超薄磨耗層SMA-10在高速公路中的應用

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定性和抗疲勞性能，是一種使用性能優良的路面，SMA作為一種間斷級配的骨架嵌擠型密實結構的瀝青混合料，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，進入21世紀后，在國內逐步得到了推廣應用[1-4]。本文結合超薄磨耗層SMA-10在惠清高速公路工程中的應用，對超薄磨耗層的材料選擇、配合比設計、施工工藝、性能驗證及應用的效果進行了分析，以供同類工程參考。

1 配合比設計

1.1 原材料技術指標

為了提高超薄磨耗層SMA-10的抗車轍和抗滑能力，本試驗段采用某品牌SBS改性瀝青。各項指標檢測結果見表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采購的碎石和機制砂。巖質為輝綠巖，潔凈、干燥、質地堅硬、表面粗糙、富有棱角、形狀接近立方體，具有足夠的強度和耐磨性。

表1 SBS改性瀝青檢測結果

集料規格為5 mm～10 mm碎石、3 mm～5 mm碎石、0 mm～3 mm機制砂，各技術指標檢測結果見表2。由表2可知，檢測結果均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》高速、一級公路“瀝青混合料用集料質量要求”。

2) 填料

選擇某品牌生產的P·O 42.5R水泥、牛角窩北石仔場礦粉，試驗檢測結果表明該水泥、礦粉均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》“瀝青混合料用礦粉質量要求”及設計文件要求。

3) 纖維

纖維摻量為混合料重的0.4%，密度1.13 g/cm3。各項指標均滿足設計文件要求。

表2 集料檢測結果

1.2 目標配合比設計

1) 確定礦料級配組成

根據各集料、礦粉的篩分數據，按照設計文件中SMA-10瀝青混合料級配范圍，經反復計算、調整、試驗比選后確定目標配合比各材料比例，見表3，合成級配結果見表4[5-11]。

表3 目標配合比各材料比例

表4 目標配合比合成級配

2) 最佳油石比驗證

根據熱拌瀝青混合料配合比設計程序和設計文件，采用上述設計級配，對最佳油石比6.4%進行驗證，并開展謝倫堡瀝青析漏試驗、車轍試驗、浸水馬歇爾試驗及鋪砂試驗，各試驗參數指標結果見表5～表8。

(1) 高溫穩定性能檢驗

采用最佳油石比6.4%制備車轍試件，試驗溫度為60 ℃，壓強為0.7 MPa，試驗結果見表6。從表6中數據可知，動穩定度達到8 984次/mm，說明該超薄磨耗層的高溫穩定性較好。

(2) 水穩定性能檢驗

按規范方法成型2組馬歇爾試件并進行試驗，結果見表7。第1組試驗條件：60 ℃恒溫水浴中浸泡0.5 h；第2組試驗條件：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定度為94.8%，滿足該設計指標大于80%的要求。

表5 謝倫堡瀝青析漏試驗結果

表6 車轍試驗結果

(3) 抗滑性能檢驗

在室內成型3塊車轍板，采用鋪砂法測定瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)路面上面層的構造深度，試驗結果見表8。從表8可知，SMA-10的構造深度大于1.0 mm，滿足抗滑性能不小于0.8 mm的標準要求。

表5～表8試驗結果表明，最佳油石比6.4%下，SMA-10作為路表層的各項檢測指標均滿足設計要求，且高溫性能、水穩定性能及抗滑性能較好。

表7 浸水馬歇爾試驗結果

表8 構造深度試驗結果

1.3 配合比驗證

根據確定的礦料級配和最佳油石比，對SMA-10瀝青混合料配合比設計進行檢驗，主要試驗為瀝青混合料馬歇爾試驗、謝倫堡瀝青析漏試驗、車轍試驗、肯塔堡飛散試驗、殘留穩定度試驗，結果見表9。由表9可知，混合料各項性能均滿足規范和設計文件的技術指標要求。

1.4 生產配合比設計

經過對拌和站熱料倉材料進行篩分，以目標最佳油石比6.4%為中值，進行±0.3%馬歇爾試驗等，試驗結果均滿足設計技術指標要求，選定最佳油石比為6.4%，并按照相應比例形成生產配合比，見表10。

表9 配合比設計檢驗結果

表10 生產配合比各材料比例

2 上面層試驗段施工

為驗證瀝青瑪蹄脂碎石混合料上面層(SMA-10)的工程應用效果，選取惠清高速公路工程項目為依托工程，在樁號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)試驗段，探索其施工工藝、質量控制方法，并進行了跟蹤檢測。

