害的路段表层位置处，可以起到良好的施工效果，与磨耗层黏结具有密切的联系，可以将其在实践中的作用、价值充分发挥出来。乳化沥青的流动度普遍比较大，同时具有非常强的黏结度，可以满足不同季节下在施工时提出的基本要求。在磨耗层当中，沥青混合料的厚度要进行有效控制，通常控制在2 cm的范围之内即可，对高黏的沥青进行合理利用，有利于促使材料自身的内部强度得到不断提升。在受到雨水不断冲刷、高低温环境的影响下，其整体路用效果相对良好。对于超薄磨耗层施工来说，目前现有的诸多研究技术参数中也提出了一系列的限制要求，要根据现有要求进行客观分析，提出有针对性的管控措施，为超薄磨耗层应用效果提供保证。

2.2 原材料技术指标

(1)集料

超薄磨耗层沥青混合料当中，集料在其中具有非常重要的影响和作用，具有不可替代的价值。集料中普遍分为粗集料、细集料、填料等，要保证材料的质地均匀，同时还要保证其洁净并没有任何的杂质出现。粗集料在应用时，明确的提出要求，其针片率普遍比较低，同时卵石的含量也比较低。通常在应用过程中可以在高等级的公路磨耗层中实现合理利用。集料通常都会选择利用质地相对比较坚硬的玄武岩材料，这样有利于对骨架起到良好的支撑效果。

(2)沥青

对超薄磨耗层的沥青进行选择和利用时，通常可以选择利用SBS改性里、橡胶改性沥青等，要保证沥青材料的黏度、弹性以及柔韧性相对比较良好。为从根本上保证沥青混合料的耐久性得到有效提升，要保证沥青材料本身具有非常良好的抗老化性特征，同时还要将其在磨耗层材料中的功能作用充分发挥出来。

(3)级配

结合目前超薄磨耗层在公路养护中的应用现状，由于超薄磨耗层在各个不同区域范围内都可以实现合理利用，各地区普遍都会选择级配、厚度之间具有一定差异性的标准。目前在公路养护管理工作开展中，比较常见的级配包括SMA-10、UTFC-10、OGFC-10、SAC-10等，这些不同的级配相互之间存在的差异性主要体现在材料方面，尤其是在关键筛孔粒径通过率之间具有非常明显的差异性，同时对成型的混合料空隙率、稳定性等各方面也存在明显的不同。在整个排水路面方面，通过对OGFC透水性路面展开深入分析，有利于达到良好的使用效果。而带重载交通方面，可以利用SMA级配，对路面磨耗以及车辙变形问题比较严重的路段，则可以根据实际要求，对SAC或者是UTFC磨耗层进行合理利用。

(4)油石比

在磨耗层沥青用量选择方面，通常是以试验操作为基础，这样有利于对整个试件自身的旋转压实成型情况进行确定。与此同时，压实的次数要结合目前提的一系列规范化的标准和要求，同时还要结合路面施工技术，对50次的固定旋次数进行确定，同时还要对其压力进行有效管理和控制，将其控制在600 kPa的范围内。针对目前已经成型的混合料试件中的温度、压实特性等展开深入分析，同时还要结合磨耗层混凝土的密度、孔隙率等技术参数指标进行确定，以此来实现对油石比的综合分析。需要注意的是不同的级配对应的油石比之间也会存在明显的差异性，通常SMA-10级配的油石比控制在6.0%左右，UTFC-10级配的油石比控制在5.2%左右。另外，部分掺改性剂材料在其中的加入，很有可能会对最终的油石比产生影响。

3 施工技术

3.1 加铺方案

通过方案对比分析研究，确定选择“SMA-10+SBS”改性乳化沥青黏结层超薄磨耗层加铺方案(厚度是2 cm)。采用的施工方式是普通摊铺机异步施工，也就是在SMA-10混合料摊铺前实施粘层油洒布，具体洒布量控制在0.5～0.6 L/m，同时把温度严格控制为40～60 ℃。而粘层油洒布后必须进行交通封闭，等到乳化沥青全部破乳后才能够开始实施SMA-10混合料摊铺作业。

3.2 原材料选用

(1)集料、填料以及纤维稳定剂。此项目中SMA-10超薄磨耗层选择的粗、细集料都是玄武岩碎石(其相关性能指标检测结果详见表1所示)，矿粉选择的是石灰岩矿粉，而纤维稳定剂选取的为木质素纤维(状态是颗粒状)。以上原材料的各项技术指标都满足了《公路沥青路面技术规范》(JTG F40-2004)有关规定基本要求。

表1 玄武岩碎石相关性能指标检测数据结果

沥青胶结料与粘层油。此项目中SMA-10超薄磨耗层选择的是沥青胶结料时SBSI-D改性沥青(其相关性能指标检测数据结果详见表2所示)，而粘层油选择的是SBS改性乳化沥青(其相关性能指标检测数据结果详见表3所示)。

