薄磨耗層SMA-10在牡哈大修工程中的應(yīng)用

尹國(guó)宏

(綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程建設(shè)指揮部)

0 引言

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)具有優(yōu)良的路用性能和使用功能，在許多國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。SMA有較大的內(nèi)摩擦角和粘聚力，保證了瀝青路面的耐久性及抗開裂性能。瀝青路面的表面磨耗層目前國(guó)內(nèi)外均采用SMA混合料。牡哈高速公路K260+570～K265+570由于在2009年進(jìn)行了瀝青混合料罩面處理，本次大修根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)此路段加鋪3 cm厚細(xì)粒式薄磨耗層SMA-10。

1 薄磨耗層SMA-10配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

(1)粗集料:采用阿城正大石場(chǎng)生產(chǎn)的集料，與瀝青的粘附性為4～5級(jí)(需摻抗剝落劑)，滿足高速公路集料的技術(shù)要求，可用于瀝青路面表面層。

(2)機(jī)制砂:采用硬質(zhì)石灰?guī)r由專用設(shè)備加工的機(jī)制砂，毛體積相對(duì)密度為2.691。

(3)礦粉:采用石灰?guī)r等堿性巖石磨細(xì)得到的礦粉，毛體積相對(duì)密度為2.711。

(4)瀝青:SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，性能分級(jí)為PG76-22。

1.2 SMA-10混合料組成設(shè)計(jì)

目標(biāo)配合比采用Superpave設(shè)計(jì)法確定SMA-10的三種配合比，混合料試選級(jí)配如表1所示，選擇粗、中、細(xì)三組級(jí)配進(jìn)行配合試驗(yàn)，SMA-10瀝青混合料采用雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，按油石比6.2%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)試相關(guān)的馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)和混合料體積指標(biāo)如表2所示。從表2試驗(yàn)的結(jié)果分析中可以看出，選擇2#級(jí)配作為目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配。

表1 SMA-10的粗、中、細(xì)三組級(jí)配

1.3 SMA-10混合料最佳油石比確定

根據(jù)選定的2#級(jí)配曲線，設(shè)計(jì)采用的SMA-10配合比為 m4.75～9.5mm碎石∶m0～2.36mm碎石∶m礦粉=69∶23∶8;木質(zhì)纖維摻量為0.3%(與瀝青混合料質(zhì)量比)。采用雙面各擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，按油石比6.0%、6.3%、6.6%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)試相關(guān)的馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)和混合料體積指標(biāo)如表3所示。

表2 SMA-10的粗、中、細(xì)三組級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)

表3 2#級(jí)配的混合料馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)

表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，圖中SMA-10配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)采用油石比為6.3%，對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別為 γt=2.567，γf=2.468，VV=3.9%，VMA=17.5%，VFA=78.0%。采用6.3%的油石比成型試件，驗(yàn)證其路用性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

通過試驗(yàn)結(jié)果分析，可以看出各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，即6.3%的油石比可以應(yīng)用為目標(biāo)配合比。

表4 SMA-10混合料驗(yàn)證指標(biāo)

1.4 確定SMA-10混合料生產(chǎn)配合比

從目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)中可以看出，在施工過程中，目標(biāo)配合比混合料參數(shù)有很好的一致性，在中心實(shí)驗(yàn)室和監(jiān)理進(jìn)行的“有關(guān)生產(chǎn)配合比的調(diào)試和驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)試”的數(shù)據(jù)中可以很明顯的看出。因此，該 SMA-10混合料生產(chǎn)配合比適用于科研試驗(yàn)路的鋪筑。

2 在SMA-10施工過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

在薄磨耗層SMA-10面層的施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于瀝青混合料各環(huán)節(jié)中的溫度(混合料生產(chǎn)溫度、運(yùn)輸溫度、攤鋪溫度和碾壓溫度)、油面層的厚度、壓實(shí)度和平整度，這“四個(gè)度”必須要加強(qiáng)控制。

2.1 在拌和過程中的控制內(nèi)容

在施工過程中應(yīng)對(duì)攪拌設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，確?；旌狭系陌韬唾|(zhì)量。同時(shí)，要定期對(duì)攪拌設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)。

(1)通過數(shù)據(jù)表格和曲線圖的制定，加強(qiáng)對(duì)冷料的控制。在生產(chǎn)配料進(jìn)行拌和之前，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)提供的冷料出料口橫斷面的平均值，以及生產(chǎn)配合比及集料的松裝容重，計(jì)算出不同產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的各種集料的調(diào)速電機(jī)速度值，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格和曲線圖。

(2)為了保證各種材料的計(jì)量準(zhǔn)確度，必須將集料、瀝青、粉料的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)還應(yīng)該進(jìn)行必要的溫度計(jì)量系統(tǒng)的校正。

