文/李志鵬、李曉輝

1 研究背景

HS 高速公路第四合同段所在地區(qū)冬季寒冷，夏季炎熱，因受到氣候條件、施工工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原材料質(zhì)量等的影響，瀝青路面容易出現(xiàn)夏季泛油、擁包及冬季開(kāi)裂等病害，嚴(yán)重影響瀝青路面路用性能和適用壽命。為增強(qiáng)瀝青路面高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性，本公路第四合同段內(nèi)以起訖樁號(hào)K45+200～K45+700右半幅長(zhǎng)度500m 的路段為鋪筑試驗(yàn)段，試驗(yàn)段按雙向四車(chē)道設(shè)計(jì)，路面寬7．5m。試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)按30cm 厚5%水穩(wěn)砂礫底基層+18cm 厚6%水穩(wěn)砂礫基層+油 石比4．5% 的6cm 厚AC-25I 瀝青混凝 土 下 面層+油 石比4．8% 的5cm 厚AC-20I 瀝青混凝 土 中 面層+4cm 厚瀝青上面層設(shè)計(jì)。

考慮到本公路工程第四合同段交通量大、超載超限多、氣候條件特殊，為防止瀝青路面在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)車(chē)轍、波浪、擁包等病害，決定采用改性瀝青SMA 上面層。SMA（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）粗集料多、礦粉多、瀝青用量少、細(xì)集料少，結(jié)構(gòu)呈緊密骨架狀態(tài)，既保留了大空隙排水性瀝青路面的良好性能，又增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耐久性、高溫抗車(chē)轍性、低溫開(kāi)裂性、抗滑耐磨性，使瀝青路面使用壽命大大延長(zhǎng)[1]。

2 改性瀝青SMA 路面組成設(shè)計(jì)

根據(jù)改性瀝青SMA 路面實(shí)際應(yīng)用情況及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升改性瀝青SMA 路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于原材料質(zhì)量及配合比設(shè)計(jì)的控制。

2.1 原材料

根據(jù)HS 高速公路第四合同段瀝青路面表層設(shè)計(jì)要求，應(yīng)當(dāng)選用韓國(guó)AH-110 重交通路用瀝青為基質(zhì)瀝青，基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果為45℃，針入度為118．7（0．1mm），5℃、8cm/min 延度 為53cm，135℃運(yùn)動(dòng)粘度不大于3Pa·s。

考慮到瀝青混合料路用性能提升方面的要求，本工程施工合同段還采用SBS 改性瀝青，并以熱塑彈性體4303 為改性劑，將嵌數(shù)比控制在30：70，按5%的劑量摻加。SBS 改性瀝青閃點(diǎn)試驗(yàn)值為345℃，溶解度為99．87%，25℃彈性恢復(fù)程度為100%?；|(zhì)瀝青和SBS 改性材料各項(xiàng)性能參數(shù)取值均滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）[2]。

粗集料采用HS 材料場(chǎng)自行加工的粒徑10～20mm和5～10mm、含泥量為0．29%、針片狀含量3．7%、壓碎值6．9%的玄武巖；細(xì)集料則選用機(jī)制砂，礦粉使用石灰礦粉?？紤]到粗集料和瀝青材料的粘附性等級(jí)僅為三級(jí)，為增強(qiáng)原材料的粘附性能，還應(yīng)摻加2%的消石灰粉和進(jìn)口的德蘭妮特AS 天然木質(zhì)纖維。該纖維灰分比為17．9%，pH 值7．4，含水率3．7%，吸油效率是纖維質(zhì)量的5．6 倍，0．85mm 篩孔的粒度85%，0．425mm 篩孔的粒度65%，0．105 篩孔的粒度25%。按設(shè)計(jì)比摻加TW-Ⅰ型抗剝落劑，外包裝必須完好，外觀主要呈現(xiàn)為棕黑色液體，pH 值在7．5～8．5 之間，粘結(jié)力可達(dá)五級(jí)，殘留穩(wěn)定度89．5%，劈裂強(qiáng)度比84．5%。

2.2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，本工程試驗(yàn)段施工前按設(shè)計(jì)級(jí)配所稱(chēng)取的礦料通過(guò)5．8%、6．2%、6．8%三種油石比成型的馬歇爾試件展開(kāi)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，再進(jìn)行馬歇爾試件低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性等性能檢驗(yàn)。

