摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例，通過SMA瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，確定各種規(guī)格礦料與瀝青的組成比例，找出SMA瀝青混合料的最佳組合;并對(duì)城市道路SMA路面施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞:城市道路:SMA瀝青混合料;配合比設(shè)計(jì);施工工藝

中圖分類號(hào):U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)12-0141-03

1引言

城市道路瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA(Stone Marx As-phalt)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型瀝青混合料，SMA瀝青路面具有高溫抗車轍、低溫抗裂、抗水損、抗滑和耐久等優(yōu)良性能。SMA是由粗骨料構(gòu)成的主要結(jié)構(gòu)，具有抗變形能力，合理填充粗集料結(jié)構(gòu)空隙的瀝青瑪蹄脂(由細(xì)集料、填料、結(jié)合料及穩(wěn)定劑組成)賦予SMA路面高度的耐久性，其粗糙、均勻表面構(gòu)造使路面具有優(yōu)良的抗滑性和較低的交通噪聲。

SMA路面雖比傳統(tǒng)瀝青混凝土路面工程造價(jià)高，但使用壽命更長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低，因而全壽命成本較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。由于SMA在我國(guó)發(fā)展歷程較短，因此對(duì)城市道路SMA瀝青混凝土路面配合比設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行分析探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2工程概況

湖南省永州某城市道路長(zhǎng)4.85km，雙向6車道全部鋪筑SMA瀝青抗滑表層，現(xiàn)對(duì)SMA瀝青混凝土配合比及施工工藝進(jìn)行探討。

3城市道路SMA瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1原材料

(1)瀝青

基質(zhì)瀝青采用AH-90重交通道路瀝青，再拌和場(chǎng)添加5%岳化SBS用蘭亭-30設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)改性，顯微鏡觀察聚合物SBS顆粒均在5cm之下。

(2)粗集料

粗集料選用本地區(qū)產(chǎn)的玄武巖做碎石或石灰石做碎石，4.75~9.5mm、9.5~13.2mm、13.2~19.0mm集中，石質(zhì)良好、針片狀等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范要求，與基質(zhì)瀝青粘附能力為Ⅳ，與改性瀝青粘附能力為V。

(3)細(xì)集料

細(xì)集料選取用本地優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r，由專門配有選取裝置的設(shè)備加工而成，機(jī)制砂2~3mm通過率100%，0.75mm通過率接近于0。

(4)填料

填料選用優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r磨細(xì)而得的礦粉，細(xì)度符合要求，親水系數(shù)小于1。

3.2配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料組成設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確定各種規(guī)格礦料與瀝青的比例，找出混合料的最佳組成，使其滿足路用性能要求，容易施工且經(jīng)濟(jì)合理。配合比設(shè)計(jì)分三階段進(jìn)行，即目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比、生產(chǎn)配合比驗(yàn)證。

3.2.1目標(biāo)配合比

確定目標(biāo)配合比的目的在于初步確定最佳瀝青用量，為生產(chǎn)配合比提供參數(shù)，同時(shí)作為冷料倉(cāng)按比例供料的依據(jù)。

3.2.1.1確定礦料組成

按照SMA混合料配合比設(shè)計(jì)方法，第一批試驗(yàn)設(shè)計(jì)成三種級(jí)配，以4.75mm通過率為變化點(diǎn)，使4.75mm通過率為22%、25%、28%左右。三個(gè)級(jí)配均固定礦粉用量，經(jīng)過計(jì)算如表1。

按我國(guó)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ058-2000)的方法測(cè)定4.75mm以上粗集料的松方相對(duì)密度RS，根據(jù)4.75mm以上粗集料的毛體積相對(duì)密度GCA計(jì)算得到每一組礦料4.75mm以上粗集料的間隙VCADRC，如表2。

3.2.1.2確定最佳瀝青用量

按確定礦料配合比以0.3%的間隔，分別進(jìn)行4組馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

考慮到合成集料的毛體積相對(duì)密度為2.840g/cm3，對(duì)應(yīng)的最小油石比為5.8%。參照中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)公路工程委員會(huì)發(fā)布的《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南》，對(duì)于高溫穩(wěn)定性要求較高的重交通路段，設(shè)計(jì)空隙率允許放寬到4.5%，結(jié)合有關(guān)通知確定最佳油石比為6.2%。按此最佳油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。結(jié)果如表4。

3.2.2生產(chǎn)配合比

生產(chǎn)配合比就是確定二次篩分后拌和設(shè)備各熱料倉(cāng)礦料比例和瀝青用量，即標(biāo)準(zhǔn)配合比直接為混合料生產(chǎn)服務(wù)。

