SMA瀝青瑪蹄脂混合料路面施工質量控制探討

劉 洋,郭寧寧

（北京城建道橋建設集團有限公司,北京 100020）

0 引言

SMA 指的是瀝青瑪蹄脂碎石混合料，該施工材料出現后最先在歐美等國家和地區公路工程建設領域得到廣泛應用。我國于20 世紀90年代引進相關理論和施工工藝，此后便掀起了大規模理論研究與工程實踐，取得了一定成果。隨著我國公路建設規模的不斷擴大，大型車輛及重載交通占比越來越高，瀝青路面早期病害愈發嚴重。SMA混合料因具備較好的抗變形、抗荷載能力，在路面車轍、擁包等病害處治方面優勢顯著；SMA 混合料還具備間斷級配，通過熱拌熱鋪形成骨架密實型結構，具備高溫穩定性、耐久性、水穩性和抗滑性等高等級瀝青路面上面層天然優勢。基于此，該文依托某高速公路病害瀝青路面，重點對SMA 混合料配合比設計及施工過程控制展開分析，以便為具體工程SMA 瀝青瑪蹄脂混合料路面施工提供參考借鑒。

1 工程概況

某高速公路起點里程和終點里程分別為K41+000～K53+470，全線長度為12.47 km，2016年底竣工通車，按照原設計，路面由上至下依次為SAC-16 上面層、AC-20 Ⅰ中面層、AC-25 Ⅱ下面層、瀝青砂下封層、5%水穩碎石基層、3%水穩碎石底基層，各結構層的設計厚度分別為4 cm、4 cm、6 cm、1 cm、33 cm、20 cm，設計使用年限為15年。路段于2020年初表現出凹陷、坑槽、網裂、唧漿等早期病害，如果不及時處理，既有病害必將快速擴展惡化，甚至危及基層穩定，使公路路用性能徹底喪失，養護處治費用倍增。公路管理部門經過調研和驗證，決定銑刨病害嚴重路段4 cm 厚的SAC-16 上面層，銑刨后區域使用4%SBS+5%PE 的AC-16 Ⅰ改性瀝青混合料鋪筑至原路面標高，并加鋪3 cm 厚的SMA-13 面層。

2 混合料配合比設計

2.1 原材料

為保證SMA 瀝青混合料性能，所選用的粗集料必須石質堅硬，且外表面呈粗糙狀，大體形狀應當近似正方體。在綜合考慮采購費用、運輸成本的基礎上，最終選用工程所在地一石料廠生產的粒徑2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm 的優質花崗巖破碎料，并具備良好的嵌擠能力。集料針片狀含量≤10%，壓碎值≤25%，性能均滿足標準馬歇爾試驗和車轍試驗[1]檢測結果。

填料選用與瀝青黏附性能為5 級的石灰石礦粉，礦粉必須干燥潔凈，無雜質，并能從礦粉包裝內自由流出。礦粉和集料技術性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG/F40—2017），且礦粉、粒徑0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm 的集料按照8 ∶13 ∶7 ∶32 ∶40 的比例配備。

SMA 混合料選用性能滿足重交通道路石油瀝青的AH-90 瀝青，與集料黏附性應不小于4 級，并具備較好的感溫性能。

SMA 瀝青瑪蹄脂混合料穩定劑主要采用松散絮狀木質素纖維，該類型的穩定劑所能承受的干拌和溫度高達125 ℃，具體摻量應嚴格依據瀝青混合料質量的0.3～0.4%控制，摻量允許誤差控制在素纖維質量的±0.5%。

2.2 配合比設計

確定出三種不同的級配，具體見表1。4.75 mm 篩孔通過率依次為31.4%、28.6%和25.3%。依據施工技術規程的要求展開不同級配下搗實密實狀態粗骨料骨架緊裝空隙率的檢測與測定，并按照6.0%的瀝青用量制備混合料試件，以測定粗集料骨架間隙率和礦料間隙率。在滿足粗集料骨架間隙率≤粗集料骨架緊裝空隙率且礦料間隙率>16.5%的基礎上展開級配確定[2]，試驗結果見表2和表3。結合表中試驗結果，2#級配各項性能均較為理想，為此，以2#級配為該公路瀝青路面初選設計級配。

表1 SMA-13 礦料級配設計結果

表2 粗集料骨架緊裝空隙率測試結果

表3 初級級配體積分析

在初步選定的2#級配的基礎上，分別按照5.7%、6.0%、6.3%、6.6%的瀝青用量制備試件，并展開馬歇爾試驗。結果見表4 和圖1。結合試驗結果，在瀝青用量取6.3%時，馬歇爾試件各項指標取值均滿足規范，考慮到該試驗段瀝青路面交通量大、軸載重，故以6.3%為最佳瀝青用量。

