陳 博,賈曉蕾

(1.咸陽(yáng)市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 咸陽(yáng) 712000;2.寶雞市馮家山水庫(kù)管理局，陜西 寶雞 721300)

0 引 言

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種性能優(yōu)良的瀝青混合料類型，最初應(yīng)用于上個(gè)世紀(jì)20年代的德國(guó)公路，60年代后傳入美國(guó)，我國(guó)于90年代前后引入該技術(shù)并在1993年首都機(jī)場(chǎng)高速公路建設(shè)上取得了成功應(yīng)用。SMA與傳統(tǒng)基于富勒最大密實(shí)度理論的密實(shí)懸浮性瀝青混凝土不同，其礦質(zhì)級(jí)配類型為非連續(xù)的間斷級(jí)配，形成一種密實(shí)不透水、表面粗糙、疲勞性能強(qiáng)的骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，SMA以其優(yōu)越的高低溫性能、水穩(wěn)定性、耐久性等路用性能以及一定的吸聲降噪的表面功能在市政道路瀝青路面的上面層中應(yīng)用非常廣泛。

SMA優(yōu)良的性能需要嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制來(lái)保障，特別是由于其粗集料多、細(xì)集料少的特點(diǎn)，在施工拌和、攤鋪過(guò)程中很容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，使得混合料無(wú)法形成全厚度范圍均勻的多相態(tài)。另外聚合物改性瀝青的性能受基質(zhì)瀝青和聚合物改性劑影響很大，應(yīng)嚴(yán)格控制拌和壓實(shí)過(guò)程中的溫度，以免對(duì)混合料性能造成影響。本文以市政道路SMA-13為研究對(duì)象，針對(duì)其在配合比設(shè)計(jì)、溫度控制、拌和、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓等主要施工過(guò)程進(jìn)行分析。

1 SMA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及路用性能

1.1 SMA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

與連續(xù)級(jí)配不同，SMA的結(jié)構(gòu)有其鮮明的特點(diǎn)，礦質(zhì)混合料的設(shè)計(jì)理論為粒子干涉理論，其目的是通過(guò)減少混合料細(xì)集料的比例形成間斷的不連續(xù)的級(jí)配，直到粗顆粒之間形成相互嵌擠的骨架狀態(tài)。而相比于水泥混凝土這種水化作用形成強(qiáng)度，瀝青混合料更接近于顆粒材料的組合粘聚，其強(qiáng)度構(gòu)成可以采用摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論解釋。因此，通過(guò)觀察瀝青混合料的破壞狀態(tài)，其材料構(gòu)成設(shè)計(jì)并非必須以形成最大密實(shí)度為目的，追求顆粒之間的摩擦和膠結(jié)料的粘聚力可以獲得更直接的抗剪強(qiáng)度來(lái)抵抗破壞。SMA基于這種設(shè)計(jì)思路對(duì)混合料原材料和配合比進(jìn)行了較大調(diào)整，形成典型的“三多一少一纖維”的材料構(gòu)成特點(diǎn)，其中三多是指粗集料多，比例占據(jù)70%左右，以便壓實(shí)后形成穩(wěn)定的骨架；再就是改性瀝青多，一般SMA馬歇爾試驗(yàn)的油石比不低于6%，這混合料的瀝青用量與疲勞性能有著直接的關(guān)系，高油量可以在粗集料表面形成更厚的瀝青膜，有利于形成更好的耐久性；再就是礦粉多，礦粉與改性瀝青裹覆可以形成瀝青膠漿，在集料表面更利于結(jié)構(gòu)瀝青的產(chǎn)生，提高混合料高溫性能；其中一少是指細(xì)集料少，主要是為了避免連續(xù)級(jí)配中出現(xiàn)的小1～2檔的顆粒對(duì)上一級(jí)粗顆粒產(chǎn)生干涉，粗顆粒之間彼此無(wú)法直接接觸形成骨架，則在級(jí)配曲線上提出一部分細(xì)集料；一纖維是SMA與AC材料組成成分相差較大的地方，纖維起到一定的加筋及增強(qiáng)連接作用，并且針對(duì)富油瀝青混合料起到穩(wěn)定瀝青，避免產(chǎn)生泛油等病害。

有研究將同樣原材料的SMA-13和AC-13的級(jí)配曲線進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)SMA-13的粗集料遠(yuǎn)多于AC-13，這也是其表面粗糙，擁有較大構(gòu)造深度的原因。

1.2 表面性能特點(diǎn)

瀝青路面的表面抗滑等性能直接關(guān)系到雨天的行車安全，特別是跟車距離比較近的市政道路，對(duì)這種表面功能性的要求更高。SMA路面在原材料的選用上就提出了更高的要求，粗集料要求具有良好的質(zhì)地和耐磨性，路面壓實(shí)后形成粗糙平整的表面，增強(qiáng)路面的抗滑性能，同時(shí)可能具有較好的橫向排水功能，提高行車安全性。這種宏觀構(gòu)造還能賦予SMA路面吸收輪胎噪聲的功能，有相關(guān)研究表明，同等工況下采用SMA路面比采用AC路面，噪聲分貝可降低5 dB，因此非常適合市政道路使用。

