论文导读:：近年来在我国被逐渐推广应用到高速公路上。路面配合比设计及施工技术探讨。
关键词：高速公路，SMA路面配合比设计施工技术
1概述：
沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt）简称为SMA。它是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂胶泥混合料，填充并裹覆矿料表面和粗集料骨架空隙体积中，形成沥青混合料。它以其良好的路用性能，近年来在我国被逐渐推广应用到高速公路上。但是由于有的施工单位对SMA路面不正确的配合比设计和施工以及经验不足等原因，造成了已施工的个别SMA路段出现了种种病害。为了更好的吸取教训，总结经验，更进一步熟悉和了解SMA的特性，本文结合沪蓉国道主干线支线石忠高速路面工程实例，对SMA路面混合料配合比设计、施工及质量控制进行探讨。
2 SMA特性
SMA混合料为间断级配，其构成特性为“三多一少”。三多为粗集料多达70%～80%；矿粉用量多达8%～12%;沥青用量多达6%左右；一少则是细集料少；粗集料颗粒石-石接触，形成骨架结构高速公路，再由沥青、矿粉、木质纤维、玛蹄脂填充其空隙，成为一种密实结构的沥青混合料，SMA路面使用的实践表明，与传统的沥青路面相比较具有以下特性：①更好的耐久性；②抗高温稳定性；③抗低温开裂性；④抗滑性能优越；⑤高温车辙变形小；⑥使用寿命长。
3 SMA路面混合料配合比设计
3.1 材料选择
3.1.1沥青:用于SMA的沥青必须符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中道路石油沥青技术要求或聚合物改性沥青技术要求。为了提高SMA的抗高温稳定性和抗低温开裂性能，可优先选用改性沥青。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA路面采用韩国SK-70﹟改性沥青，它是一种化学改性沥青,呈凝胶状,在基质沥青内部形成一个格架结构,从而改善了沥青的弹性性能,较基质沥青粘度明显增大,软化点升高,感温性能减少,抗老化能力增强,试验结果表明各项指标均能满足规范要求，见表1。
表1 韩国SK-70﹟改性沥青主要技术指标
|
序号
|
试验项目
|
单位
|
试验结果
|
技术要求
|
试验方法
|
|
1
|
针入度25℃，100g,5s
|
0.1mm
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56
|
40～60
|
T0604-2000
|
|
2
|
延度（5cm/min,5℃）
|
cm
|
42
|
≥20
|
T0605-1993
|
|
3
|
软化点（环球法）TR﹠G
|
℃
|
79.0
|
≥70
|
T0606-2000
|
|
4
|
动力粘度135℃
|
Pa.s
|
2.272
|
≤3
|
T0625-2000
|
|
5
|
闪点（COC）
|
℃
|
299
|
≥230
|
T0611-1993
|
|
6
|
溶解度（三氯乙烯）
|
%
|
99.62
|
≥99
|
T0607-1993
|
|
7
|
密度（15℃）
|
g/cm2
|
1.027
|
|
T0603-1993
|
|
8
|
RTFOR后残留物
|
质量损失
|
%
|
0.03
|
≤±1.0
|
T0610-1993
|
|
9
|
针入度（5℃）
|
%
|
76.8
|
≥65
|
T0604-2000
|
3.1.2粗集料:SMA之所以具有较高的高温稳定性，完全靠含量较多的粗集料相互靠拢嵌挤作用的好与坏，取决于粗集料的石质，宜使用坚韧、粗糙、有棱角、抗压碎值和洛杉矶磨耗值比较小的碎石。这些性质是SMA成功与否的关键。最好采用捶击式或锥式碎石机破碎的玄武岩、花岗岩、石英岩、安山岩等坚硬的酸性岩石加工成的碎石。由于酸性碎石与沥青粘附性差，必须采用掺加石灰、水泥和抗剥落剂等措施中国论文网。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路选用南京玄武岩石料,它质地坚硬、表面粗糙、棱角性好、压碎值小、与沥青的粘附性达到5级，各项指标均达到了技术标准要求，见表2。
表2 SMA表层玄武岩粗集料质量技术标准
|
序号
|
指标
|
规范技术要求
|
试验检测结果
|
|
1
|
石料压碎值（%）
|
≤24
|
13.1
|
|
2
|
洛杉矶磨耗值（%）
|
≤28
|
15.5
|
|
3
|
视密度（g/cm3）
|
≥2.60
|
2.90
|
|
4
|
粗集料与改性沥青+抗剥落剂的粘附性
|
5级
|
5
|
|
5
|
坚固性(%)
|
≤12
|
1
|
|
6
|
软石含量（%）
|
≤3.0
|
1.1
|
|
7
|
石料磨光值（BPN）
|
≥42
|
44
|