(3)操作人員應(yīng)當(dāng)在自動(dòng)系統(tǒng)控制的同時(shí)，及時(shí)根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)整各冷料倉(cāng)的產(chǎn)量和熱集料溫度。確保成品料的配料精度、成品料的質(zhì)量和安全生產(chǎn)程序，以及正確地使用攪拌設(shè)備，避免等料或溢料，保證機(jī)器的正常運(yùn)行。

(4)控制纖維在噴灑瀝青前加入拌和缸中的時(shí)間，整個(gè)拌和周期55～60 s左右。一般瀝青混合料拌和包括干拌和濕拌兩部分。干拌部分為纖維在噴灑瀝青前15 s加入拌和缸中，濕拌為噴入瀝青后40～45 s。在瀝青混合料的拌和過程中，應(yīng)注意拌料無花白料并且攪拌均勻，讓纖維與瀝青結(jié)合料進(jìn)行充分拌和，保證兩者能充分均勻地分散在混合料中。通過試拌可以確定具體拌和時(shí)間。

(5)在拌和過程中，為了保證成品混合料的出料溫度，瀝青和集料的溫度要控制在溫?zé)釥顟B(tài)，如見表5所示。

表5 SMA-10瀝青混合料施工溫度 ℃

2.2 混合料在運(yùn)輸過程中的控制

瀝青混合料在運(yùn)輸過程中溫度下降很快，為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，要對(duì)運(yùn)料車要進(jìn)行相應(yīng)的加工。運(yùn)料車的車廂頂部應(yīng)加蓋雙層棉被和油布，覆蓋物在運(yùn)料車卸料時(shí)也不能掀開，在運(yùn)輸過程中采取嚴(yán)格的保溫措施。運(yùn)料車將瀝青混合料運(yùn)到攤鋪地點(diǎn)后，及時(shí)對(duì)瀝青混合料的到場(chǎng)溫度進(jìn)行檢查，當(dāng)溫度低于攤鋪溫度時(shí)，該車運(yùn)料不得進(jìn)行攤鋪。開始攤鋪前到場(chǎng)運(yùn)料車數(shù)量不能少于5輛以保證攤鋪連續(xù)進(jìn)行。同時(shí)，可將最后到場(chǎng)的運(yùn)料車安排至第一位來進(jìn)行攤鋪，以提高初始攤鋪的溫度。

2.3 攤鋪過中對(duì)混合料的控制

在鋪筑SMA-10之前，應(yīng)對(duì)路面的缺陷部分進(jìn)行處理，攤鋪表面應(yīng)清掃干凈才能進(jìn)行攤鋪。瀝青混合料需要在高溫下完成壓實(shí)，瀝青面層厚度薄且降溫速度快，再加上SMA-10為斷級(jí)配料，對(duì)這兩種材料進(jìn)行壓實(shí)很困難。為了解決以上這個(gè)問題，應(yīng)采用2臺(tái)攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)，相鄰兩臺(tái)攤鋪機(jī)距離宜控制在5～15 m之間，相鄰兩幅的攤鋪應(yīng)有3～5 cm的攤鋪重疊。高速公路路面瀝青混合料攤鋪時(shí)，攤鋪速度必須保持均勻、連續(xù)不斷，且在攤鋪過程中沒有特殊情況不能隨意停頓。在攤鋪過程中速度應(yīng)根據(jù)拌和機(jī)產(chǎn)量、施工機(jī)械配套情況和攤鋪厚度、寬度來判斷，速度區(qū)間在2～3 m/min以內(nèi)為宜。在攤鋪前應(yīng)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，熨平機(jī)溫度應(yīng)保持不低于100℃，鋪面的初始?jí)簩?shí)度不小于85%且熨平板應(yīng)采用中強(qiáng)夯等級(jí)攤鋪。如果有粒料卡入熨平板會(huì)將鋪面拉出條痕，因此熨平板不許存有縫隙必須拼接緊密。

在攤鋪過程中，必須嚴(yán)格控制松鋪系數(shù)，盡量避免瀝青混合料發(fā)生離析，確保瀝青面層的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(1)對(duì)于攤鋪機(jī)的攏料時(shí)機(jī)和攏料幅度要把握到位，盡可能減少“攏料”次數(shù)。每次攏料過程中的攏料幅度應(yīng)當(dāng)適中，為了避免骨料及溫度離析現(xiàn)象以及因攏料過多而造成路面的粗料集中現(xiàn)象的發(fā)生，工作人員可選擇在運(yùn)料車快要卸料前進(jìn)行攏料，這樣有助于攤鋪機(jī)和卸料車中混合料重新混和。

(2)攤鋪過程中，在螺旋布料器中應(yīng)攝入足夠多的攤鋪料，螺旋布料器的螺旋應(yīng)盡量淹沒，以保證機(jī)器的正常運(yùn)行。

(3)同時(shí)螺旋布料器在運(yùn)行過程中，為了保證路面攤鋪均勻，應(yīng)當(dāng)控制螺旋的勻速連續(xù)旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槿绻菪霓D(zhuǎn)速太快，則會(huì)導(dǎo)致螺旋時(shí)停時(shí)轉(zhuǎn)，很可能會(huì)出現(xiàn)攤鋪離析。

