張錦紅

(廣東冠粵路橋有限公司， 廣州 511450)

瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)路面具有良好的溫度穩(wěn)定性和抗疲勞性能，是一種使用性能優(yōu)良的路面，SMA作為一種間斷級(jí)配的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，能夠解決路面輕微裂縫、輕微松散，車轍，路面滲水，表面貧油、老化，抗滑性能降低等病害，具有良好的抗車轍能力、較高的抗滑性能及良好的密水性和耐久性，進(jìn)入21世紀(jì)后，在國內(nèi)逐步得到了推廣應(yīng)用[1-4]。本文結(jié)合超薄磨耗層SMA-10在惠清高速公路工程中的應(yīng)用，對(duì)超薄磨耗層的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、施工工藝、性能驗(yàn)證及應(yīng)用的效果進(jìn)行了分析，以供同類工程參考。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料技術(shù)指標(biāo)

為了提高超薄磨耗層SMA-10的抗車轍和抗滑能力，本試驗(yàn)段采用某品牌SBS改性瀝青。各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1。

1) 集料

SMA-10型瀝青瑪蹄脂碎石混合料所用集料為芙蓉石場(chǎng)采購的碎石和機(jī)制砂。巖質(zhì)為輝綠巖，潔凈、干燥、質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙、富有棱角、形狀接近立方體，具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。

表1 SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

集料規(guī)格為5 mm～10 mm碎石、3 mm～5 mm碎石、0 mm～3 mm機(jī)制砂，各技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表2。由表2可知，檢測(cè)結(jié)果均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》高速、一級(jí)公路“瀝青混合料用集料質(zhì)量要求”。

2) 填料

選擇某品牌生產(chǎn)的P·O 42.5R水泥、牛角窩北石仔場(chǎng)礦粉，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明該水泥、礦粉均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》“瀝青混合料用礦粉質(zhì)量要求”及設(shè)計(jì)文件要求。

3) 纖維

纖維摻量為混合料重的0.4%，密度1.13 g/cm3。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)文件要求。

表2 集料檢測(cè)結(jié)果

1.2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

1) 確定礦料級(jí)配組成

根據(jù)各集料、礦粉的篩分?jǐn)?shù)據(jù)，按照設(shè)計(jì)文件中SMA-10瀝青混合料級(jí)配范圍，經(jīng)反復(fù)計(jì)算、調(diào)整、試驗(yàn)比選后確定目標(biāo)配合比各材料比例，見表3，合成級(jí)配結(jié)果見表4[5-11]。

表3 目標(biāo)配合比各材料比例

表4 目標(biāo)配合比合成級(jí)配

2) 最佳油石比驗(yàn)證

根據(jù)熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)程序和設(shè)計(jì)文件，采用上述設(shè)計(jì)級(jí)配，對(duì)最佳油石比6.4%進(jìn)行驗(yàn)證，并開展謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及鋪砂試驗(yàn)，各試驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)結(jié)果見表5～表8。

(1) 高溫穩(wěn)定性能檢驗(yàn)

采用最佳油石比6.4%制備車轍試件，試驗(yàn)溫度為60 ℃，壓強(qiáng)為0.7 MPa，試驗(yàn)結(jié)果見表6。從表6中數(shù)據(jù)可知，動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到8 984次/mm，說明該超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性較好。

(2) 水穩(wěn)定性能檢驗(yàn)

按規(guī)范方法成型2組馬歇爾試件并進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表7。第1組試驗(yàn)條件：60 ℃恒溫水浴中浸泡0.5 h；第2組試驗(yàn)條件：60 ℃恒溫水浴中浸泡48 h。從表7中可知，浸水馬歇爾試件殘留穩(wěn)定度為94.8%，滿足該設(shè)計(jì)指標(biāo)大于80%的要求。

表5 謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果

表6 車轍試驗(yàn)結(jié)果

(3) 抗滑性能檢驗(yàn)

在室內(nèi)成型3塊車轍板，采用鋪砂法測(cè)定瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)路面上面層的構(gòu)造深度，試驗(yàn)結(jié)果見表8。從表8可知，SMA-10的構(gòu)造深度大于1.0 mm，滿足抗滑性能不小于0.8 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5～表8試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳油石比6.4%下，SMA-10作為路表層的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，且高溫性能、水穩(wěn)定性能及抗滑性能較好。

表7 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表8 構(gòu)造深度試驗(yàn)結(jié)果

1.3 配合比驗(yàn)證

根據(jù)確定的礦料級(jí)配和最佳油石比，對(duì)SMA-10瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，主要試驗(yàn)為瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)、殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)，結(jié)果見表9。由表9可知，混合料各項(xiàng)性能均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)文件的技術(shù)指標(biāo)要求。

