譚海燕

摘要：SMA具有良好的實(shí)用性、耐久性和溫度穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。文章介紹了SMA的材料特性和性能優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合工程案例，研究了SMA-13改性瀝青混凝土上面層施工技術(shù)與工藝。

關(guān)鍵詞：SMA-13改性瀝青混凝土;上面層;施工技術(shù);案例分析

0 引言

所謂的SMA，是瀝青瑪蹄脂碎石混合料的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，由該材料按照一定級(jí)配設(shè)計(jì)所組成的面層結(jié)構(gòu)，有著良好的實(shí)用性、耐久性和溫度穩(wěn)定性等優(yōu)良性能。具體設(shè)計(jì)施工時(shí)，首先要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)因素做出分析，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求與設(shè)計(jì)原則進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，對(duì)各組分的配比做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保施工后的面層結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求與行車(chē)需求。

1 SMA概述

1.1 材料特性

首先，SMA是一種典型的瀝青混合料，其主要由瀝青、礦粉以及粗、細(xì)集料等組成，設(shè)計(jì)時(shí)還要根據(jù)施工需求添加一定量的纖維穩(wěn)定劑等材料，以提高SMA的整體性能。由于在瀝青瑪蹄脂材料中填充了合理級(jí)配的粗、細(xì)集料等骨架材料，因而混合料的構(gòu)成特性將得到優(yōu)化與改善。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)大多將瀝青含量控制在6%左右，混合料中的礦粉用量主要占到8%～12%上下。粗集料（粒徑>4.75 mm）的用量較高，主要占到70%～80%左右，對(duì)于細(xì)集料（粒徑<4.75 mm）而言，占到礦料總重的20%～30%左右。由于骨料之間的彼此嵌擠作用，再加之瑪蹄脂膠結(jié)料有著良好的粘裹性能，因而采用該材料施工的上面層結(jié)構(gòu)在抗滑、抗低溫、抗高溫以及水穩(wěn)定性、耐久性方面都有著良好的表現(xiàn)?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)該材料的應(yīng)用與推廣，并做好理論研究與實(shí)踐操作之間的配合，全面改善我國(guó)公路工程的建設(shè)質(zhì)量與使用性能。

1.2 性能優(yōu)勢(shì)

（1）SMA的耐老化性能較為優(yōu)異。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與工程實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)拌和之后的改性瀝青混合料開(kāi)展環(huán)境模擬試驗(yàn)，并采取回彈模量比進(jìn)行抗老化性能的評(píng)判，結(jié)果是瀝青混合料在抗老化性能方面的性能得到了顯著的改善。在工程[KG（0.1mm]實(shí)踐中，不管是嚴(yán)寒多雪的東北地區(qū)，還是高溫濕潤(rùn)的華南地區(qū)，應(yīng)用SMA材料修建的面層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了良好的抗老化性能。（2）SMA有著良好的低溫抗裂性。低溫環(huán)境下，當(dāng)改性瀝青材料的針入度控制在1.2左右時(shí)，隨著材料當(dāng)量脆點(diǎn)的不斷降低，SMA的低溫抗裂性能將逐漸提高。（3）高溫穩(wěn)定性。在進(jìn)行SMA高溫特性的研究時(shí)，主要采用針入度以及軟化點(diǎn)兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行表征。研究表明，通過(guò)在SMA中添加適量的SBS改性劑等材料，可以使得SMA的針入度逐漸減小，因而材料的軟化點(diǎn)得到了提高，高溫性能得到了改善。（4）SMA有著較強(qiáng)的水穩(wěn)定性。在進(jìn)行混合料的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)提高配合比的合理性，能夠有效增強(qiáng)改性使瀝青混合料和粗、細(xì)集料之間的粘附效果更好。同時(shí)，通過(guò)適當(dāng)降低面層結(jié)構(gòu)的空隙率，也能使結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性能得到改善。