(4)為了減少瀝青混合料溫度離析應(yīng)，應(yīng)保持連續(xù)攤鋪，并做好前后場(chǎng)協(xié)調(diào)。

2.4 瀝青混合料碾壓過程的控制

碾壓瀝青和薄磨耗層SMA-10混合料的過程中，應(yīng)嚴(yán)格堅(jiān)持“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的碾壓原則。

SMA-10瀝青混合料應(yīng)在混合料溫度較高時(shí)進(jìn)行壓實(shí)，需要壓路機(jī)緊跟。碾壓按初壓(1遍)、復(fù)壓(3～4遍)、終壓(1～2遍)三階段進(jìn)行。施工過程中加強(qiáng)溫度控制，如表6所示。

表6 SMA-10瀝青混合料施工溫度

在第一次壓實(shí)過程中。由于SMA-10是斷級(jí)配，厚度為3 cm，很容易出現(xiàn)集料破損的現(xiàn)象。因此，應(yīng)先進(jìn)行穩(wěn)壓，在初壓階段不能直接開振動(dòng)，為了使瀝青瑪蹄脂和機(jī)制砂擠入骨架的間隙之中，混合料應(yīng)在均勻排列的條件下，進(jìn)行均勻壓縮，緊接著進(jìn)行振壓。

碾壓過程中，路面溫度下降非?？欤瑧?yīng)調(diào)整好噴嘴，使噴出的水分成薄霧狀，并盡量減少鋼輪壓路機(jī)的噴水量。

在碾壓階段應(yīng)將溫度控制在有效壓實(shí)溫度范圍內(nèi)，這樣可以使SMA混合料達(dá)到設(shè)計(jì)的壓實(shí)度。判斷現(xiàn)場(chǎng)SMA-10混合料骨架密實(shí)級(jí)配形成就是看在高溫碾壓下無推移，收壓完成后的SMA-10表面層具有足夠的構(gòu)造深度而又不滲水。同時(shí)，在碾壓過程中，路機(jī)嚴(yán)禁隨意停頓。壓路機(jī)應(yīng)由兩端折回的位置階梯形隨攤鋪機(jī)向前推進(jìn)，使折回處不在同一橫斷面上。SMA混合料碾壓時(shí)，每個(gè)工作面配置3～4臺(tái)(11 t以上)雙鋼輪壓路機(jī)，初壓應(yīng)在高溫下進(jìn)行，輪寬重疊1/2。碾壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪向前，碾壓路線和碾壓方向不應(yīng)突然改變，壓路機(jī)啟動(dòng)、停止必須緩慢進(jìn)行。壓路機(jī)的碾壓段長(zhǎng)度以與攤鋪速度相平衡為原則，并保持大體穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)薄磨耗層SMA-10骨架密實(shí)型混合料生產(chǎn)配合比需注意以下幾點(diǎn):第一，鋪筑優(yōu)良SMA路面的關(guān)鍵是堅(jiān)持“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的碾壓原則;第二，嚴(yán)格控制瀝青混合料在施工中的施工溫度、厚度、壓實(shí)度和平整度，并使其保持在相應(yīng)比例內(nèi)。黑龍江省牡哈大修工程試驗(yàn)段中，所鋪筑的薄磨耗層SMA-10混合料在高溫碾壓下未發(fā)生推擁現(xiàn)象，碾壓成型后表面有足夠的構(gòu)造深度而又不滲水，且有明顯的SMA骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。黑龍江省成功應(yīng)用了薄磨耗層SMA-10混合料，為今后高速公路新建工程特別是養(yǎng)護(hù)工程做了一個(gè)非常成功的開始。同時(shí)也為開展更為經(jīng)濟(jì)、路用性能同樣優(yōu)良的SMA超薄瀝青面層研究和推廣應(yīng)用，提供了有益的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉克.考慮油石比波動(dòng)的瀝青混合料可靠度設(shè)計(jì)[J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).

[2]王元元，董強(qiáng)，李昌洲.廢塑膠粉復(fù)合改性瀝青及混合料性能研究[J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).

[3]孫璐，辛憲濤，王鴻遙，等.納米材料改性瀝青路用結(jié)合料的性能[J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2012，(8).

[4]孫璐，辛憲濤，王鴻遙，等.多維數(shù)多尺度納米材料改性瀝青的微觀機(jī)理[J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2012，(10).

[5]王燕華.瀝青路面下封層施工工藝探討[J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012，(17).

[6]王家會(huì).瀝青混凝土路面的早期問題與預(yù)防對(duì)策[J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012，(17).

[7]王運(yùn)國(guó).瀝青路面車轍成因及防治措施[J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012，(17).