3.1.3细集料:细集料最好采用质地坚硬的人工机制砂。当采用普通石屑代替时，采用与沥青粘附性好的石灰岩，且不得含有泥土杂物;与天然砂混用时，天然砂用量不宜超过机制砂或石屑的用量。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路采用人工机制砂，它具有一定的优良特征，经检测，各项指标均符合规范要求，见表3。
表3 SMA路面用细集料质量技术要求
|
序号
|
指标
|
单位
|
技术要求
|
试验检测结果
|
|
1
|
表观密度
|
t／m3
|
﹥2.5
|
2.700
|
|
2
|
坚固性
|
%
|
﹤12
|
4
|
|
3
|
砂当量
|
%
|
﹥60
|
89
|
|
4
|
棱角性
|
%
|
﹥45
|
76
|
3.1.4填料（矿粉）:用于SMA的填料（矿粉）必须使用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细的矿粉。为提高集料与沥青结合料的粘附性以及沥青混合料的抗水损害能力，在矿粉中应掺加占矿粉总量30%且不超过矿料总量2%的生石灰粉替代矿粉填料。沥青只有吸附在填料表面形成薄模，才能对粗细集料起粘附作用高速公路，在SMA混合料中，矿粉的用量较普通沥青砼要多一倍左右，所以控制好矿粉的质量非常重要。
3.1.5纤维稳定剂:配置SMA必须使用纤维稳定剂，它具有加筋、分散、吸附及吸收沥青、稳定、增粘等多种功能，稳定剂可用木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维等，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路采用了木质素纤维，木质素纤维通常为混合质量的0.3%左右，其技术要求及检测结果见表4。
表4 SMA混合料纤维稳定剂技术要求
|
序号
|
试验项目
|
技术指标
|
试验检测结果
|
试验方法
|
|
1
|
平均纤维长度
|
2.5mm
|
3.2
|
水溶液用显微镜观测
|
|
2
|
灰分含量（%）
|
18±5
|
21
|
高温590～600℃燃烧后测定残留物
|
|
3
|
PH值
|
＞7.0
|
7.8
|
水溶液用ph试纸或ph计测定
|
|
5
|
含水率
|
≤5%
|
3.0
|
105℃烘箱2h后，冷却称量
|
3.2 目标配合比设计
3.2.1本阶段由两个重要问题组成,一是确定矿料的级配,二是确定最佳沥青用量。根据国内外的经验及有关规范,结合本路段的实际情况，推荐SMA间断级配如表5.
表5 沥青玛蹄脂碎石混合料矿料级配范围
|
标准筛孔尺寸（mm）
|
规范规定SMA-13通过率
|
本路段混合料通过率
|
|
16
|
100～100
|
100.0
|
|
13.2
|
90～100
|
96.2
|
|
9.5
|
50～75
|
62.1
|
|
4.75
|
20～34
|
27.2
|
|
2.36
|
15～26
|
24.1
|
|
1.18
|
14～24
|
20.7
|
|
0.6
|
12～20
|
16.6
|
|
0.3
|
10～16
|
14.0
|
|
0.15
|
9～15
|
12.5
|
|
0.075
|
8～12
|
10.4
|
以上表级配范围为基础，组合3种试验级配，使混合料4.75mm筛通过率为23.7%、27.2%、30.7%，三个级配均固定矿粉用量为10%。
3.2.2测定粗集料骨架部分的集料间隙率VCADRC
根据?公路沥青路面施工技术规范?(JTGF40-2004)中有关试验规程测出4.75mm以上部分的捣实状态粗集料骨架的间隙率VCADRC。
3.2.3选择初试沥青用量
一般可根据粗集料毛体积相对密度选择,例如毛体积相对密度为2.9左右，选用油石比为5.8%；毛体积相对密度为2.8左右,选用油石比为6.1%；毛体积相对密度为2.7左右，选用油石比为6.4%。还可根据公式计算沥青用量。另外也可根据以往成功路段的实践经验或参考析漏试验的结果选择沥青用量。
3.2.4进行马歇尔试验，根据VMA和VCA确定设计级配
按确定的初试沥青用量，用三组初试级配拌和，在确定的压实温度下制作试件，击实采用正反击50次，计算出VV、VMA、VFA、VCAMIX指标，将三组初试级配的试验结果VCAMIX与VCADRC，比较，选择符合VCAMIX<VCADRC要求的级配高速公路，以4.75mm通过率最大的一组级配为设计级配。根据空隙率VV确定沥青用量。混合料级配选定后，即需要增加或减少沥青结合料含量来获得混合料的设计空隙率,SMA混合料的设计空隙率为3～5%,一般确定为4.5%。 以初试沥青含量±0.5%制作试件, 根据试验结果，得出一种沥青含量时混合料的马歇尔特性VV、VMA、VFA、VCA以及马歇尔稳定度与流值。作出这些指标分别与沥青含量的关系曲线, 在空隙率与沥青含量的关系曲线上，找出对应于设计空隙率4.5%的沥青含量即为最佳沥青用量，并在此沥青含量从其余指标与沥青含量的关系曲线上找出相应的VMA、VFA、VCA与马歇尔稳定度值，如这些数值均符合技术要求，VMA≥17%、VFA=70%～85%、VCA≤VCADRC马歇尔稳定度≥6KN，此沥青含量即为设计沥青用量。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA最终目标配合比确定为：10～20mm：5～10mm：机制砂：矿粉：沥青用量=44：32：14：10：5.6。