2 案例分析

2.1 工程概況

在桂林某高速公路路面改造項(xiàng)目中，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)因素的分析以及專(zhuān)家組論證等工作之后，決定采用SMA-13型瀝青混凝土作為道路的上面層結(jié)構(gòu)。其中，道路的寬度設(shè)計(jì)為11.25 m，厚度設(shè)計(jì)為4 cm，并在K86+930～K88+400段左幅開(kāi)展了相應(yīng)的上面層試驗(yàn)段施工工作。具體試鋪期間，嚴(yán)格按照試拌、試鋪的規(guī)范要求進(jìn)行操作。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段的使用效果進(jìn)行檢測(cè)之后，表明了試驗(yàn)段的施工完全滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范的要求。在進(jìn)行正常的施工過(guò)程之前，借助于試驗(yàn)段的試鋪，能夠幫助設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員確定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，尤其是礦料的配合比以及油石比等參數(shù)，進(jìn)而確保工程施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與使用要求。另外，通過(guò)開(kāi)展試驗(yàn)段試鋪工作，還能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備、通迅以及指揮等工作提供合理的建議，進(jìn)而便于施工期間的組織與管理。具體施工期間，經(jīng)業(yè)主及總監(jiān)辦批準(zhǔn)，項(xiàng)目部進(jìn)行SMA-13瀝青混凝土上面層試驗(yàn)段施工，施工樁號(hào)為K26+930～K28+400段左幅，全長(zhǎng)1 470 m，結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度為4 cm。施工時(shí)天氣晴朗，溫度為29 ℃～31 ℃，風(fēng)力1級(jí)，試驗(yàn)段試鋪時(shí)間為12：00到23：00結(jié)束。

2.2 原材料情況

2.2.1 瀝青

對(duì)于該試驗(yàn)段的試鋪工作而言，所使用的瀝青主要來(lái)自中航路通實(shí)業(yè)公司，材料類(lèi)型為SBS（I-D）改性瀝青。在這一過(guò)程中，對(duì)材料的質(zhì)量做出了檢驗(yàn)，確保質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件與規(guī)范的各項(xiàng)要求。其中，表1為試驗(yàn)段瀝青檢測(cè)指標(biāo)結(jié)果。

2.2.2 集料

試鋪期間，所使用的集料主要為級(jí)配碎石，通過(guò)對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)之后，表明所用材料的質(zhì)量能夠滿(mǎn)足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。粗集料使用的是輝綠巖碎石，而試鋪期間的細(xì)集料，主要使用的是靈川縣西峰石場(chǎng)所提供的機(jī)制砂。這主要是由于該種石料有著良好的形狀特性，并且表面潔凈、干燥，不存在風(fēng)化、雜質(zhì)等問(wèn)題。通過(guò)上述材料的使用，可以提高上面層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐磨耗特性。具體加工期間，主要使用的設(shè)備是反擊式破碎機(jī)。加工過(guò)程中根據(jù)工程需求，對(duì)粒徑的規(guī)格做出了嚴(yán)格的控制。另外，試驗(yàn)室對(duì)進(jìn)場(chǎng)的集料做出了定期的檢驗(yàn)（1次/d），細(xì)集料每天上午、下午各檢驗(yàn)一次。

2.2.3 填料

試鋪段的填料主要使用的是石灰?guī)r磨制形成的礦粉。施工期間控制礦粉干燥、潔凈程度，并確保無(wú)結(jié)塊問(wèn)題的出現(xiàn)。對(duì)于礦粉的日常檢驗(yàn)，主要是在進(jìn)場(chǎng)時(shí)對(duì)其進(jìn)行2次/d檢測(cè)。

