改性沥青SMA路面施工技术应用探讨

文/李志鹏、李晓辉

1 研究背景

HS 高速公路第四合同段所在地区冬季寒冷，夏季炎热，因受到气候条件、施工工艺、结构设计及原材料质量等的影响，沥青路面容易出现夏季泛油、拥包及冬季开裂等病害，严重影响沥青路面路用性能和适用寿命。为增强沥青路面高温稳定性及低温抗裂性，本公路第四合同段内以起讫桩号K45+200～K45+700右半幅长度500m 的路段为铺筑试验段，试验段按双向四车道设计，路面宽7．5m。试验段路面结构按30cm 厚5%水稳砂砾底基层+18cm 厚6%水稳砂砾基层+油 石比4．5% 的6cm 厚AC-25I 沥青混凝 土 下 面层+油 石比4．8% 的5cm 厚AC-20I 沥青混凝 土 中 面层+4cm 厚沥青上面层设计。

考虑到本公路工程第四合同段交通量大、超载超限多、气候条件特殊，为防止沥青路面在运行过程中出现车辙、波浪、拥包等病害，决定采用改性沥青SMA 上面层。SMA（沥青玛蹄脂碎石混合料）粗集料多、矿粉多、沥青用量少、细集料少，结构呈紧密骨架状态，既保留了大空隙排水性沥青路面的良好性能，又增强了结构的耐久性、高温抗车辙性、低温开裂性、抗滑耐磨性，使沥青路面使用寿命大大延长[1]。

2 改性沥青SMA 路面组成设计

根据改性沥青SMA 路面实际应用情况及实践经验，提升改性沥青SMA 路面施工质量的关键在于原材料质量及配合比设计的控制。

2.1 原材料

根据HS 高速公路第四合同段沥青路面表层设计要求，应当选用韩国AH-110 重交通路用沥青为基质沥青，基质沥青软化点检验结果为45℃，针入度为118．7（0．1mm），5℃、8cm/min 延度 为53cm，135℃运动粘度不大于3Pa·s。

考虑到沥青混合料路用性能提升方面的要求，本工程施工合同段还采用SBS 改性沥青，并以热塑弹性体4303 为改性剂，将嵌数比控制在30：70，按5%的剂量掺加。SBS 改性沥青闪点试验值为345℃，溶解度为99．87%，25℃弹性恢复程度为100%。基质沥青和SBS 改性材料各项性能参数取值均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）[2]。

粗集料采用HS 材料场自行加工的粒径10～20mm和5～10mm、含泥量为0．29%、针片状含量3．7%、压碎值6．9%的玄武岩；细集料则选用机制砂，矿粉使用石灰矿粉。考虑到粗集料和沥青材料的粘附性等级仅为三级，为增强原材料的粘附性能，还应掺加2%的消石灰粉和进口的德兰妮特AS 天然木质纤维。该纤维灰分比为17．9%，pH 值7．4，含水率3．7%，吸油效率是纤维质量的5．6 倍，0．85mm 筛孔的粒度85%，0．425mm 筛孔的粒度65%，0．105 筛孔的粒度25%。按设计比掺加TW-Ⅰ型抗剥落剂，外包装必须完好，外观主要呈现为棕黑色液体，pH 值在7．5～8．5 之间，粘结力可达五级，残留稳定度89．5%，劈裂强度比84．5%。

2.2 配合比设计试验

根据相关规范要求，本工程试验段施工前按设计级配所称取的矿料通过5．8%、6．2%、6．8%三种油石比成型的马歇尔试件展开马歇尔稳定度试验，再进行马歇尔试件低温抗裂性、高温稳定性、水稳性等性能检验。

按照设计技术要求及相关规范，在0．8MPa 压力条件及60℃高温下进行马歇尔试件车辙试验及高温稳定性能检验，动稳定度检验结果为10000 次/mm，符合要求。马歇尔试件水稳性检验通过冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验完成，试验结果分别为89% 和90．8%，符合相关规范要求。马歇尔试件低温抗裂性能通过-10℃及50mm/min 加载速率下的低温弯曲试验进行检验。试验结果表明，低温下试件破坏强度为6．74MPa，破坏应变3．327，破坏劲度2300．5μPa。

结合国内外类似工程施工经验，改性沥青SMA 路面施工过程中可能会出现不同程度的泛油问题，影响施工质量和路用性能。所以，本工程配合比设计中缩小了用油量，试验结果显示，饱和度比设计饱和度减小3．6%，空隙率比设计值增大1．3%，略微偏离规范要求，但只要再稍微增加用油量，包括空隙率、饱和度等在内的指标均能达到规范要求。试验段施工结果表明，振动压路机强振碾压施工三遍以上不会出现骨料压碎、集料推移、玛蹄脂上浮、构造渗水等病害，最佳油石比确定为6%[3]。