3.2.2.1拌和設(shè)備簡(jiǎn)介

拌和設(shè)備為兩臺(tái)3000型、一臺(tái)2000型間歇式拌和樓，均外設(shè)六個(gè)料倉(cāng)，兩個(gè)礦粉罐，內(nèi)設(shè)五個(gè)熱料倉(cāng)，推動(dòng)篩網(wǎng)尺寸由大到小依次為20mm×20mm、15mm×15mm、11mm×11mm、6mm×6mm、3mm×3mm，礦粉、瀝青及木質(zhì)素纖維單獨(dú)稱量，兩臺(tái)拌和樓的內(nèi)部設(shè)置完全相同，所有生產(chǎn)過程均稱序控制，自動(dòng)計(jì)量拌和，拌和設(shè)備還必須設(shè)置除塵裝置，生產(chǎn)中決不允許使用回收粉塵。

3.2.2.2礦料組成設(shè)計(jì)

從拌和設(shè)備各熱料倉(cāng)和礦粉罐內(nèi)取樣分別進(jìn)行篩分試驗(yàn)和密度試驗(yàn)，通過計(jì)算得出各熱料倉(cāng)的比例，經(jīng)過試算復(fù)核調(diào)整為5#、4#、3#、2#、1#，礦粉:水泥=21:20:34:4:10:11?；厥辗蹓m全部廢棄，合成級(jí)配與目標(biāo)配合比合成級(jí)配基本一致，礦料混合級(jí)配如表5。

3.2.2.3確定最佳瀝青用量

根據(jù)上述礦粉比例，選取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳油石比6.2%和±0.3%，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。結(jié)果如表6。

按最佳油石比6.2%對(duì)SMA混合料進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表7。

符合規(guī)定要求，選定生產(chǎn)配合比最佳油石比為6.2%。

3.2.3生產(chǎn)配合比驗(yàn)證

按生產(chǎn)配合比確定瀝青用量的礦料比例進(jìn)行試拌。經(jīng)觀察混合料拌和均勻，無(wú)花白料，測(cè)試拌和溫度在165~170℃。在拌和場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行，路外試驗(yàn)段鋪筑，通過對(duì)試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、燃燒法測(cè)定油石比試驗(yàn)，均符合規(guī)范要求。試件在60℃的條件下做車轍測(cè)試，動(dòng)穩(wěn)定度為6190.28次/mm，滿足設(shè)計(jì)要求。所鋪筑的試驗(yàn)段碾壓成型后經(jīng)觀測(cè)，攤鋪均勻，顏色一致，無(wú)離析現(xiàn)象，鉆芯后觀測(cè)試樣粗細(xì)分布均勻，骨料嵌擠良好，壓實(shí)度均在98%以上，說(shuō)明所確定的生產(chǎn)配合比是合適的，將其作為生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)配合比，不得隨意改動(dòng)。

4 SMA瀝青混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

在新建的公路上大面積鋪筑SMA抗滑表層，必須先鋪筑試驗(yàn)路段，其長(zhǎng)度不短于500m，以驗(yàn)證SMA混合料的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比及施工工藝，是否符合“規(guī)范”的要求，路面的外觀質(zhì)量、平整度、結(jié)構(gòu)深度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，以及還有哪些不足需要進(jìn)一步完善與強(qiáng)化達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，具體施工工藝如下:

4.1原材料的質(zhì)量控制

在施工過程中，加強(qiáng)試驗(yàn)量強(qiáng)化檢測(cè)手段，保證檢驗(yàn)頻率，有專人對(duì)原材料和混合料生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，杜絕不合格原材料進(jìn)場(chǎng)。在各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求的前提下，擇優(yōu)錄取，而且每批改性劑進(jìn)場(chǎng)均要有出廠合格證明，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)潮、結(jié)塊、顏色不正常的一律不用，按規(guī)定的頻率進(jìn)行檢驗(yàn)，合格方可使用。

基質(zhì)在使用之前必須做三大指標(biāo)(針入度、延度、軟化點(diǎn))試驗(yàn)，必須做老化試驗(yàn)，老化試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOF)方法為準(zhǔn)，允許采用薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)方法代替，但必須在報(bào)告中注明。改性瀝青的技術(shù)要求如表8。

粗集料選用吸水性集料，要求石質(zhì)堅(jiān)硬、粗糙、具有棱角，為錘式或錐式破碎，外觀接近立方體，限制扁平粒含量，有良好的嵌擠能力。符合規(guī)范要求。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)嵌擠效果，細(xì)集料使用機(jī)制砂，適當(dāng)減少天然砂的用量，細(xì)集料應(yīng)干凈、堅(jiān)硬、干燥、無(wú)分化、無(wú)雜質(zhì)或其他有害物質(zhì)，石灰?guī)r石屑應(yīng)用適當(dāng)?shù)募?jí)配，天然砂應(yīng)有中砂的級(jí)配的細(xì)度模數(shù)(稍細(xì)也可以)。符合規(guī)范要求。