3.2.5SMA目标配合比检验
SMA混合料在由马歇尔试验确定了矿料级配和沥青用量后，还必须进行下列试验确认和验证：用谢伦堡析漏试验检验沥青用量、用肯塔堡飞散试验检验沥青用量、用车辙试验进行高温稳定性检验、用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行水稳定性检验、透水性检验、表面构造深度检验。经检验，各项指标均能满足技术要求（见表6）。
表6目标配合比验证试验结果
|
冻融劈裂强度比（%）
|
抗车辙（次/mm）
|
飞散损失（%）
|
析漏损失（%）
|
渗水参数（ml/min）
|
|
92.86
|
5963
|
0.04
|
0.02
|
4.4
|
3.3生产配合比设计
生产配合比设计是配合比设计的核心，它的成果将直接应用于生产，设计时应以目标配合比为设计基础。
3.3.1确定热料仓的比例:从二次筛分的热料仓中取样,取样时开始几锅应废弃,待拌和站生产稳定时再取样筛分,根据筛分结果确定各热料仓的比例,其遵循的原则和方法同目标配合比设计。
3.3.2按确定的最佳沥青用量及热料仓的比例进行试拌,取样进行马歇尔试验,并完成以下几项内容:抽提并计算沥青用量、筛分、理论最大相对密度、毛体积相对密度、4.75mm以上粗集料占矿料总量的比例、4.75mm以上粗集料占沥青混合料的比例、空隙率VV、计算VMA、计算VFA。由于马歇尔试验结果和现场碾压工艺不同,产生的效果也不同,而且沥青拌和机也存在一定的误差,所以为防止泛油和空隙率偏低沥青用量应减少0.1个百分点，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路最佳沥青用量定为6.0%,结果如表7。
表7 生产配合比马歇尔试验结果
|
沥青用量
(%)
|
沥青混合料最大理论密度
ρmm
|
试件的毛体积相对密度ρmb
|
空隙率VV(%)
|
饱和度VFA(%)
|
矿料间隙率VMA(%)
|
稳定度(KN)
|
流值(0.1mm)
|
|
6.0
|
2.552
|
2.426
|
4.2
|
75.5
|
17.1
|
9.61
|
30.8
|
3.3.4生产配合比验证
生产配合比通过铺筑试验段的结果来进行验证,通过试验段还可解决指导施工的其他问题,主要包括以下内容:①生产能力与材料供应、运输车辆、摊铺进度、碾压设备的匹配。②摊铺速度的确定。③碾压速度、压路机型、碾压组合中国论文网。④松铺系数的确定。⑤平整度、高程等指标的现场控制措施。⑥摩擦系数、构造深度、渗水情况以及压实效果等。⑦室内马歇尔指标。⑧级配检验等。试验段施工中要严格控制拌和温度、出厂温度及碾压设备的配置和碾压遍数，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA路面试验段检测结果为：沥青用量6.0%、马歇尔试验空隙率为4.3%、稳定度为9.86KN、流值为27.8mm、残留稳定度为97.6%、压实度99.2%,各项指标都比较理想,而且混合料的和易性较好、无离析、无析漏，碾压时无推移，效果比较明显，为后续大面积施工提供了实践依据。
4 SMA路面施工
4.1 施工准备
检查调试各种施工设备,使其处于性能良好状态。对下承层进行清扫，清扫干净后用高压水枪冲洗，污染严重的地方根据规范要求进行特殊处理。下承层表面冲洗干净水分蒸发后喷洒粘层油.并防止再次遭到污染以利摊铺。
4.2 混合料拌和
拌和前将各种集料包括矿粉充分的烘干，沥青加热控制在155～165℃，集料加热温度控制在190～220℃，拌和时间一般控制在50～60秒之间，根据出料情况拌和时间可适当延长高速公路，混合料的出厂温度控制在145～165℃。拌和出厂的混合料应均匀，无花白料、冒青烟、纤维团、离析和结块现象，对于过度加热的混合料或已经炭化、起泡或含水的混合料都应废弃。
4.3 运输
4.3.1SMA粘性较大，自卸车槽内要清理干净、排干积水并在车厢底部和车厢四周涂上一层隔离剂，防止混合料粘在底板上或车厢上。从拌和机向自卸车上卸料时，应多次挪动汽车位置，平衡装料，以减少混合料离析。运料时任何情况下运料车辆都应加盖苫布或棉被保温、防雨、防污染。轮胎应洗净进入工程现场。
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