表2 SBSI-D改性沥青相关性能 指标检测数据结果

表3 SBS改性乳化沥青相关性能指标检测数据结果

(3)级配范围。此项目中SMA-10混合料的级配设计详见表4所示。根据马歇尔试验实现配比设计的验证，从而确定最优的油石比是6.5%。

表4 SMA-10混合料级配设计

3.3 原路面检查

考虑到SMA-10超薄磨耗层的摊铺厚度相对较薄，若是原路面凹凸不平或是表面存在较多的杂质，就会造成SMA-10超薄磨耗层与原路面之间不能有效结合，从而严重影响超薄磨耗层施工质量2。所以在实施SMA-10超薄磨耗层摊铺施工前需要对原路面进行处理，尤其是原路面中的裂缝等病害，必须保证原路面的平整度、整洁度符合SMA-10超薄磨耗层施工要求。

3.4 沥青混合料生产

从本质上分析，SMA-10沥青混合料与普通热拌沥青混合料的生产工艺基本一致。但是考虑到SMA-10沥青混合料的摊铺厚度比较薄，在摊铺施工阶段混合料温度的散失速度相对较快，所以必须对SMA-10沥青混合料各项生产环节温度进行严格控制，具体如下：(1)碎石集料温度保证处于180～190 ℃；(2)沥青加热温度保证处于165～175 ℃；(3)沥青混合料拌和温度保证处于170～180 ℃。此外，SMA-10沥青混合料生产阶段需要确保充分、均匀，而且无任何的离析、花白等相关现象。

3.5 摊铺与碾压

在摊铺施工阶段需要保证SMA-10沥青混合料温度处于150～170 ℃之间，摊铺机需要匀速、慢速行驶，速度控制在2～3 m/min，且保证摊铺施工的连续性，禁止随意加减速、转弯以及掉头等，以提升沥青混合料的摊铺施工质量，避免SMA-10沥青混合料发生离析现象。由于SMA-10超薄磨耗层的摊铺厚度比较薄，因此在SMA-10沥青混合料碾压阶段必须选择静压施工方式。初压施工阶段，碾压温度应≥155 ℃，压路机的行驶速度控制在2～3 km/h之间；复压施工阶段，碾压温度应≥140 ℃，压路机的行驶速度控制在3～5 km/h；终压施工阶段，碾压温度应≥100 ℃，压路机的行驶速度控制在3～6 km/h。在SMA-10沥青混合料碾压施工完成且路面温度低于50 ℃之后，才能够解除交通封闭。

3.6 施工注意事项

超薄磨耗层在公路养护中的应用，要想保证其在实践中的整体应用效果得到有效提升，必须要对各环节注意事项给予关注和重视。首先，针对连续大交通流的路段进行养护管理时，必须要保证规划以及其中涉及到的部分路段可以得到及时有效的疏导处理，同时还要对磨耗层施工前后的安全性进行控制。在养护路段以及原路段拼接位置处进行处理时，要结合实际要求，对接触段的材料是否具有均匀性进行确定，尽可能避免由于受到材料、厚度等诸多因素的影响而导致其出现严重的跳车等问题。在整个排水性能方面提出要求路段，在超薄磨耗层摊铺以及碾压过程中，要对碾压的次数进行确定。通常在路面养护施工完成之后，必须要对目前存在的一系列缺损交通标志线等进行适当的补充和优化，避免由于受到交通安全设施不足而带来不良影响。

对于超薄磨耗层来说，由于其在国内的应用起步比较晚，目前涉及到的诸多技术手段并不是很成熟。所以在整个技术推广以及应用过程中，必须要提前对技术调研以及试验论证等工作进行有效推进，以此来达到良好的使用效果。

4 质量检测

在试验路段SMA-10超薄磨耗层施工完成之后，根据有关规定要求分别对试验段路面施工前后的PCI、RQI、构造深度以及摩擦系数等性能指标进行检测，详细检测结果见表5所示。

表5 试验路段SMA-10超薄磨耗层施工 前后性能指标检测结果

根据表5中的检测结果可知，原路面加铺SMA-10超薄磨耗层之后总体性能发生了明显变化。其中PCI、RQI与RDI指标从良级上升到了优级，表明预防性养护效果较为突出。与此同时，原路面的构造深度、摩擦系数均有所提升，而路面渗水系数由36 mL/min下降到13.5 mL/min，由此表明通过加铺SMA-10超波磨耗层显著提升了路面的路用性能，保证了高速公路行车的安全性与舒适性。

5 总 结

文章结合高速公路工程项目实际情况，重点研究了SMA-10超薄磨耗层的加铺方案、原材料选用、沥青混合料生产、沥青混合料摊铺以及碾压等技术要点。研究表明，采用SMA-10超薄磨耗层有效提升了原路面的路用性能，保证了高速公路的安全行车，也为SMA-10超薄磨耗层技术的推广应用提供借鉴。