2.2.4 纖維穩(wěn)定劑

在進(jìn)行該試驗(yàn)段的試鋪施工時(shí)，主要采用絮狀、顆粒兩種不同的木制纖維材料。

2.3 生產(chǎn)配合比

經(jīng)過(guò)多方研究與協(xié)商之后，最終決定采用表2中的生產(chǎn)配合比。

2.4 試驗(yàn)路施工工藝

2.4.1 拌和樓拌和

（1）拌和設(shè)備的選取對(duì)于混合料的均勻程度有著直接的影響。在本工程中，主要采用的是間歇式的拌和設(shè)備，這一設(shè)備有著強(qiáng)大的自動(dòng)控制性能。同時(shí)，所用設(shè)備的時(shí)產(chǎn)最高可以達(dá)到300 t。（2）拌和過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)溫度的控制?？紤]到工程實(shí)際狀況，將其控制在170 ℃～180 ℃左右。需要注意的是，拌和樓的生產(chǎn)能力要與現(xiàn)場(chǎng)施工需求相匹配。拌和工作結(jié)束后，要確保瀝青混合料有著良好的均勻性與一致性，并且不能出現(xiàn)花白料，也不能發(fā)生混合料結(jié)團(tuán)成塊等問(wèn)題。在出料之后，檢測(cè)人員要加強(qiáng)對(duì)混合料外觀以及溫度等指標(biāo)的檢查，確保質(zhì)量合格之后，才能進(jìn)行后續(xù)的運(yùn)輸、攤鋪等工作。

2.4.2 混合料的運(yùn)輸

（1）考慮到現(xiàn)場(chǎng)的施工要求與運(yùn)輸距離、交通狀況等因素，決定將試驗(yàn)段運(yùn)料車(chē)的數(shù)量確定為10輛。同時(shí)，在拌和站中也分配4輛車(chē)用于開(kāi)展接料工作。需要注意的是，要參考各部門(mén)的實(shí)際施工狀況，對(duì)運(yùn)距、車(chē)輛數(shù)量做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。（2）運(yùn)輸期間，對(duì)于溫度的測(cè)定主要使用的是玻璃棒溫度計(jì)，它的測(cè)量范圍可以達(dá)到200 ℃。在每一臺(tái)運(yùn)輸汽車(chē)的側(cè)面中部位置處，還專(zhuān)門(mén)設(shè)置了檢測(cè)孔，用于測(cè)量、控制混合料的溫度。（3）在開(kāi)展運(yùn)輸工作之前，需要對(duì)車(chē)廂進(jìn)行徹底的清掃，防止內(nèi)側(cè)沾有雜質(zhì)影響混合料的品質(zhì)。為確保裝卸工作的順利開(kāi)展，可在車(chē)輛內(nèi)側(cè)涂上一層隔離劑，本工程中涂刷的是1[JX-+0.2mm]∶[JX+0.2mm]3柴油水混合溶液，這樣可避免集料粘結(jié)在車(chē)廂上，同時(shí)有利于卸料工作的開(kāi)展。此外，當(dāng)運(yùn)輸車(chē)輛駛進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)之后，要對(duì)輪胎的干凈狀況進(jìn)行嚴(yán)查，不能出現(xiàn)輪胎上粘有異物的問(wèn)題，必要時(shí)要進(jìn)行清理。這一過(guò)程中，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種機(jī)械進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，各部門(mén)之間要加強(qiáng)溝通，確保施工環(huán)節(jié)的流暢程度。

2.4.3 攤鋪

在本工程中，使用的攤鋪設(shè)備是1臺(tái)福格勒牌攤鋪設(shè)備，其型號(hào)為SUPER2100-2，該設(shè)備可以進(jìn)行全幅攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。具體攤鋪工作中，需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：（1）要做好現(xiàn)場(chǎng)攤鋪速度的控制，車(chē)輛行駛速度應(yīng)控制在2.0～3.0 m/min之間，同時(shí)夯錘振級(jí)要設(shè)定成4.0級(jí);（2）攤鋪時(shí)要緩慢、均勻，不能出現(xiàn)間斷的問(wèn)題，且不能隨意變更行駛速度;（3）現(xiàn)場(chǎng)攤鋪工作中，攤鋪機(jī)的前面應(yīng)至少有5輛運(yùn)料車(chē)，并根據(jù)施工情況合理安排等候區(qū)域。具體攤鋪時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格做到卸料快、攤鋪快、整平快。在進(jìn)行碾壓工作時(shí)要進(jìn)行初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)不同的階段，攤鋪機(jī)、碾壓機(jī)、運(yùn)輸車(chē)以及現(xiàn)場(chǎng)的工作人員之間應(yīng)進(jìn)行密切的配合。