填料采用石灰?guī)r等堿性磨細(xì)的礦粉，礦粉必須干凈、潔凈，不能含有雜質(zhì)和團(tuán)粒。滿足規(guī)范要求。

4.2SMA混合料的拌和

施工時(shí)規(guī)定每臺(tái)拌和樓每臺(tái)班做兩次油石比、篩分、馬歇爾試驗(yàn)，并隨時(shí)檢測(cè)拌和溫度。

施工要求在正式鋪筑前進(jìn)行試拌，通過肉眼觀察混合料的質(zhì)量是否合格，并取樣試驗(yàn)礦粉級(jí)配和改性瀝青用量是否符合設(shè)計(jì)要求，一般肉眼觀察SMA混合料沒有一般瀝青混合料亮，用油量外觀看好象偏低，實(shí)際在攤鋪上如與一般瀝青混合料差不多，那么碾壓時(shí)就有可能在路面產(chǎn)生許多油斑，將來(lái)不可避免要產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。

經(jīng)過試拌檢驗(yàn)后沒有問題，即可進(jìn)行試驗(yàn)段的攤鋪，攤鋪試驗(yàn)段的目的是為進(jìn)一步檢驗(yàn)瀝青用量和礦粉級(jí)配，確定攤鋪和壓實(shí)方法、現(xiàn)場(chǎng)攤鋪和碾壓的合適溫度，以及混合料的松鋪系數(shù)，并鉆芯取樣測(cè)定壓實(shí)度、厚度及確定馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)是否符合要求。

4.3SMA混合料的運(yùn)輸

在拌和場(chǎng)當(dāng)拌和機(jī)向運(yùn)輸車上裝料時(shí)，必須在運(yùn)輸料旁專人看守，防止因纖維未能加入而使混合料油過大或因其他原因使混合料油過小，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格的混合料時(shí)，必須廢棄。

SMA混合料的運(yùn)輸與一般瀝青混合料的運(yùn)輸要求差不多，所不同的是因產(chǎn)量較SBS改性瀝青混合料降低約30%，運(yùn)輸車輛數(shù)量適當(dāng)?shù)臏p少，因運(yùn)輸車待機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，粗集料表面油膜相對(duì)較薄，混合料溫度降低速度較快，隨著溫度的下降，聚合物開始固化，混合料失去和易性，不能保證充分碾壓，所以必須加蓋蓬布，防止溫度降低混合料冷卻。

4.4SMA混合料攤鋪

SMA混合料攤鋪，可以使用攤鋪一般瀝青混合料的攤鋪機(jī)。SMA在攤鋪前應(yīng)將路面表面散落雜物、泥土清理干凈，噴灑粘層瀝青用量為0.3~0.5L/m，粘層瀝青宜選用改性乳化瀝青。當(dāng)攤鋪路幅較寬時(shí)，SMA宜采用雙機(jī)組成梯隊(duì)作業(yè)，進(jìn)行聯(lián)合攤鋪，兩機(jī)前后間隔5~10m;相鄰兩幅之間應(yīng)有重疊，其重疊寬度應(yīng)為15~20cm;攤鋪時(shí)應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行不得中斷，攤鋪速度可根據(jù)供料情況而定，通常為2~3m/min。

SMA混合料的攤鋪溫度不低于160℃，施工氣溫不低于l0℃，SMA混合料攤鋪不得夜間施工，遇雨應(yīng)立即停止攤鋪，殘留在車廂內(nèi)已經(jīng)結(jié)塊的SMA混合料不得使用。

4.5 SMA混合料的壓實(shí)

SMA混合料攤鋪后應(yīng)立即進(jìn)行碾壓，雙機(jī)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)應(yīng)從先攤鋪的邊緣開始向另一側(cè)碾壓，且不可從兩側(cè)邊緣向中間進(jìn)行，這樣容易出路拱。碾壓溫度:SMA混合料攤鋪后即進(jìn)行碾壓，碾壓終了溫度不低于120℃，溫度過低無(wú)法壓實(shí)，這就要求碾壓工作應(yīng)加快，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到壓實(shí)度要求。

