改性沥青SMA沥青混凝土路面施工控制

摘要:本文通过结合竹曲高速SMA沥青洗凝土路面工程，论述了改性沥青SMA路面的特性、配合比设计、拌和、摊铺、碾压等施工工艺，并结合高速公路工程施工管理中出现的问题，阐述了SMA的质量控制及施工应采取的措施。

关健词 : SMA;沥青混凝土;施工

　　SMA是近年来在国际上出现的一种非常引人注目的新型沥青混合料，以其优良的抗车辙和抗滑性能备受关注。沥青玛蹄脂碎石混合料(st0nematrixasphalt，简称SMA)是一种由沥青结合料、少量的纤维稳定剂、细集料、以及较多量的填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗骨料骨架间隙，组成一体的沥青混合料。沥青结合料主要提高沥青混凝土的感温性(即高温稳定.性和低温韧性)、防止混合料分散并提高路用性能，通常采用改性沥青。改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其它材料等外掺剂(改性剂)，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。改性沥青SMA路面具有如下特性:

　　1.改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能;

　　2.改性沥青及SMA混合料具有粗集料多，矿粉多，改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特点。特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很高;.

　　3.只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥;

　　4.改性沥青及SMA混合料致冷后非常坚硬，强度高。

　　通过国内外使用情况表明，SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。竹曲路三B合同段采用改性沥青SMA一13上面层后，同样显示出良好的性能。

一 、S MA一13配合比设计

　　SMA一1 是一种间断级配的沥青混合料，4.75mm 以上的粗集料比达到70%以上，使用很少细集料，为了可以加人较多沥青，矿粉用量高达10%，并使用纤维(或橡胶胶粉)。SMA配合比设计是分成集料骨架和沥青玛蹄脂填充料两个部分设计的:

　　(1)紧密嵌挤的粗集料骨架，SMA中混合料中真正起到嵌挤作用的是4.75mm以上的部分，只有当4.75mm通过率<30%时，VMA才开始增加，粗集料嵌挤作用得以发挥才形成石一石嵌挤结构。

　　(2)含有足够的沥青结合料数量和具备相当劲度的沥青玛蹄脂胶浆，它填充在粗集料骨架嵌挤成的石一石结构间隙中。玛蹄脂胶浆设计规定了矿料间隙率VMA和空隙率VV这两个指标。因此 ， SM A配合比设计的任务首先确定骨架和玛蹄脂部分各种材料的规格和比例，设计一个合理的VMA值。保证SMA真正形成粗集料骨架，骨架的间隙又恰到好处地填充玛蹄脂，玛蹄脂也能真正发挥使混合料成为整体的胶结作用。

1.改性沥青SMA一13目标配合比设计

　　包括马歇尔试验设计和设计配合比检验两项内容，改性沥青SMA一13配合比设计要求击数为双面50次，矿料级配采用间断级配，以4.7mm作为粗集料骨架的分界筛孔。竹曲路三B合同段改性沥青SM入一13上面层采用MAC一70改性沥青、沂水玄武岩(规格:r0-15mm、5一10mm、3一smm、0一3nun)、苍山产矿粉(掺15%石灰)，外掺0.3%的木质纤维。在工程设计的级配范围内，通过调整各种矿料比例，设计3组不同粗细的初试级配，3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值士3%附近，3组级配矿粉数量均为10%左右。从三组初试级配的试验结果中选择设计级配时，必须结合VCA_mix＜VCA_DRC，及VMA>l6-5%的要求，当有一组以上的级配同时符合要求时，以粗集料骨架分界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配。

　　确定设计沥青用量。根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率结果，以0.2%一0.4%为间隔，调整3个不同的油石比，制作马歇尔试件，计算空隙率等各项体积指标。一组试件不少于4一6个。进行马歇尔试验，检验稳定度和流值是否符合要求，根据期望的设计空隙率，确定油石比，作为最佳袖石比，配合比设计检验。除同普通沥青混凝土的规定检验项目如设计空隙率为3一4%，矿料间隙>l7%，马歇尔稳定度不小于6.0KN ，粗集料骨架间隙率VCA_mix＜VCA_DRC，动稳定度不小于300次/mm，冻融循环劈裂试验残留强度比(%)不小于80，浸水马歇尔试验残留稳定度(%)不小于50等指标，SMA混合料的配合比设计还必须进行谢伦堡析漏试验及肯特堡飞散试验，析漏试验的析漏量不大于0.1%。竹曲路三B合同段采用沥青用量55%进行检验，部分结果如下，符合规范要求:

　　(1)析漏试验(烧杯法)析漏损失为0.05%

　　(2)动稳定度3439次向加

　　(3)冻融循环劈裂试验，冻融劈裂强度比件B=87.84%[Page]

2.生产配合比设计

　　按报批的目标配合比比例调试生产配合比:

　　(1) 确定各热料仓矿料和矿粉的用量。必须从二次筛分后进人各热料仓的矿料取样进行谛分，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配符合设计级配的规定，并特别注意使0.075mm 、4.75mm 和9.SInln 的筛孔通过量控制接近设计级配，以确定各热料仓和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡。

　　(2) 确定最佳油石比。取目标配合比设计的最佳沥青用量0AC和0AC士0.3%三个沥青用量，用试验室的小型拌和机拌制改性沥青SMA一13，进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌合机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，与目标配合比设计的结果的差值不宜大于土0.2%。

　　竹曲路三 B合同段拌和楼有四层振动筛(19mm 、11mm 、6mm 、3mm)二次筛分后，热料仓取样进行配合比设计，进行马歇尔试验及VCA，与VAC二试验等，各项指标均符合设计要求。

　　3.生产配合比验证。拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段，并取样进行马歇尔试验，同时从路上钻取芯样观察空隙率的大小，由此确定生产用的标准配合比。标准配合比的合成级配中，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优

　　选的工程设计级配范围的中值，并避免在0.3一0.6mm 处出现驼峰。并再次对标准配合比进行车辙及水稳定性试验。

二 、原材料质量控制

　　SMA对材料要求较高。由于改性沥青对基质沥青、碎石、石屑、矿粉、改性剂、添加剂等配比质量要求高，设计上要求矿粉填料采用石灰岩机制，中、下面层集料采用石灰岩石料。

　　(1) 改性沥青运输温度不低于150℃，保温贮存温度不低于140℃，不得长时间存放，改性沥肾贮存时应泵送循环以防离析。

　　(2) 粗集料:应采用石质洁净、干燥、表面粗糙、近立方体颗粒的碎石，粒径大于4.75mm ，宜采用玄武岩集料、辉绿岩集料和闪长岩集料，表观相对密度一般大于2.6t/m³。

　　(3) 细集料:采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的玄武岩、辉绿岩、闪长岩石屑。SMA混合料不宜使用天然砂。

　　(4) 填料:必须采用石灰岩或岩浆岩中的经基性岩石等的憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁。不得采用拌和机回收的粉料，以确保SMA沥青的质量。填料的亲水系数宜小于1.0。

　　(5)抗剥离措施(剂):当使用的粗集料与沥青的粘附性达不到要求时，宜掺加消石灰、水泥、或用饱和石灰水处理后使用，必要时可同时在沥青中掺加抗剥落剂，掺加沥青质量的0.4%。

　　(6) 稳定剂:宜采用优良的木质素絮状纤维，纤维应在250℃的干拌环境温度不变质、不发脆，掺加比例以沥青混合料总质量的0.3-0.4%。木质纤维宜采用有产品合格证书的进口材料。木质素纤维的保管、存放、运输过程中均不得受潮。对木质素纤维添加设备进行计量标定。

　　堆放各种矿料的料场必须硬化，并具有良好的排水系统，避免材料被污染;各品种材料间应用墙体隔开，以免相互混杂。细集料及矿粉必须覆盖。

三、 沥青中面层的准备

　　对中面层表面，应喷洒粘层沥青，折算纯沥青数量。.2Kg/m²。粘层沥青喷洒后应进行交通管制，乳化沥青破乳后，不粘车轮时才可摊铺上面层。

四、铺筑试验路段

　　改性沥青SMA一13上面层正式施工前，均需先做试验路段。用生产配合比在生产拌和机上进行试拌，经检验改性沥青SMA技术性能符合规定后方可铺筑试验段。试验路段宜选在直线段，长度宜为10-200m。