1) 施工準備

(1) 施工前對施工圖紙進行會審，對施工圖紙有疑問的以書面形式上報業主，并得到答復。

(2) 對項目部人員、班組進行施工技術交底、安全交底。

(3) 拌和站采用經過相關試驗抽檢合格的5 mm～10 mm碎石、3 mm～5 mm碎石、0 mm～3 mm機制砂、瀝青、礦粉、水泥。

(4) 對準備施工的工作面范圍進行交通管制，在距離施工區或準備施工路段前后300 m范圍內設置“前方施工減速慢行標志牌、施工車輛導向標志牌、道路封閉標志牌、限速標志牌”等。

(5) 工作面應保持平整、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，灑布車保持勻速行駛。氣溫低于10 ℃和遇大風及降雨時不灑布。對于局部未灑到部位，應進行人工補涂。

3) 測量放樣

(1) 上面層采用非接觸式平衡梁控制標高及平整度。

(2) 試驗段松鋪系數初步定為 1.20，具體松鋪系數根據試驗段檢測后得出的最佳松鋪系數為準，以指導后續大面積施工。

4) 混合料拌和、運輸

拌和樓采用中交西筑JD5000瀝青拌和樓，標準產能為250 t/h～320 t/h(本試驗段暫定200 t/h)。根據配合比所需的不同規格碎石采用了4個冷料倉，且有良好的除塵設備。

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

圖1 專用絮狀木質素纖維風送設備

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周期不宜少于70 s (濕拌時間50 s，干拌時間20 s)。

瀝青混合料的運輸采用自卸汽車運送，根據拌和站到試驗段的運距為2 km，本試驗段暫定12臺運輸車運輸，使得后場生產和前場攤鋪相匹配。運輸前運輸車司機對車廂進行清理，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、壓路機等相關設備的正常運轉情況，提前0.5 h～1 h對攤鋪機熨平預熱，使熨平板不低于100 ℃，并將攤鋪設備移至攤鋪起點就位。

(2) 主線1臺攤鋪機進行全幅攤鋪，裝機寬度為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(本次試驗段鋪筑寬度為12.4 m)，并通過非接觸式平衡梁控制標高及平整度。

(3) 混合料攤鋪按緩慢、均勻、連續不間斷的原則攤鋪，不得隨意變換速度或中途停頓，攤鋪速度應根據拌和樓產量、施工機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，在攤鋪機布料器中間分料位置加裝了反向螺旋，在攤鋪機前擋板位置改裝了鐵質鏈條網，在攤鋪機接料斗處增設了擋板。

6) 混合料碾壓

試驗路擬定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，壓路機緊跟碾壓，以縮短碾壓作業段長度，但以不產生推移、拉裂為原則。碾壓過程嚴格按照“高頻、低幅、緊跟、慢壓”由低向高的原則進行。碾壓時將壓路機的驅動輪面向攤鋪機，從外側向中心碾壓，在超高段則由低向高碾壓，在坡道上將驅動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 壓路機碾壓速度 km/h

3 試驗路段檢測

對廣東惠清高速公路鋪筑的超薄磨耗層SMA-10試驗路段進行了檢測，內容包括構造深度、摩擦系數及滲水系數，并對路面進行了鉆芯取樣，觀測厚度、級配及層間粘結情況，檢測結果見表13，壓實度曲線如圖2所示。

表13 超薄磨耗層SMA-10試驗路段檢測結果

圖2 壓實度曲線

由表13可知，試驗段各項指標值均滿足設計要求。分析圖2壓實度曲線可見，2個碾壓方案的壓實度均能滿足規范及設計要求，但選方案2更優，初壓雙鋼輪壓路機振壓2遍，復壓雙鋼輪壓路機振壓3遍，終壓雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍。試驗段施工總體上是成功的，施工成果可指導今后大面積施工。

4 結論

通過材料選擇、配比優化及性能驗證，并通過實體工程的鋪筑與效果對比，分析了SMA-10在惠清高速公路工程中上面層攤鋪的應用效果并得出以下認識：

1) 瀝青瑪蹄脂碎石上面層必須選擇堅硬耐磨的優質材料，通過優化配比，采用6.4%油石比設計的SMA-10瀝青混合料，確定了生產配合比為：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%的絮狀木質素纖維。

2) 通過試驗段施工，對混合料的拌和、運輸、攤鋪、碾壓等施工工藝及施工過程質量控制辦法等方面進行了可靠性檢驗，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施工技術參數和施工工藝，可用于指導上面層SMA-10的后續施工。

3) 超薄磨耗層SMA-10經高溫性能、水穩定性能以及抗滑性能等試驗驗證并通過試驗段檢測，所設計的瀝青瑪蹄脂碎石上面層具有較優的路用性能，可供同類工程參考。