2.4.4 碾壓

（1）碾壓機(jī)與攤鋪機(jī)之間的距離應(yīng)控制在3～4 m。壓路機(jī)施工時(shí)應(yīng)從外側(cè)逐步向中心開(kāi)展碾壓工作。需要注意的是，相鄰的碾壓帶要進(jìn)行重疊，其寬度應(yīng)控制在1/3～1/2輪寬的距離。（2）初壓期間壓路機(jī)要緊跟現(xiàn)場(chǎng)的攤鋪機(jī)，速度應(yīng)控制在2～2.5 km/h左右。初壓結(jié)束后緊跟復(fù)壓，本工程中使用的復(fù)壓設(shè)備主要是2臺(tái)鋼輪壓路機(jī)，復(fù)壓施工采用揉壓2～3遍的方式。這一過(guò)程中，碾壓的速度要控制在3～4.5 km/h之間。（3）復(fù)壓與終壓的碾壓段落不能>40 m。

2.4.5 試驗(yàn)路試鋪

本次試驗(yàn)路對(duì)絮狀木質(zhì)素纖維和顆粒木質(zhì)素纖維摻配的SMA-13上面層均進(jìn)行了鋪筑。在整體級(jí)配未出現(xiàn)大幅度改動(dòng)下，小幅度優(yōu)化1#（10～15 mm）、2#（5～10 mm）料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，選取最優(yōu)路用性能配合比為最終生產(chǎn)配合比，故試驗(yàn)段采用3種配合比（絮狀兩個(gè)、顆粒一個(gè)）進(jìn)行試鋪，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

同時(shí)，為了保證混合料具有良好的使用性能，對(duì)各個(gè)階段的混合料溫度都進(jìn)行了控制監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行試驗(yàn)段的具體施工時(shí)，檢測(cè)人員對(duì)各項(xiàng)溫度進(jìn)行了詳細(xì)的記錄。其中，混合料的出場(chǎng)溫度平均控制在184 ℃左右，混合料的到場(chǎng)溫度平均控制在179 ℃。另外，攤鋪期間的溫度平均控制在169 ℃左右，終了溫度平均控制在107 ℃。上述數(shù)據(jù)表明試鋪施工時(shí)的溫度完全可以達(dá)到施工的要求。

2.5 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

在拌和樓調(diào)試完畢，穩(wěn)定出料之后，工地試驗(yàn)室在拌和樓取料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表4）：（絮狀）木質(zhì)素纖維馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件、招標(biāo)文件及規(guī)范相關(guān)要求，而（顆粒）木質(zhì)素纖維馬歇爾試驗(yàn)的礦料間隙率未能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件、招標(biāo)文件及規(guī)范的相關(guān)要求。

2.5.2 燃燒篩分試驗(yàn)

工地試驗(yàn)室同時(shí)在拌和樓取樣進(jìn)行燃燒篩分試驗(yàn)，其中表5是（絮狀1）燃燒篩分試驗(yàn)的相關(guān)結(jié)果，圖1是試驗(yàn)中的級(jí)配對(duì)照情況。

根據(jù)燃燒篩分結(jié)果可知，生產(chǎn)的混合料油石比均滿(mǎn)足招標(biāo)文件的控制要求，礦料合成級(jí)配均滿(mǎn)足招標(biāo)文件的控制要求。