2 施工關(guān)鍵控制因素

2.1 拌和與壓實(shí)溫度

瀝青是一種感溫性特別強(qiáng)的高分子材料，不同溫度下表現(xiàn)出截然不同的技術(shù)性能，溫度過(guò)低會(huì)使瀝青喪失粘性、溫度過(guò)高會(huì)使瀝青加速老化甚至燒焦，因此瀝青及瀝青混合料在施工過(guò)程中與性能直接相關(guān)的拌和、壓實(shí)階段的溫度必須予以嚴(yán)格控制，其溫度的設(shè)定應(yīng)根據(jù)瀝青標(biāo)號(hào)、粘度氣候狀況及層厚來(lái)定。普通瀝青的施工拌和壓實(shí)溫度處于135～175 ℃之間，但SMA-13所采用的聚合物改性瀝青通常比普通瀝青需要更高的溫度，但又要確保改性瀝青在加熱過(guò)程中性能的穩(wěn)定，因此建議在大規(guī)模施工前進(jìn)行聚合物改性瀝青的粘度-溫度曲線分析，按照拌和及壓實(shí)所應(yīng)具備的適宜粘度確定對(duì)應(yīng)的溫度，如表1所示。

表1 確定瀝青混合料拌和及壓實(shí)的適宜溫度

根據(jù)粘溫曲線，不同的聚合物類型會(huì)對(duì)應(yīng)不同的施工溫度，當(dāng)采用SBS改性劑時(shí)，SMA-13混合料的拌合后出料溫度適宜范圍為170～185 ℃；當(dāng)采用SBR乳膠類改性劑時(shí)，SMA-13混合料的拌合后出料溫度適宜范圍為160～180 ℃；當(dāng)采用EVA、PE類改性劑時(shí)，SMA-13混合料的拌合后出料溫度適宜范圍為165～180 ℃。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，無(wú)論采取哪一種聚合物改性瀝青，SMA-13的攤鋪溫度均不應(yīng)小于160 ℃，壓實(shí)階段應(yīng)對(duì)壓路機(jī)的組合工作方式進(jìn)行精心調(diào)配，使得初壓溫度不小于150 ℃，壓實(shí)結(jié)束溫度不小于90 ℃。SMA-13的施工溫度除了受聚合物改性瀝青類型影響之外，還在一定程度上受木質(zhì)纖維的數(shù)量、品種以及礦粉數(shù)量的影響，應(yīng)在施工前充分考慮。

2.2 運(yùn)輸與攤鋪

混合料在拌和廠拌合好后即可裝車運(yùn)往項(xiàng)目所在地，并采用平衡裝料方式減少混合料粗細(xì)集料的離析。運(yùn)料機(jī)每次給攤鋪機(jī)供料時(shí)應(yīng)一次卸完，避免剩余混合料在車廂中結(jié)硬。SMA-13混合料應(yīng)采用履帶式攤鋪機(jī)進(jìn)行作業(yè)，通常每臺(tái)攤鋪機(jī)的作業(yè)寬度不應(yīng)大于6～7.5 m，當(dāng)市政道路路幅較寬時(shí)，通常可以采用兩臺(tái)或更多的攤鋪機(jī)前后錯(cuò)開(kāi)20 m左右進(jìn)行連續(xù)梯隊(duì)作業(yè)，兩幅之間留有約5 cm左右的搭接寬度形成縱向熱接縫，縱向搭接的位置由于相對(duì)較薄弱，應(yīng)避開(kāi)主要輪跡帶。為了提高平整度及減少離析，攤鋪機(jī)不得隨意變換車速和暫停，必須始終保持均勻穩(wěn)定的出料和攤鋪，攤鋪機(jī)的運(yùn)行速度應(yīng)維持在每分鐘2～3 m。

2.3 壓實(shí)成型

SMA-13的施工壓實(shí)應(yīng)根據(jù)需要安排足夠的壓路機(jī)，并按初壓、復(fù)壓、終壓的步驟，最終達(dá)到滿意的壓實(shí)效果。壓路機(jī)的碾壓路線以及方向應(yīng)保持一致，避免突然改變導(dǎo)致混合料發(fā)生推移破壞，并且每一遍碾壓均應(yīng)在較高的溫度下進(jìn)行，相鄰碾壓帶應(yīng)重疊一定的碾壓輪寬度，直至碾壓到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。根據(jù)SMA混合料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工過(guò)程宜采用鋼滾筒壓路機(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，振動(dòng)壓路機(jī)應(yīng)采取高頻低振幅的方式緩慢碾壓。

3 接縫處理

當(dāng)混合料攤鋪長(zhǎng)度較大時(shí)，瀝青路面的必然存在橫向接縫，施工過(guò)程中必須做到接縫緊密、平順連續(xù)以及不得產(chǎn)生接縫處的離析。為避免橫縫之間相互影響，相鄰兩幅的橫縫應(yīng)采用錯(cuò)縫，錯(cuò)開(kāi)距離不應(yīng)小于1 m。對(duì)于縱向接縫，梯隊(duì)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)應(yīng)采用熱接縫，將已攤鋪部分預(yù)留10～20 cm不碾壓，作為外側(cè)繼續(xù)攤鋪的基準(zhǔn)面，然后做跨縫碾壓消除縱向接縫。若由于特殊原因外側(cè)無(wú)法繼續(xù)攤鋪瀝青混合料，則會(huì)產(chǎn)生冷接縫，此時(shí)應(yīng)在混合料完全冷卻之前刨除邊緣留下的松散部分。對(duì)于主干路、重要的次干路，用于瀝青路面上面層SMA-13的橫向接縫應(yīng)采用垂直的平縫，其他次干路或支路可采用斜接縫，斜縫搭接長(zhǎng)度宜為0.5 m。幾種橫縫搭接處理方式如圖1所示。

圖1 橫縫搭接處理方式

4 結(jié) 語(yǔ)

SMA瀝青瑪蹄脂碎石混合料性能優(yōu)良，并且綜合成本較低，是一種理想的市政道路面層材料。研究對(duì)于進(jìn)一步理解SMA-13施工過(guò)程中拌合與壓實(shí)溫度，粗細(xì)集料離析的處理措施，攤鋪碾壓和接縫處理的方法提供了一定的分析依據(jù)。