高速公路SMA改性瀝青路面施工技術(shù)研究

王 繼 升

(山西交通控股集團(tuán)有限公司太舊高速公路分公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

近年來，國內(nèi)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅猛，高速公路在其中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，在帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展、方便群眾出行的同時(shí)，也暴露出其性能方面的問題[1]。受瀝青混合料自身性能與外界環(huán)境的影響，高速公路極易出現(xiàn)車轍、裂縫等病害，影響交通舒適度和安全性。同時(shí)國內(nèi)行車超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，更是對(duì)高速公路結(jié)構(gòu)造成了巨大破壞，致使高速公路在遠(yuǎn)未到達(dá)設(shè)計(jì)年限時(shí)就已破壞，形成惡劣的社會(huì)影響。因此，改善瀝青混合料自身的性能，加快推進(jìn)高性能路面材料的改進(jìn)與應(yīng)用，成為公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的重要工作內(nèi)容。SMA，全稱為瀝青瑪脂碎石混合料，屬于間斷級(jí)配骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，同時(shí)具備傳統(tǒng)密集配混合料及骨架型瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)，承載力、耐高溫、耐久性等均較好，因此是目前高等級(jí)瀝青路面的主要材料之一。采用改性瀝青后的SMA混合料的承載力和溫度穩(wěn)定性等更優(yōu)異，但其性能的發(fā)揮依賴于施工技術(shù)的匹配性程度。因此，需要在充分了解SMA改性瀝青混合料特征與成分的基礎(chǔ)上，對(duì)施工過程中的技術(shù)進(jìn)行分析，只有采取了與之性能相匹配的施工技術(shù)，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

1 SMA改性瀝青混合料的特征

SMA改性瀝青的主要成分為改性瀝青、礦粉、粗細(xì)集料、纖維穩(wěn)定劑等，是近年來在高等級(jí)公路中不斷推廣的一種路面施工材料，在實(shí)際中需要根據(jù)建設(shè)條件由試驗(yàn)室和施工現(xiàn)場對(duì)其組成成分的比例進(jìn)行綜合確定[2]。通常而言，SMA改性瀝青與傳統(tǒng)的瀝青及改性瀝青混合料相比，在水穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、抗滑性等方面更具優(yōu)勢。

1)水穩(wěn)定性。SMA改性瀝青中由于加入了一定含量的水泥、礦粉和纖維素，導(dǎo)致混合料的膠結(jié)性能有所提高，集料被瑪脂所包裹，因此混合料的水穩(wěn)定性較好。

2)耐高溫。高速公路相比普通公路而言車流量更多、交通荷載量更大、行車速度快，因此夏季容易在高溫的影響下出現(xiàn)車轍等問題，導(dǎo)致路面變形。而SMA具有嵌擠密實(shí)型結(jié)構(gòu)，自身就具有較好的耐高溫性能，在經(jīng)過改性后，其軟化點(diǎn)和粘稠性都有所改善，耐高溫性能將進(jìn)一步提高。

3)抗滑性。路面的抗滑性能受到表面材料的構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)影響，SMA改性瀝青混合料屬于嵌擠密實(shí)型結(jié)構(gòu)，具備較大的摩擦系數(shù)，因此抗滑能力強(qiáng)。

2 SMA改性瀝青混合料施工原材料的構(gòu)成

2.1 細(xì)集料

試驗(yàn)室和現(xiàn)場施工人員在進(jìn)行細(xì)集料的配置時(shí)，應(yīng)注意嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行，確?；旌狭系男阅軡M足要求。對(duì)于SMA改性瀝青混合料中的細(xì)集料，應(yīng)選擇未風(fēng)化、表面潔凈、雜質(zhì)較少、含水量低的原材料，避免不合格的細(xì)集料被添加到SMA混合料中。當(dāng)采用天然砂作為細(xì)集料來源時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢測和篩選，并注意對(duì)其中有害物質(zhì)與雜質(zhì)的清除，避免質(zhì)量較差的細(xì)集料影響混合料的粘結(jié)性、摩擦系數(shù)。通常而言，當(dāng)采用天然砂作為高速公路SMA路面材料時(shí)，天然砂的含量不應(yīng)大于20%。