按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求及相關(guān)規(guī)范，在0．8MPa 壓力條件及60℃高溫下進(jìn)行馬歇爾試件車(chē)轍試驗(yàn)及高溫穩(wěn)定性能檢驗(yàn)，動(dòng)穩(wěn)定度檢驗(yàn)結(jié)果為10000 次/mm，符合要求。馬歇爾試件水穩(wěn)性檢驗(yàn)通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)完成，試驗(yàn)結(jié)果分別為89% 和90．8%，符合相關(guān)規(guī)范要求。馬歇爾試件低溫抗裂性能通過(guò)-10℃及50mm/min 加載速率下的低溫彎曲試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，低溫下試件破壞強(qiáng)度為6．74MPa，破壞應(yīng)變3．327，破壞勁度2300．5μPa。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，改性瀝青SMA 路面施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的泛油問(wèn)題，影響施工質(zhì)量和路用性能。所以，本工程配合比設(shè)計(jì)中縮小了用油量，試驗(yàn)結(jié)果顯示，飽和度比設(shè)計(jì)飽和度減小3．6%，空隙率比設(shè)計(jì)值增大1．3%，略微偏離規(guī)范要求，但只要再稍微增加用油量，包括空隙率、飽和度等在內(nèi)的指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求。試驗(yàn)段施工結(jié)果表明，振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振碾壓施工三遍以上不會(huì)出現(xiàn)骨料壓碎、集料推移、瑪蹄脂上浮、構(gòu)造滲水等病害，最佳油石比確定為6%[3]。

3 改性瀝青SMA 路面施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 機(jī)械配置

HS 高速公路第四合同段瀝青SMA 拌合設(shè)備采用進(jìn)口的Kobold 系列SMA-1119HR32 拌合機(jī)械。在施工開(kāi)始前，通過(guò)電腦系統(tǒng)進(jìn)行全部施工參數(shù)的設(shè)定與控制，確?；旌狭线B續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備是國(guó)產(chǎn)XG-140 煉磨式生產(chǎn)設(shè)備，待施工現(xiàn)場(chǎng)拌合完成后通過(guò)顯微鏡觀察改性瀝青混合料中改性劑的分散程度，保證其分散均勻。攤鋪機(jī)選用進(jìn)口的P6820C全幅式自動(dòng)找平ABG 攤鋪機(jī)；壓路機(jī)為進(jìn)口BW202AHD-2 型雙驅(qū)雙振壓路機(jī)。根據(jù)拌和機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力及施工現(xiàn)場(chǎng)至拌合廠的運(yùn)輸距離確定運(yùn)料車(chē)載重量和總運(yùn)力?？紤]到改性瀝青SMA 施工對(duì)溫度有較高要求，所以混合料裝車(chē)及運(yùn)輸過(guò)程中必須加強(qiáng)溫度控制以防溫度過(guò)度散失。為防止供料不足出現(xiàn)攤鋪機(jī)等待運(yùn)料車(chē)的現(xiàn)象，本工程采用20t 運(yùn)料車(chē)，攤鋪機(jī)前待卸料的運(yùn)料車(chē)至少三輛。

3.2 混合料拌合

在原材料到場(chǎng)并檢驗(yàn)合格后至拌合前，應(yīng)加強(qiáng)各類(lèi)材料的分類(lèi)管理，基質(zhì)瀝青和改性瀝青應(yīng)在至少140℃的溫度下存放，存放時(shí)間不能超過(guò)7d；進(jìn)口的德蘭妮特AS 天然木質(zhì)纖維應(yīng)在室內(nèi)架空干燥放置，環(huán)境濕度不能超出25%。

按照10～20mm 粗集料：5～10mm 粗集料：機(jī)制砂：河砂：礦料：消石灰=54．5：25：5：4：10：1．5 的級(jí)配進(jìn)行改性瀝青SMA 原材料摻加與拌合，拌合完成后進(jìn)行混合料流值與穩(wěn)定度等性能檢測(cè)。同時(shí)，進(jìn)行改性瀝青SMA 混合料加熱溫度、拌合溫度、最高加工溫度及集料加熱溫度等的控制，保證混合料拌合質(zhì)量。

3.3 攤鋪施工

采用進(jìn)口P6820C 全幅式自動(dòng)找平ABG 攤鋪機(jī)一次、勻速、緩慢、連續(xù)攤鋪施工，為保證攤鋪施工質(zhì)量，必須加強(qiáng)攤鋪機(jī)和運(yùn)料車(chē)之間的配合，將運(yùn)料車(chē)空擋停置于攤鋪機(jī)前10～15m 的位置，并在攤鋪機(jī)的推動(dòng)下前進(jìn)卸料。待卸料結(jié)束后將運(yùn)料車(chē)駛離攤鋪機(jī)?？紤]到改性瀝青SMA 原材料拌合生產(chǎn)效率較低，為保證攤鋪施工過(guò)程的連續(xù)性，應(yīng)將攤鋪速度控制在3～4m/min，這就對(duì)攤鋪機(jī)械操作人員操作水平提出更高要求。

