高寒地区改性沥青SMA路面施工工艺研究

郎卫军，李 强

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

1 概述

SMA具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗滑性能、防水性能等路用性能。为充分发挥SMA的路面性能，不仅要保证原材料品质和配合比设计的合理性，还要保证路面的预期压实、密水及抗滑效果等。

甘肃某高速公路地处青藏高原、黄土高原和秦岭山脉的交汇地带，是典型的二阴地区。沿线海拔在1 800~2 900 m，长冬无夏，春秋短促，气候非常寒冷。昼夜温差较大，1月平均气温在-7.7~-10.3 ℃，7月平均气温在12.6~15.9 ℃，年平均气温在1.5~4.8 ℃，历年最高温度为30℃，最低温度为-28.5 ℃。降雨较多，降雨量分部不均匀，多集中在7、8、9月，局部地区有时还伴随冰雹等恶劣天气。一般降雪是在每年的11月至次年的3月，最大冻土深度为142 cm，属于寒冷湿润区，高原大陆性气候特点比较明显。由于项目沿线的气候特点，路面施工有效期短，施工人员和设备功效较低，如何在高海拔、寒冷条件下保质保量顺利完成路面工程施工任务将成为本项目面临的难点。本文将详细介绍项目路上面层SBS改性沥青SMA-13配合比设计过程和试验路所取得的成功经验，并在此基础上提出沥青路面高寒地区施工时的一些注意事项和建议。

2 原材料

各种规格集料、矿粉和沥青的技术指标均满足规范要求，对应的材料密度试验结果见表1和表2。

表1 集料密度试验结果

表2 沥青及纤维密度试验结果

3 配合比设计

3.1 目标级配设计

先确定3种SMA-13级配（级配A、级配B和级配C）的组成，其中4.75 mm筛孔通过率分别为23.5%、27.4%、31.3%，并分别测定3种级配的VCADRC；然后根据确定好的3种级配和本次试验所有集料的特性（密度和吸水率），结合以往工程的应用经验，按照初试油石比为6.0%双面各击实75次制作马歇尔试件，测定VV、VMA、VFA及VCAmix等指标，在混合料指标满足技术要求的基础上确定级配。级配设计结果和试验结果见表3~表5。

表3 3种级配的设计结果

表4 3种级配VCADRC试验结果

表5 3种级配初试级配试验结果

由表4和表5可知，级配B体积指标满足要求，而级配A饱和度VFA和级配C矿料间隙率VMA不满足要求，因此本次设计选择级配B为设计级配。

3.2 最佳油石比的确定

按级配B称取矿料，采用不同种油石比，双面各击实75次成型马歇尔试件，然后进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表6。

根据项目路SMA-13混合料体积指标的设计要求，空隙率应控制在3%~4.5%，本次絮状木质素纤维油石比为6.0%时空隙率为4.1%，其它指标（VMA、VCA、稳定度、饱和度等）均满足技术指标的设计要求，根据以往工程应用经验，选取6.0%作为本次SMA-13沥青混合料的设计油石比。

3.3 混合料性能试验

针对上述SMA-13混合料体积指标的试验研究成果，分别对混合料进行相关性能试验，主要包括谢伦堡析漏试验（烧杯法）、肯塔堡飞散试验、抗水损害试验、动稳定度试验和低温抗裂性检验，具体试验结果见表7。从表中的试验数据分析可知，上述所设计的SMA-13混合料的相关性能指标均满足技术要求。

表6 沥青混合料马歇尔试验结果

表7 混合料性能研究结果

上述SMA-13混合料的级配设计和相关验证试验表明，目标配合比所设计的混合料抗水损害性能、高温稳定性能和低温抗裂性能均能满足技术要求，可作为生产配合比设计的依据。

3.4 生产配合比调试及试拌

根据上述第3节的目标配合比研究成果进行室内生产配合比的设计工作。依据生产配合比的设计成果，施工单位进行了沥青拌和楼的试拌工作，从拌和出的混合料外观来看，无花白料、无未分散的絮状木质素纤维，整体混合料较为均匀；从拌和出的混合料室内检测结果来看，所检指标均能满足技术要求［1-2］。具体检测结果见表8~表10。

表8 混合料级配检测结果

表9 混合料马歇尔试验结果

表10 混合料性能试验结果

4 低温施工试验路

上面层SMA-13混合料低温试验路施工当日天气晴朗、微风，混合料的出料温度基本在175~185 ℃，到场检测温度基本在170~182 ℃，摊铺时现场的大气温度为5 ℃，地表温度为8 ℃。