2.2 粗集料

粗集料對(duì)于SMA改性瀝青混合料形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵作用，在試驗(yàn)室確定現(xiàn)場配合比后，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)場條件，選擇合適的粗集料，保證混合料的骨架質(zhì)量。選擇SMA用粗集料時(shí)，應(yīng)選擇表面清潔、風(fēng)化度低、硬度強(qiáng)的原材料，如玄武巖等，對(duì)于粗集料可以根據(jù)使用要求適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行軋制，同時(shí)對(duì)于外形扁平細(xì)長的集料應(yīng)予以剔除，以免對(duì)混合料的承載能力造成不利影響。

2.3 瀝青結(jié)合料

瀝青是SMA混合料中起膠結(jié)作用的主要成分，改性瀝青在高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐久性等方面相比普通瀝青而言更具優(yōu)勢。為了保證SMA瀝青混合料具有良好的粘結(jié)性能，設(shè)計(jì)與施工人員在確定瀝青的配合比與材料時(shí)，應(yīng)注意對(duì)SBS改性瀝青的選擇，規(guī)范中對(duì)SBS改性瀝青的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)在表1中已列出。為了保證公路瀝青路面的使用性能和質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注瀝青軟化點(diǎn)、粘度等指標(biāo)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整改性級(jí)配，以獲得參數(shù)合適的瀝青膠結(jié)料。在整個(gè)配比試驗(yàn)與確定的過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求，檢測瀝青混合料的各項(xiàng)參數(shù)，確保制備的改性瀝青滿足規(guī)范及項(xiàng)目使用的要求。

表1 SBS改性瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)要求

3 SMA改性瀝青混合料路面的施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 項(xiàng)目概況

某高速公路在K675+230～K680+300試驗(yàn)段采用SMA改性瀝青混合料路面，路面寬24 m，設(shè)計(jì)速度100 km/h。項(xiàng)目所處區(qū)域降水較多，夏季溫度較高，容易出現(xiàn)車轍等病害。本次試驗(yàn)段采用SMA改性瀝青路面，上面層采用4 cm SMA-13，中面層為5 cm中粒式瀝青混凝土，下面層為6 cm粗粒式瀝青混凝土AC-25。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

在進(jìn)行SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用馬歇爾法制作瀝青試件，在制作過程中注重混合料粗集料骨架的嵌擠性，應(yīng)保證試件的VCA最小值小于搗實(shí)粗集料骨架間隙率，同時(shí)最小瀝青用量應(yīng)滿足SMA骨架間隙的填充需求。在完成配合比設(shè)計(jì)后，根據(jù)規(guī)范要求開展水穩(wěn)試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)等進(jìn)行檢驗(yàn)。最終項(xiàng)目確定的SMA級(jí)配如表2所示。

表2 本項(xiàng)目確定的SMA改性瀝青混合料級(jí)配

3.3 拌和階段

拌和是高速公路瀝青路面施工的關(guān)鍵步驟之一，在試驗(yàn)室確定了瀝青配合比與施工配合比后，現(xiàn)場人員根據(jù)配合比要求將所需的各類原材料通過拌和機(jī)進(jìn)行拌和，在拌和施工過程中應(yīng)注意：

1)技術(shù)人員在拌和作業(yè)前，應(yīng)先對(duì)拌和機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，以確保計(jì)量表的準(zhǔn)確。只有當(dāng)計(jì)量表的計(jì)量能夠精確反映實(shí)際進(jìn)出料時(shí)，才能保證混合料的配合比與設(shè)計(jì)相符。

2)在項(xiàng)目實(shí)際拌和時(shí)，通常采用容積法，但是不同集料具有不同的密度，因此在拌和時(shí)需要現(xiàn)場人員及時(shí)對(duì)冷料倉的計(jì)量進(jìn)行標(biāo)定，確保供料量與設(shè)計(jì)配合比相符。

3)對(duì)于混合料所需的原材料，應(yīng)進(jìn)行妥善儲(chǔ)放，避免材料出現(xiàn)吸水、變質(zhì)等情況，尤其對(duì)于礦粉、細(xì)集料應(yīng)注意其含水量參數(shù)，遇降水天氣時(shí)，應(yīng)將其轉(zhuǎn)移至干燥、遠(yuǎn)離雨水侵蝕的場所。對(duì)于礦粉原料還應(yīng)盡量保證其粉末形態(tài)，確保儲(chǔ)存場所干燥、通風(fēng)。在拌和過程中，如果礦粉逸出，需及時(shí)評(píng)價(jià)逸出量并進(jìn)行補(bǔ)足。

4)為了保證瀝青的使用性能，瀝青混合料在拌和完成后應(yīng)盡快安排使用，對(duì)于不能立即安排攤鋪施工的，應(yīng)注意妥善儲(chǔ)存，但是時(shí)間不能超過1 d。