1.4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)過對(duì)拌和站熱料倉材料進(jìn)行篩分，以目標(biāo)最佳油石比6.4%為中值，進(jìn)行±0.3%馬歇爾試驗(yàn)等，試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，選定最佳油石比為6.4%，并按照相應(yīng)比例形成生產(chǎn)配合比，見表10。

表9 配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果

表10 生產(chǎn)配合比各材料比例

2 上面層試驗(yàn)段施工

為驗(yàn)證瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層(SMA-10)的工程應(yīng)用效果，選取惠清高速公路工程項(xiàng)目為依托工程，在樁號(hào)K117+693～K118+193左幅路段鋪筑了長度500 m的瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層(SMA-10)試驗(yàn)段，探索其施工工藝、質(zhì)量控制方法，并進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)。

1) 施工準(zhǔn)備

(1) 施工前對(duì)施工圖紙進(jìn)行會(huì)審，對(duì)施工圖紙有疑問的以書面形式上報(bào)業(yè)主，并得到答復(fù)。

(2) 對(duì)項(xiàng)目部人員、班組進(jìn)行施工技術(shù)交底、安全交底。

(3) 拌和站采用經(jīng)過相關(guān)試驗(yàn)抽檢合格的5 mm～10 mm碎石、3 mm～5 mm碎石、0 mm～3 mm機(jī)制砂、瀝青、礦粉、水泥。

(4) 對(duì)準(zhǔn)備施工的工作面范圍進(jìn)行交通管制，在距離施工區(qū)或準(zhǔn)備施工路段前后300 m范圍內(nèi)設(shè)置“前方施工減速慢行標(biāo)志牌、施工車輛導(dǎo)向標(biāo)志牌、道路封閉標(biāo)志牌、限速標(biāo)志牌”等。

(5) 工作面應(yīng)保持平整、清潔、干燥，不得有塵土、雜物或油污。

2) 灑布粘層

瀝青上面層與中面層之間應(yīng)灑布粘層瀝青， 粘層瀝青采用PCR型改性乳化瀝青，灑布量控制在0.3 kg/m2～0.6 kg/m2。灑布時(shí)，灑布車保持勻速行駛。氣溫低于10 ℃和遇大風(fēng)及降雨時(shí)不灑布。對(duì)于局部未灑到部位，應(yīng)進(jìn)行人工補(bǔ)涂。

3) 測(cè)量放樣

(1) 上面層采用非接觸式平衡梁控制標(biāo)高及平整度。

(2) 試驗(yàn)段松鋪系數(shù)初步定為 1.20，具體松鋪系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)段檢測(cè)后得出的最佳松鋪系數(shù)為準(zhǔn)，以指導(dǎo)后續(xù)大面積施工。

4) 混合料拌和、運(yùn)輸

拌和樓采用中交西筑JD5000瀝青拌和樓，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能為250 t/h～320 t/h(本試驗(yàn)段暫定200 t/h)。根據(jù)配合比所需的不同規(guī)格碎石采用了4個(gè)冷料倉，且有良好的除塵設(shè)備。

生產(chǎn)SMA-10瀝青瑪蹄脂碎石混合料時(shí)，絮狀木質(zhì)素纖維采用專用風(fēng)送設(shè)備添加，可保證計(jì)量準(zhǔn)確及添加的均勻性。生產(chǎn)過程中絮狀木質(zhì)素纖維在噴入瀝青的同時(shí)，采用專用絮狀木質(zhì)素纖維風(fēng)送設(shè)備噴入拌和鍋噴纖維大約5 s，如圖1所示。

圖1 專用絮狀木質(zhì)素纖維風(fēng)送設(shè)備

SBS改性瀝青加熱溫度宜控制在163 ℃，范圍160 ℃～165 ℃；集料加熱溫度控制在205 ℃左右，范圍190 ℃～220 ℃。SMA -10出料溫度控制在180 ℃左右，變化范圍170 ℃～185 ℃；間歇式拌和樓上面層施工每盤的生產(chǎn)周期不宜少于70 s (濕拌時(shí)間50 s，干拌時(shí)間20 s)。

瀝青混合料的運(yùn)輸采用自卸汽車運(yùn)送，根據(jù)拌和站到試驗(yàn)段的運(yùn)距為2 km，本試驗(yàn)段暫定12臺(tái)運(yùn)輸車運(yùn)輸，使得后場(chǎng)生產(chǎn)和前場(chǎng)攤鋪相匹配。運(yùn)輸前運(yùn)輸車司機(jī)對(duì)車廂進(jìn)行清理，車廂底板及周壁涂一層油水(植物油∶水=1∶3)混合物液體，以防粘料，但不應(yīng)有余液積存在車廂底部。