2.5.3 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

在開(kāi)展車(chē)轍試驗(yàn)時(shí)，主要在工地試驗(yàn)室選用相關(guān)的材料，制作成型的車(chē)轍板試件，并以此開(kāi)展試驗(yàn)。具體試驗(yàn)期間，對(duì)于溫度（70±1 ℃）以及荷載狀況（0.7±0.05 MPa）進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，這樣一來(lái)就能對(duì)材料的高溫穩(wěn)定性能做出分析判斷。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析表明，材料的高溫穩(wěn)定性能完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.6 試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果的分析

施工期間主要采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方式，組織人員對(duì)試驗(yàn)路段開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。具體檢測(cè)工作中，主要采取鉆取芯樣等一系列的檢測(cè)方式，重點(diǎn)對(duì)路面的厚度以及平整度狀況做出檢測(cè)。其中，表6是具體檢測(cè)工作的結(jié)果，主要包括滲水檢測(cè)、構(gòu)造深度檢測(cè)。

從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可以看出：（絮狀）木質(zhì)素纖維的室內(nèi)馬歇爾性能指標(biāo)均滿(mǎn)足招標(biāo)文件控制要求，但是級(jí)配一4#料倉(cāng)原材料進(jìn)料比例較大，生產(chǎn)出來(lái)的混合料表面粗顆粒較多，影響瀝青路面表面的均勻性，瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率較偏小容易起車(chē)轍，不利于大面積生產(chǎn)施工。而（顆粒）木質(zhì)素纖維的室內(nèi)馬歇爾性能指標(biāo)中，礦料間隙率未滿(mǎn)足招標(biāo)文件控制要求的指標(biāo)。從現(xiàn)場(chǎng)芯樣結(jié)果看，（絮狀）木質(zhì)素纖維試驗(yàn)路芯樣的厚度均滿(mǎn)足招標(biāo)文件的控制要求，芯樣理論密度壓實(shí)度也滿(mǎn)足招標(biāo)文件的控制要求，建議現(xiàn)場(chǎng)空隙率控制在4%左右，均值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件要求，現(xiàn)場(chǎng)效果良好。

2.7 試驗(yàn)路總結(jié)

（1）根據(jù)試驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，試驗(yàn)路所用材料（瀝青、集料）均能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)文件要求，在后續(xù)大規(guī)模施工中項(xiàng)目部會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)原材料質(zhì)量的控制工作，保證施工成品質(zhì)量。（2）要加強(qiáng)對(duì)拌和樓拌料溫度的管控，防止加熱溫度過(guò)高而使瀝青材料出現(xiàn)老化問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，瀝青的拌和溫度要控制在155 ℃～165 ℃之間，礦料的拌和溫度要控制在190 ℃～210 ℃左右。如果采用干拌的方式，要將拌和時(shí)間控制在18 s左右;如果采用濕拌的方式，要將其時(shí)間控制在28 s左右，拌料的周期要維持在70 s。此外，經(jīng)過(guò)調(diào)整后絮狀纖維試鋪的生產(chǎn)配合比較好地解決了顆粒纖維試鋪時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，并且室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件要求，因此在大規(guī)模施工時(shí)建議使用此級(jí)配。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，公路工程作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，其建設(shè)質(zhì)量受到了各方的關(guān)注。因此，當(dāng)前要加強(qiáng)對(duì)SMA等重要材料的應(yīng)用，不斷提高生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)質(zhì)量與效果，加強(qiáng)對(duì)材料缺陷與施工病害的研究，從材料選取、改性劑的使用、配合比優(yōu)化、施工質(zhì)量管控、施工工藝的改進(jìn)等諸多方面加強(qiáng)對(duì)公路工程質(zhì)量的控制，尤其要做好施工技術(shù)與工藝的合理應(yīng)用，確保公路施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，提高行車(chē)的安全性與舒適度。

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