　　试验路段施工分为试拌和试铺两个阶段。试拌前，按比例拌和矿料先扔掉10锅后再测锅，再按配合比加沥青拌和4锅扔掉，然后开始正式出料试验。试验路段施工需要决定的内容包括:

　　1. 根据各种机械的施工能力相匹配的原则.确定适宜的施工机械，按生产能力决定机械数量与组合方式。[Page]

　　2.通过试拌决定:(1)拌和机的操作方式— 如上料速度、加料程序、矿粉的加料方式、拌和数量与拌和时间、拌和温度等。(2)取试验的改性沥青SMA一13进行体积参数分析、马歇尔检验和沥青含量、筛分试验检验，由此确定正式生产用的标准配合比。验证改性沥青SMA-13的生产配合比，决定正式生产用的矿料配合比和油石比。

　　3.通过试铺决定:<1)摊铺机的操作方式、摊铺方法、摊铺温度、摊铺速度、初步振捣夯实的方法和强度、自动找平方式等。(2)改性沥青SMA一13路面的压实是一道关键工序，要在试验段试验过程中，通过试压获得所要求压实度而制订适宜压实工艺与压实程序:明确具体的碾压时间，压实顺序，碾压温度，碾压速度，静压与振压最佳遍数，压路机类型组合，压路机型号与吨位，压路机振幅、频率与行走速度的组合等。(3)施工缝处理方法。(4)松铺系数(约为1.08一1.20)。竹曲路三B合同段试验路段试验检测压实度98.47%，空隙率5.03%，构造深度1.3mm 路面基本不透水，各项指标均符合设计指标，但油石比5.8%有个别小油斑，最后决定使用油石比5刀%。

　　4.确定施工产量及作业段的长度，修订施工组织计划。

　　5.全面检查材料及施工质量是否符合要求。

　　6.确定施工组织及管理体系、质保体系、人员、机械设备、检测设备、通讯及指挥方式。

　　试验段的质量检查频率应根据需要比正常施工时适当增加(一般增加一倍)。

五 、改性沥青SMA的拌制

　　使用间歇式沥青混合料拌和机，冷料仓的数量应满足配和比要求，通常不宜少于5一6个，拌和机应配备良好的二级除尘装置和木质素纤维添加装置。全部生产过程由计算机自动控制，配有良好的打印装置。严格掌握沥青和集料的加热温度以及SMA的出厂温度。通过温度检测，对改性沥青及SMA生产的四大温度(沥青加热温度160-165℃，改性沥青制作温度165~170℃，改性沥青最高加工温度175℃，集料加热温度190一210℃)进行控制，要求改性沥青SMA混合料出厂温度在160一185℃，超过195℃的要废弃，混合料不得在储料仓中长时间储存，储存温度降低不超过10℃，以不发生沥青析漏为度，并只限当天使用。

　　拌和楼控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量拌和温度，并定期对拌和楼的计量和测量进行校核;每天应用拌和总量检验各种材料的配比和SMA油石比的误差。改性沥青SMA拌和时间及加料次序由试拌确定，建议的SMA拌和时间及加料次序:松散的絮状纤维可在喷人沥青的同时或稍后采用风送设备喷人拌和锅，拌和时间宜延长5以上。颗粒状纤维可在粗集料投人的同时自动加人，经的干拌后，再投人矿粉，加矿料加纤维干拌约18s，加矿粉加沥青湿拌约40s，出料总生产时间约60一70s，必须使所有集料颗粒全部裹复沥青结合料，并以沥青混合料拌和均匀为度。要严格控制油石比和矿料级配，避免油石比不当而产生泛油和松散现象。每台拌和机开拌后每天上午、下午各取一组混合料试样，通过抽提试验和马歇尔试验对矿料级配、沥青用量、混合料的密度和空隙率VV、VMA、VCA等指标进行调控，同时检测其稳定度和流值;

六 、改性沥青SMA的运输

　　沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速度有所富余，摊铺机前方有五辆运料车方可开始摊铺。运料车应用完整无损的双层蓬布覆盖，以资保温防雨或避免污染环境。采用具有金属探测针的插人式数显温度计检测沥青棍合料的出厂温度和运到现场温度。插人深度要大于15cm。在运料卡车侧面中部设专用检测孔，孔口距车箱顶面约30cm。拌和机向运料车放料时，汽车应前后移动分三堆装料，以减少粗集料的分离现象。