4.1 施工工艺［3］

施工中采用1台福格勒S3000-2型履带式摊铺机进行半幅全断面摊铺，松铺系数采用1.25，摊铺速度设定为2.0 m/min，整体铺面均匀性良好。碾压环节采用6台双钢轮压路机和1台胶轮压路机，碾压段落长度控制在30 m以内。初压采用2台XD121E徐工双钢轮压路机振压2遍，初压对应的碾压温度在160~170 ℃；复压采用2台CC622戴纳派克双钢轮压路机振压4遍，复压对应的碾压温度在130~150 ℃；终压采用2台徐工XD110双钢轮压路机静压2~3遍，终压完成后表面温度基本在110℃以上，在双钢轮完成终压后（铺面温度在90~110 ℃）采用1台徐工XP301胶轮补压2遍。

4.2 试验路检测

从试验路的施工现场来看，整体铺面均匀，表面粗糙、纹理较深，符合SMA路面的铺面特点；从试验路的室内混合料检测结果来看：混合料级配与生产配合比设计的级配较为吻合，油石比和混合料的马歇尔体积指标均满足项目路技术指标控制要求；从试验路的现场检测结果来看：正常铺面所检测点的马氏压实度均大于98%，理论压实度均在94%~97%，构造深度均在0.8~1.1 mm，渗水系数均在50 ml/min以内（大部分测点不渗水），满足项目路技术指标控制要求。

试验路的各项检测结果表明（见表11、表12），上面层SMA-13的施工配合比、施工工艺、碾压顺序、碾压温度、碾压遍数和碾压段落长度等参数设置是合理的，达到了铺筑试验路的预期目的，可指导后续上面层SMA-13混合料的大规模低温施工。

4.3 施工注意事项［4-6］

（1）不得在5 ℃以下气温和大风、雨、雪天气及路面潮湿情况下铺设沥青路面，低温沥青路面施工时须在白天气温较高时进行，摊铺时间宜安排在上午10点至下午5点。

（2）沥青混合料拌和前，要做到施工人员到岗就位，各项材料质量符合要求、数量满足需要，各种机具设备性能完好，运行正常。

（3）尽量缩短运输距离，可以找离开施工现场最近的沥青混凝土拌合站进行供料。

表11 混合料级配检测结果

表12 混合料马歇尔试验结果

（4）做好摊铺前的准备工作，熨平板预热时间不能少于1 h，保证摊铺前熨平板受热均匀，温度不低于110 ℃。

（5）为减少运输过程混合料的热量散失，要求各单位对运输过程加强管理，车箱顶部必须用篷布加棉被覆盖，且混合料运输过程中必须覆盖完整和牢固，并尽量缩短途中运输的时间。

（6）为减少沥青混合料在卸料过程中温度损失，运输车卸料过程中不掀开篷布。

（7）增加压路机的数量（不宜少于6台）和缩短碾压段落长度（不宜长于30 m），压路机须紧跟摊铺机，且在沥青混合料较高温度下进行碾压。

（8）加强两侧边缘、纵向接缝及相关薄弱部位的压实，宜增加2遍以上碾压遍数。

（9）双钢轮压路机的喷水装置一定要间歇性喷水，喷水量小且成雾状，以不粘轮为准，尽可能减少沥青混合料表面温度散失。

（10）混合料温度控制是冬季低温施工的关键，施工单位须安排专人负责温度检测，发现温度不能满足规定时，应坚决报废，冬季低温施工各环节温度应适当提高。

①沥青混合料出厂温度：严禁超出本项目控制上限的出料温度要求，否则废弃；普通沥青混合料控制在160~165 ℃，改性沥青混合料控制在180~185 ℃。

②沥青混合料运输到现场温度：普通沥青混合料温度不低于160 ℃，改性沥青混合料温度不低于170 ℃。

③沥青混合料摊铺温度：普通沥青混合料温度不低于150 ℃，改性沥青混合料温度不低于165 ℃。

④沥青混合料碾压温度：普通沥青混合料开始碾压温度不低于140 ℃，改性沥青混合料开始碾压温度不低于160 ℃。

5 结语

虽然沥青路面施工技术规范中规定上面层沥青混合料的最低施工气温不低于10 ℃，但只要配合比设计合理、摊铺碾压设备配置得当，在混合料施工温度和施工工艺控制合理的前提下，在5 ℃低温气候下还是可以进行上面层改性沥青SMA-13混合料的路面施工。从项目路的高寒地区沥青路面上面层SMA-13混合料低温试验路施工的实体检测结果来看，路面的压实度、渗水等关键指标仍能满足技术要求，表明上述施工工艺是可行的，可以指导后期大规模的低温施工。

［1］JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范［S］.

［2］SHC F40-01—2002公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南［M］.

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