3.4 運(yùn)輸階段

在瀝青混合料的運(yùn)輸過程中，應(yīng)注意：

1)在運(yùn)輸SMA改性瀝青混合料前，應(yīng)對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行清潔，并將隔離劑涂刷在筒壁上。通常運(yùn)輸車采用自卸式翻斗車。

2)在將混合料裝車時(shí)，應(yīng)采取前后移動(dòng)裝料的裝填方式，有利于避免集料過早出現(xiàn)離析現(xiàn)象，保證SMA混合料的質(zhì)量穩(wěn)定。

3)在裝車后應(yīng)及時(shí)予以覆蓋處理，不可將瀝青混合料暴露在空氣中，同時(shí)還應(yīng)避免混合料在運(yùn)輸過程中可能遇到的不利自然因素及污染。

3.5 攤鋪階段

攤鋪是公路路面施工的重要工序，其施工質(zhì)量對(duì)于混凝土路面的質(zhì)量具有決定性影響，在SMA改性瀝青路面的攤鋪過程中應(yīng)注意：

1)在正式開展攤鋪?zhàn)鳂I(yè)前，技術(shù)人員應(yīng)標(biāo)明料門高度，同時(shí)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，保證攤鋪速度與出料速度的協(xié)調(diào)。在攤鋪施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查路面的松鋪厚度以及布料器內(nèi)的混合料高度，避免影響攤鋪的連續(xù)性。

2)在攤鋪前應(yīng)對(duì)下承層進(jìn)行徹底清潔，避免雜質(zhì)對(duì)瀝青混合料造成污染，在水分蒸發(fā)后才能開始攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

3)在攤鋪前，應(yīng)提前預(yù)熱攤鋪機(jī)的熨平板，通常需要在熨平板升至100 ℃以上時(shí)，才能開始攤鋪。為了保證路面的平整無痕，應(yīng)確保熨平板緊密連接，不存在接縫。

4)在后期攤鋪時(shí)，需要注意對(duì)攤鋪厚度的控制，當(dāng)采用多臺(tái)設(shè)備同時(shí)攤鋪時(shí)，應(yīng)保證10 cm的跨縫攤鋪施工。

3.6 碾壓階段

目前國內(nèi)高速公路瀝青路面通常采用雙輪雙振式壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工。對(duì)于車道數(shù)超過2條的高速公路，通常采取多臺(tái)同標(biāo)準(zhǔn)的壓路機(jī)進(jìn)行壓縫碾壓，在碾壓過程中需注意保持相同速度。瀝青路面的碾壓分為初壓、復(fù)壓與終壓，現(xiàn)場施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)碾壓溫度、次數(shù)、方式等的規(guī)定進(jìn)行施工。碾壓不足可能使SMA不能形成密實(shí)的嵌擠結(jié)構(gòu)，影響其承載力和使用性能，碾壓過度則可能導(dǎo)致SMA結(jié)構(gòu)的早期破壞，對(duì)瀝青路面的結(jié)構(gòu)造成不可逆的破壞，影響路面的質(zhì)量安全與使用壽命。

4 效果評(píng)價(jià)

根據(jù)JTG F40—2017公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，對(duì)壓實(shí)度和平整度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在K675+230～K680+300試驗(yàn)段內(nèi)，壓實(shí)度平均值達(dá)到98.57%，滿足規(guī)范要求的壓實(shí)度大于98%；平整度平均值為0.53 mm，各車道的平整度均滿足規(guī)范中不大于1.2 mm的要求。良好的壓實(shí)度及平整度指標(biāo)表明試驗(yàn)路的施工可實(shí)施性、道路舒適性較好，通過該施工技術(shù)和質(zhì)量控制手段能夠改善高速公路SMA瀝青路面的使用性能和壽命。

5 結(jié)語

當(dāng)前高速公路在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與滿足公眾出行需求方面的作用越發(fā)顯現(xiàn)，不斷增長的交通壓力對(duì)高速公路路面的使用性能與質(zhì)量提出了更高的要求。SMA改性瀝青混合料由于優(yōu)異的使用性能，將成為高等級(jí)公路路面的主要應(yīng)用材料。因此需要從SMA改性瀝青混合料的整個(gè)施工環(huán)節(jié)著手，確保其施工技術(shù)的科學(xué)、合理、可行，充分發(fā)揮SMA改性瀝青的優(yōu)勢，提高高速公路的質(zhì)量安全與路用性能。