表4 馬歇爾試驗結果

圖1 馬歇爾試驗結果關系曲線

3 施工過程及質量控制要點

3.1 施工準備

SMA-13 瀝青混合料結構空隙先通過細集料和纖維穩定劑填充，再通過瀝青充分黏結。為加強施工過程及質量控制，在進行SMA 瀝青混合料配合比設計時，應當依次展開目標配合比、生產配合比設計，并將設計結果應用于工程實踐后根據應用效果進行生產配合比的驗證，最終確定出契合公路實際的集料摻配比及最佳瀝青用量。其中，目標配合比主要通過現場馬歇爾試驗得到；生產配合比則按照目標配合比熱拌并二次篩分后進行馬歇爾標準試驗而確定[3]；經過路段鋪筑試驗確定最終配合比。

以K41+000～K41+500 段為試驗段，主要展開設計階段所確定的生產配合比、松鋪系數等的驗證，進而確定施工機械組合、攤鋪及壓實施工工藝，以改進和優化施工工藝。

3.2 混合料拌和及運輸

SMA 瀝青瑪蹄脂混合料的拌和工藝與普通瀝青混合料拌和工藝基本一致，但應加強木質素纖維投加時機及分步拌和時間的控制。具體而言，SMA 瀝青瑪蹄脂混合料干拌和時間超出普通瀝青混合料干拌和時間3～5 s；在向拌和樓中噴灑瀝青后的濕拌和時間應比普通瀝青混合料濕拌和時間延長5 s。安排專人檢測控制各級加熱溫度，其中瀝青、礦料加熱溫度應分別控制在150～160 ℃、180～190 ℃，混合料出廠溫度應不超出160～170 ℃。

通過大噸位自卸車進行SMA 混合料運輸，在裝料前，必須在車廂內側板和底板面均勻噴灑隔離劑。裝料時，應依次向車斗前、后、中部放料，以減少混合料離析。裝料結束后必須使用苫布覆蓋混合料，運輸途中車輛應勻速前進，避免車身顛簸、急剎車等現象的出現。

3.3 攤鋪、碾壓

通過大功率吹風機徹底吹除下承層表面松散、脫粒、雜物，在徹底消除影響面層攤鋪質量的不利因素后，還應通過人工方式按照設計用量（上下浮動±0.5%）在下承層表面均勻灑布黏層油。在黏層油風干以前通過履帶式攤鋪機械，并以浮動基準梁為平整度及縱向基準控制手段[4]。在攤鋪前將熨平板預熱至100 ℃以上，按照與供料速度及壓實速度相匹配的原則確定攤鋪速度，避免攤鋪中斷。該公路SMA 混合料攤鋪速度為1～3 m/min。

SMA 混合料攤鋪后必須緊跟碾壓，應當將碾壓折回的位置與攤鋪機之間的直線距離控制在5 m 以內，且壓路機以梯隊形式前進循環作業。試驗段施工結束后根據施工質量檢測結果及控制要求，最終確定出的各個階段施工參數取值見表5。在終壓階段，每振動1 次的振壓長度應不大于25 m；各碾壓階段的碾壓速度必須均勻，壓路機應按直線前行；振動壓路機相鄰兩次碾壓過程中輪痕之間的重疊寬度不得超出20 cm的范圍。根據環境溫度、風速等把握碾壓時間，碾壓結束時的路面溫度應至少達到110 ℃。

表5 碾壓施工參數

為保證SMA 瀝青瑪蹄脂路面結構的整體性，防止人為設置接縫后，增大接縫處滲水的可能，故在施工過程中無須設置縱向冷接縫，橫向接縫也必須嚴格按照平接縫的形式設計與設置。設置好后通過清水沖洗接縫，用鼓風機將接縫處水分徹底吹干后噴灑黏層瀝青并鋪筑混合料。完成SMA 路面施工后，待路面自然冷卻至50 ℃以下方可開放交通。

4 結論

綜上所述，SMA 瀝青瑪蹄脂混合料施工技術性強、協調面廣，對于高速公路路面的維修與補強十分適用。對于舊路面維修罩面而言，必須通過整修或加鋪處理以保證舊路面強度。SMA 混合料造價相對較高，為避免材料損傷浪費，必須在正式施工前展開拌和及鋪筑試驗，確定出合理的施工參數指導施工；對于軟土路段及填方路段等路基尚不穩定的區域，應避免直接鋪筑SMA 路面。工程實踐也表明，集料級配、顆粒形狀、堅韌性及棱角性等是否滿足要求是保證SMA 瀝青瑪蹄脂混合料性能的關鍵，SMA 瀝青用量是否合理，施工溫度控制是否嚴格，拌和及碾壓工藝是否適用，均對SMA 施工成敗有直接影響。