5) 混合料攤鋪

(1) 攤鋪前檢查攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況，提前0.5 h～1 h對(duì)攤鋪機(jī)熨平預(yù)熱，使熨平板不低于100 ℃，并將攤鋪設(shè)備移至攤鋪起點(diǎn)就位。

(2) 主線1臺(tái)攤鋪機(jī)進(jìn)行全幅攤鋪，裝機(jī)寬度為12 m，兩邊可伸縮0.75 m，最大攤鋪寬度13.5 m，最小攤鋪寬度12 m，以滿足攤鋪寬度的要求(本次試驗(yàn)段鋪筑寬度為12.4 m)，并通過非接觸式平衡梁控制標(biāo)高及平整度。

(3) 混合料攤鋪按緩慢、均勻、連續(xù)不間斷的原則攤鋪，不得隨意變換速度或中途停頓，攤鋪速度應(yīng)根據(jù)拌和樓產(chǎn)量、施工機(jī)械配套情況及攤鋪厚度、寬度確定，一般為2.5 m/min。

(4) 為減少混合料離析，在攤鋪機(jī)布料器中間分料位置加裝了反向螺旋，在攤鋪機(jī)前擋板位置改裝了鐵質(zhì)鏈條網(wǎng)，在攤鋪機(jī)接料斗處增設(shè)了擋板。

6) 混合料碾壓

試驗(yàn)路擬定2種碾壓工藝，碾壓組合方案見表11、表12。

瀝青混合料攤鋪后，壓路機(jī)緊跟碾壓，以縮短碾壓作業(yè)段長度，但以不產(chǎn)生推移、拉裂為原則。碾壓過程嚴(yán)格按照“高頻、低幅、緊跟、慢壓”由低向高的原則進(jìn)行。碾壓時(shí)將壓路機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪面向攤鋪機(jī)，從外側(cè)向中心碾壓，在超高段則由低向高碾壓，在坡道上將驅(qū)動(dòng)輪從低處向高處碾壓。瀝青上面層施工初壓溫度不低于150 ℃，終壓溫度不低于90 ℃。

表11 碾壓組合方案

表12 壓路機(jī)碾壓速度 km/h

3 試驗(yàn)路段檢測(cè)

對(duì)廣東惠清高速公路鋪筑的超薄磨耗層SMA-10試驗(yàn)路段進(jìn)行了檢測(cè)，內(nèi)容包括構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)及滲水系數(shù)，并對(duì)路面進(jìn)行了鉆芯取樣，觀測(cè)厚度、級(jí)配及層間粘結(jié)情況，檢測(cè)結(jié)果見表13，壓實(shí)度曲線如圖2所示。

表13 超薄磨耗層SMA-10試驗(yàn)路段檢測(cè)結(jié)果

圖2 壓實(shí)度曲線

由表13可知，試驗(yàn)段各項(xiàng)指標(biāo)值均滿足設(shè)計(jì)要求。分析圖2壓實(shí)度曲線可見，2個(gè)碾壓方案的壓實(shí)度均能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，但選方案2更優(yōu)，初壓雙鋼輪壓路機(jī)振壓2遍，復(fù)壓雙鋼輪壓路機(jī)振壓3遍，終壓雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍。試驗(yàn)段施工總體上是成功的，施工成果可指導(dǎo)今后大面積施工。

4 結(jié)論

通過材料選擇、配比優(yōu)化及性能驗(yàn)證，并通過實(shí)體工程的鋪筑與效果對(duì)比，分析了SMA-10在惠清高速公路工程中上面層攤鋪的應(yīng)用效果并得出以下認(rèn)識(shí)：

1) 瀝青瑪蹄脂碎石上面層必須選擇堅(jiān)硬耐磨的優(yōu)質(zhì)材料，通過優(yōu)化配比，采用6.4%油石比設(shè)計(jì)的SMA-10瀝青混合料，確定了生產(chǎn)配合比為：6 mm～11 mm∶3.5 mm～6 mm∶0 mm～3.5 mm∶水泥∶礦粉=67∶5∶18∶2∶8，外摻0.4%的絮狀木質(zhì)素纖維。

2) 通過試驗(yàn)段施工，對(duì)混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等施工工藝及施工過程質(zhì)量控制辦法等方面進(jìn)行了可靠性檢驗(yàn)，并具體確定了3 cm瀝青瑪蹄脂碎石上面層SMA-10施工的施工方案以及各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)和施工工藝，可用于指導(dǎo)上面層SMA-10的后續(xù)施工。

3) 超薄磨耗層SMA-10經(jīng)高溫性能、水穩(wěn)定性能以及抗滑性能等試驗(yàn)驗(yàn)證并通過試驗(yàn)段檢測(cè)，所設(shè)計(jì)的瀝青瑪蹄脂碎石上面層具有較優(yōu)的路用性能，可供同類工程參考。