桂柳高速水泥路面瀝青加鋪層SMA20設計與應用

王強林

(廣西柳桂高速公路運營有限責任公司，廣西 柳州 545005)

0 引言

目前國內外關于水泥路面加鋪瀝青層一直沒有統一的設計方法。從20世紀50年代開始，歐美日等國家或地區開始使用瀝青罩面來改造水泥路面[1-4]，我國一些地區利用其技術和經驗[5-7]，過于強調防反射裂縫問題，導致加鋪結構和加鋪材料柔度過大、模量偏低，路面加鋪后不久便出現流動性車轍病害，瀝青加鋪層耐久性難以保證。從目前已完成的桂柳高速公路一、二期改造工程使用效果來看，瀝青加鋪層的高溫穩定性存在一定問題，部分路段在通車后不久便出現了車轍、推移、擁包等高溫失穩類病害[8-9]。可見，對于水泥路面加鋪瀝青面層的改造方案而言，瀝青加鋪層的高溫穩定性與防反射裂縫能力一樣，都是十分重要的，需要引起高度重視。

目前，桂柳高速公路重載車輛多、軸載重，水泥路面損壞嚴重，路面改造尤為迫切，特別是道路沿線有十幾公里的長大縱坡路段，對路面改造技術提出了新的挑戰。為了改善高溫穩定性，對長大縱坡路段，下面層采用SMA20結構，旨在通過混合料良好的骨架結構改善高溫穩定性，較適合于桂北地區山嶺重丘區重載交通環境的抗車轍技術需求。本文針對桂柳高速長大縱坡路段使用的瀝青加鋪層下面層SMA20瀝青混合料開展研究，通過室內試驗和現場應用，分析研究具有優異性能的SMA20瀝青混合料，實現延長水泥路面加鋪瀝青面層的使用壽命，保證瀝青加鋪層具有足夠防反射裂縫能力和良好的高溫穩定性的目的。

1 原材料

1.1 瀝青

研究使用的瀝青為SBS(I-D)改性瀝青，各項指標檢測結果見表1。

表1 瀝青各項指標檢測結果表

1.2 礦料

SMA20瀝青混合料粗集料選用桂林臨桂萬福石場10～20 mm、5～10 mm石灰巖碎石；細集料選用桂林臨桂四塘石場0～3 mm石灰巖機制砂；填料為桂林蘇橋產石灰巖磨細礦粉。各原材料試驗結果見表2～4。

表2 粗集料(石灰巖)技術指標檢測結果表

表3 細集料(石灰巖0～3 mm)技術指標檢測結果表

表4 礦粉質量檢測結果表

1.3 纖維

SMA20瀝青混合料采用德國CFF顆粒狀木質素纖維，試驗結果如表5所示。

表5 纖維質量檢測結果表

2 SMA20級配優選

結合桂柳高速特點及石料情況，本文共構造12種SMA20級配曲線，如表6所示。

表6 下面層SMA20初選料級配表

采用5.0%的油石比進行以上級配的馬歇爾擊實試驗，纖維摻量0.4%，試驗結果如表7所示。

表7 12種級配馬歇爾試驗結果表

從表7可以看出，M-21級配的礦料間隙率最大，數值為15.1%，這表明該級配的骨架性狀最好，優于其他11種級配的嵌擠能力，因此優選后確定該級配為桂柳高速路面改造瀝青加鋪下面層SMA20的設計級配。

3 SMA20配合比設計及應用

3.1 SMA20配合比設計

SMA20瀝青混合料馬歇爾擊實試驗結果見表8。根據表8的試驗結果，采用規范中的油石比確定方法，可以取設計空隙率中間值3.75%對應油石比5.0%作為最佳油石比，通過內插法反算各擬合曲線上對應的體積參數，其中毛體積密度為2.438，瀝青飽和度VFA為74.8%，礦料間隙率VMA為15.1%。

表8 SMA20瀝青混凝土目標配合比馬歇爾擊實試驗結果表

3.2 SMA20路用性能驗證

按照3.1節確定的配合比進行試驗驗證，結果見表9。根據試驗結果可知，本文設計的SMA20瀝青混合料均滿足設計要求，具有良好的路用性能。

表9 SMA20瀝青混凝土配合比試驗驗證結果表

3.3 SMA20在桂柳高速公路中的應用

桂柳高速長大縱坡路段采用了上述設計方法和配合比設計成果，施工階段對SMA瀝青混合料的結果進行了抽檢，結果匯總見表10。

表10 SMA20日常抽檢結果表

從表10中的結果來看，由于優化后的SMA瀝青混合料具有更好的骨架結構，SMA20瀝青混合料70 ℃車轍試驗的動穩定度均值可達4 900次/mm，與常規的SMA材料相比，能夠顯著改善高溫穩定性，即使采用超過規范要求的試驗溫度(70 ℃)開展車轍試驗，動穩定度值也較高。可見，為了增強適應性，針對桂柳高速長大縱坡路段而進行優化設計的SMA20瀝青混合料，在實際應用中取得了較為顯著的使用效果，特別是高溫穩定性得到了較大幅度的改善。

4 結語

本文針對桂柳高速公路路面改造工程中長大縱坡路段的特點，開展了瀝青加鋪層SMA20的設計和應用研究，通過級配優化選擇了骨架效果最佳的瀝青混合料級配，經過室內試驗和實體工程驗證發現，本文所設計的SMA20瀝青混合料具有良好的高溫穩定性和綜合路用性能，適用于重載交通條件的抗車轍型路面，可供廣西區內其他路面改造工程參考使用。