為增強(qiáng)改性瀝青SMA 路面施工的平整度，本工程攤鋪施工開(kāi)始前還在攤鋪機(jī)兩側(cè)分別安裝了1 臺(tái)長(zhǎng)度17．5m 的浮動(dòng)基準(zhǔn)梁找平裝置，裝置前端安裝2×12 個(gè)伸縮性強(qiáng)的滑靴，拖動(dòng)滑行于下面層并發(fā)揮攤鋪施工下基準(zhǔn)面的作用。裝置后端安裝2×16 個(gè)伸縮性橡膠輪，主要起到基準(zhǔn)面作用。攤鋪機(jī)自動(dòng)找平裝置主要根據(jù)上下基準(zhǔn)面高差進(jìn)行攤鋪厚度的調(diào)整，滑靴式浮動(dòng)基準(zhǔn)梁長(zhǎng)度越大越能促進(jìn)瀝青路面平整度提升[4]。所以，本工程部分路段施工前進(jìn)行了滑靴式浮動(dòng)基準(zhǔn)梁的改裝，使其長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)34m，采用2×12 個(gè)滑靴替換原2×16個(gè)伸縮性橡膠輪，將瀝青路面攤鋪平整度控制在0．8mm 以?xún)?nèi)。

為提升瀝青路面最終平整度，還應(yīng)在攤鋪施工過(guò)程中增大夯錘振搗頻率，在較大的夯錘振搗頻率與熨平板的協(xié)同作用下，瀝青路面預(yù)壓壓實(shí)度可達(dá)85%以上，使剩余壓實(shí)系數(shù)大大降低，初壓痕跡得到有效控制。

3.4 碾壓

為解決平整度和密實(shí)度之間的矛盾，本工程采用振幅寬、振動(dòng)力大的振動(dòng)壓路機(jī)按照“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的要求完成初壓、復(fù)壓和終壓，將三個(gè)階段的碾壓溫度分別控制在150℃、130℃及120℃以上。高頻和低幅的做法能有效提升改性瀝青SMA 路面壓實(shí)度，避免損傷石料，保持粗集料良好的棱角性，從而避免大振幅碾壓施工碾壓過(guò)度而導(dǎo)致粗骨料壓碎、瑪蹄脂上浮及過(guò)碾壓彈簧等現(xiàn)象[5]。

碾壓施工應(yīng)從待攤鋪路幅低邊至高邊并沿路線縱向進(jìn)行，相鄰碾壓段重疊距離不少于50cm。初壓施工過(guò)程中，為防止因溫度過(guò)高而在輪前出現(xiàn)波浪，應(yīng)保持從動(dòng)輪始終在后；終壓階段采用光輪壓路機(jī)按設(shè)計(jì)速度碾壓，消除輪痕。對(duì)于涵洞、橋梁等連接處及緊急停車(chē)帶、匝道等壓路機(jī)和攤鋪機(jī)難以正常運(yùn)行的區(qū)域，應(yīng)輔之以人工方式完成碾壓，注意保持改性瀝青SMA 上面層和平緣石平順銜接。

3.5 接縫處理

接縫是影響改性瀝青SMA 路面平整度的因素之一，應(yīng)盡可能減少接縫的設(shè)置。本工程采用攤鋪機(jī)全幅施工，不存在產(chǎn)生縱向接縫的可能，保持?jǐn)備伿┕み^(guò)程的連續(xù)性，減少橫向接縫的數(shù)量。改性瀝青SMA混合料冷卻后硬度非常大，考慮到路面平整度要求，通常采用切割垂面的方法在其材料尚未冷卻前切割成縫。

3.6 施工效果檢驗(yàn)

本工程每臺(tái)班抽屜試驗(yàn)、篩分試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)等均進(jìn)行2 次，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)下表。

表1 施工效果試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，改性瀝青SMA 路面施工現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程應(yīng)用結(jié)果表明，改性瀝青SMA 路面施工技術(shù)在我國(guó)高速公路工程方面的應(yīng)用才剛剛起步，許多方面缺乏理論研究與相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，更缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，在實(shí)際應(yīng)用中主要面臨各地施工原材料方面的差異、施工環(huán)境及氣候條件的差異。為此，必須進(jìn)行礦料級(jí)配、材料性能、設(shè)計(jì)參數(shù)、施工溫度、改性瀝青SMA 混合料壓實(shí)度、抽提篩分檢測(cè)等方面的深入研究，保證改性瀝青SMA 混合料性能充分發(fā)揮。