碾壓步驟:碾壓應(yīng)分初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)步驟，初壓以10t以上雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行，從路的一側(cè)開始向另一側(cè)進(jìn)行，雙輪壓路機(jī)以1/3錯(cuò)輪進(jìn)行，碾壓遍數(shù)為2遍;復(fù)壓，用12~15t鋼輪壓路機(jī)，也是從邊緣向另一側(cè)進(jìn)行，以1/2錯(cuò)輪進(jìn)行復(fù)壓，碾壓3遍;終了壓實(shí)又稱趕光壓實(shí)，以10t雙輪壓路機(jī)進(jìn)行，其碾壓遍數(shù)以消除輪跡為準(zhǔn)，一般碾壓2遍即可，但終了壓實(shí)溫度不低于120℃。SMA混合料的壓實(shí)不得使用輪胎式壓路機(jī)，通過試驗(yàn)路段表明，振動(dòng)壓路機(jī)低檔輕微振動(dòng)還可以，但時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免泛油。

4.6施工接縫

SMA混合料在施工中要求連續(xù)攤鋪，但總是不可避免的要停頓，這就會(huì)出現(xiàn)施工接縫，一般均為橫向接縫。SMA面層不得出現(xiàn)縱向冷接縫，所以路幅較寬時(shí)要求梯隊(duì)攤鋪雙機(jī)聯(lián)合作業(yè)。SMA混合料每天施工結(jié)束時(shí)，攤鋪機(jī)在接近終了端前1m處，將攤鋪機(jī)熨平板稍稍抬起，駛離現(xiàn)場(chǎng)，用人工將端部混合料鏟齊后再碾壓，然后用3m直尺檢查平整度，趁混合料尚未冷透時(shí)劃線垂直刨除端部厚度不足部分。第二天接著進(jìn)行攤鋪時(shí)，在預(yù)定攤鋪的末端，攤鋪機(jī)就位，在已成型的路面上墊上木板塊(一般可墊3~4塊)，在熨平板下，同時(shí)開始加熱，使已鋪好的混合料軟化，便于新舊混合料的結(jié)合，達(dá)到預(yù)熱溫度后撤出木板塊開始攤鋪。攤鋪后立即開始碾壓，先以雙輪壓路機(jī)碾壓，同時(shí)可用高頻振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓。遇有接縫處表面較粗或偏低時(shí)，可用人工篩細(xì)料鋪筑找平，再進(jìn)行碾壓后用3m直尺檢查平整度符合要求為止。

因?yàn)镾MA粗集料表面油膜較薄，改性瀝青與纖維、礦粉和少量細(xì)集料形成的瑪蹄脂結(jié)合料只有在經(jīng)過碾壓后才顯出粘性，所以在施工橫向接縫處理過程中，必須仔細(xì)操作，攤鋪前在橫向接縫處涂刷少量的乳化瀝青，當(dāng)碾壓完畢并將橫向接縫切割好后，利用水將接縫處理干凈后再進(jìn)行操作。

6結(jié)論及建議

綜上所述，瀝青混凝土纖維添加量一定控制準(zhǔn)確，添加多了自由瀝青不足，導(dǎo)致瑪蹄脂數(shù)量不足，混合料粘結(jié)力不夠，空隙率過大而耐久性差。添加少了通車之后，就發(fā)現(xiàn)泛油、車轍等不良現(xiàn)象，導(dǎo)致路面早期損壞，因而在選擇纖維添加設(shè)備時(shí)一定要嚴(yán)格把關(guān)，切記使用計(jì)量精度不夠的設(shè)備，從而使配合比設(shè)計(jì)不精確，影響路面質(zhì)量，具體建議如下:

(1)原材料質(zhì)量的良好控制是保證整體施工質(zhì)量的首要條件，控制原材料質(zhì)量:控制料質(zhì)、料源良好、穩(wěn)定;控制集料級(jí)配穩(wěn)定;控制料的摻量。

(2)表面層粗集料必須堅(jiān)硬，針片狀顆粒少，以便嵌擠良好。細(xì)集料一般不用天然砂，宜采用堅(jiān)硬的人工砂，必須由憎水性石料磨細(xì)，不宜采用回收粉塵。

(3)嚴(yán)格控制混合料級(jí)配穩(wěn)定是保證施工質(zhì)量的重要因素，級(jí)配的變化不僅影響到相對(duì)瀝青用量的變化，而且對(duì)表面成型情況、構(gòu)造深度、防水性能都有直接影響。

(4)嚴(yán)格控制瀝青用量的準(zhǔn)確性是保證工程質(zhì)量的另一個(gè)方面，用油量大，則宜泛油起包，構(gòu)造深度小;用油量小，瀝青與集料粘結(jié)力不足，路面抗沖擊、抗裂性能都會(huì)顯著下降。

(5)溫度是SMA瀝青混合料施工中控制的關(guān)鍵，城市市政道路表面層一般采用改性瀝青，感溫性強(qiáng)，溫度下降幅度大，施工中加熱溫度要適當(dāng)提高，拌和時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)，且一定縮短攤鋪與碾壓的時(shí)間差。

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