七 、改性沥青SMA的摊铺

　　1.SMA的摊铺温度

　　SMA的温度控制是最重要的，关系到路面的压实度，直接关系到路面整体的施工质量和耐久性。由于使用了改性沥青及纤维稳定剂，混合料的摊铺温度宜为160℃一180℃，温度低于140℃的混合料禁止使用。选择在当日高温时段进行摊铺，路表温度低于15℃时不宜摊铺，摊铺遇雨时，立即停止施工，并清除未压实成型的混合料。

　　2.连续稳定的摊铺，是提高路面平整度最主要的措施。摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械的配套情况及摊铺厚度，按规定1一3m/mim，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。一台摊铺机的摊铺宽度不宜超过6一7.5m，通常采用两台以上相同型号的摊铺机前后错开10一20m成梯队形式同时摊铺，两幅之间应有30一60mm左右宽度的搭接，且不得造成前面摊铺的混合料冷却，保证纵向接缝为热接缝。

　　3.用移动式自动找平基准装置控制摊铺厚度。铺筑改性沥青SMA路面时宜采用非接触式平衡梁。[Page]

　　4.摊铺机应调整到期最佳工作状态，调好的螺旋布料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器传速相匹配。螺旋布料器中的料量应高于螺旋布料器中心，使熨平板的挡料板前混凝土合料在全宽范围内均匀分布。摊铺前应将熨平板预热至规定温度(不低于10℃)，摊铺时熨平板应采用中强夯等级，使铺面的初始压实度不小于85%，摊铺机熨平板必须拼接紧密，不许存有缝隙，防止卡人粒料将铺面拉出条痕。

八 、改性沥青SMA的碾压

　　SMA路面碾压要严格按“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。由专人负责指挥协调各台压路机的碾压路线和碾压遍数，使摊铺路面在较短时间内达到规定压实度，昆碾压温度符合规定，初压开始温度不低于150℃，碾压终了表面温度不低于90℃。SMA的初压、复压宜用双钢轮振动压路机速度均匀碾压，禁止使用轮胎压路机。采用振动压路机压实SMA路面时，通常振频一般在42一50HZ范围内选择，振幅可从0.4一0.8mm 范围内选择。高频和低幅方式对提高SMA的压实度，防止石料损伤，保持石料有良好的棱角性和嵌挤作用具有重要的意义。大振幅很容易造成碾压过度，使石料压碎或者玛蹄脂上浮，产生“过碾压弹簧”、“油斑”等现象。压路机轮迹的重叠宽度不应超过20cm。一旦达到压实度应立即停止作业，只要形成嵌挤结构即可，防止沥青迁移。加 强 高 速公路早期交通控制。开放交通时的路表温度不高于50℃，路面压实完成24小时后，方能允许施工车辆通行。

九 、改性沥青SMA施工中易产生的问题及对策

　　通过本次工程的实践，我们发现在施工中容易发生一些普通沥青路面所不常见的问题。这些问题主要是:

　　(1) 过碾压。对SMA路面来说，由于它的集料嵌挤作用，可压实程度不大，压实度比较容易达到;SMA结构过碾压除了可能压碎碎石外，还会使玛蹄脂部分上浮，构造深度减小，因此，在碾压过程中，要求必须特别注意表面构造，以便有适宜的构造深度，通常以保持在1.0-1.5mm为好(与最大粒径有关)。

　　(2) 出现油斑。SMA路面通车后出现油斑也是常见的一种病害。它往往是由于漏投、晚投、少投纤维，干拌时间不够，纤维没有充分分散及沥青用量不均匀引起，也可能是纤维稳定剂数量不够，材料出现离析，沥青用量使用不均、过多或过少引起，这种路面在行车过程中，往往会引发车辙变形。

十 、结束语

　　改性沥青SMA路面作为一种引进的新型路面结构，随着我国高速公路建设的发展，根据中国实际情况其设计理念及施工方法都在不断的完善，作为施工单位在具体实施过程中，一定要实事求是的记录各种检测数据，作为SMA研究的基础资料，更好的用于公路施工。