3 改性沥青SMA 路面施工技术应用

3.1 机械配置

HS 高速公路第四合同段沥青SMA 拌合设备采用进口的Kobold 系列SMA-1119HR32 拌合机械。在施工开始前，通过电脑系统进行全部施工参数的设定与控制，确保混合料连续稳定生产。改性沥青生产设备是国产XG-140 炼磨式生产设备，待施工现场拌合完成后通过显微镜观察改性沥青混合料中改性剂的分散程度，保证其分散均匀。摊铺机选用进口的P6820C全幅式自动找平ABG 摊铺机；压路机为进口BW202AHD-2 型双驱双振压路机。根据拌和机实际生产能力及施工现场至拌合厂的运输距离确定运料车载重量和总运力。考虑到改性沥青SMA 施工对温度有较高要求，所以混合料装车及运输过程中必须加强温度控制以防温度过度散失。为防止供料不足出现摊铺机等待运料车的现象，本工程采用20t 运料车，摊铺机前待卸料的运料车至少三辆。

3.2 混合料拌合

在原材料到场并检验合格后至拌合前，应加强各类材料的分类管理，基质沥青和改性沥青应在至少140℃的温度下存放，存放时间不能超过7d；进口的德兰妮特AS 天然木质纤维应在室内架空干燥放置，环境湿度不能超出25%。

按照10～20mm 粗集料：5～10mm 粗集料：机制砂：河砂：矿料：消石灰=54．5：25：5：4：10：1．5 的级配进行改性沥青SMA 原材料掺加与拌合，拌合完成后进行混合料流值与稳定度等性能检测。同时，进行改性沥青SMA 混合料加热温度、拌合温度、最高加工温度及集料加热温度等的控制，保证混合料拌合质量。

3.3 摊铺施工

采用进口P6820C 全幅式自动找平ABG 摊铺机一次、匀速、缓慢、连续摊铺施工，为保证摊铺施工质量，必须加强摊铺机和运料车之间的配合，将运料车空挡停置于摊铺机前10～15m 的位置，并在摊铺机的推动下前进卸料。待卸料结束后将运料车驶离摊铺机。考虑到改性沥青SMA 原材料拌合生产效率较低，为保证摊铺施工过程的连续性，应将摊铺速度控制在3～4m/min，这就对摊铺机械操作人员操作水平提出更高要求。

为增强改性沥青SMA 路面施工的平整度，本工程摊铺施工开始前还在摊铺机两侧分别安装了1 台长度17．5m 的浮动基准梁找平装置，装置前端安装2×12 个伸缩性强的滑靴，拖动滑行于下面层并发挥摊铺施工下基准面的作用。装置后端安装2×16 个伸缩性橡胶轮，主要起到基准面作用。摊铺机自动找平装置主要根据上下基准面高差进行摊铺厚度的调整，滑靴式浮动基准梁长度越大越能促进沥青路面平整度提升[4]。所以，本工程部分路段施工前进行了滑靴式浮动基准梁的改装，使其长度最长达34m，采用2×12 个滑靴替换原2×16个伸缩性橡胶轮，将沥青路面摊铺平整度控制在0．8mm 以内。

为提升沥青路面最终平整度，还应在摊铺施工过程中增大夯锤振捣频率，在较大的夯锤振捣频率与熨平板的协同作用下，沥青路面预压压实度可达85%以上，使剩余压实系数大大降低，初压痕迹得到有效控制。

3.4 碾压

为解决平整度和密实度之间的矛盾，本工程采用振幅宽、振动力大的振动压路机按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的要求完成初压、复压和终压，将三个阶段的碾压温度分别控制在150℃、130℃及120℃以上。高频和低幅的做法能有效提升改性沥青SMA 路面压实度，避免损伤石料，保持粗集料良好的棱角性，从而避免大振幅碾压施工碾压过度而导致粗骨料压碎、玛蹄脂上浮及过碾压弹簧等现象[5]。

碾压施工应从待摊铺路幅低边至高边并沿路线纵向进行，相邻碾压段重叠距离不少于50cm。初压施工过程中，为防止因温度过高而在轮前出现波浪，应保持从动轮始终在后；终压阶段采用光轮压路机按设计速度碾压，消除轮痕。对于涵洞、桥梁等连接处及紧急停车带、匝道等压路机和摊铺机难以正常运行的区域，应辅之以人工方式完成碾压，注意保持改性沥青SMA 上面层和平缘石平顺衔接。

3.5 接缝处理

接缝是影响改性沥青SMA 路面平整度的因素之一，应尽可能减少接缝的设置。本工程采用摊铺机全幅施工，不存在产生纵向接缝的可能，保持摊铺施工过程的连续性，减少横向接缝的数量。改性沥青SMA混合料冷却后硬度非常大，考虑到路面平整度要求，通常采用切割垂面的方法在其材料尚未冷却前切割成缝。

3.6 施工效果检验

本工程每台班抽屉试验、筛分试验、析漏试验、马歇尔试验等均进行2 次，试验结果详见下表。

表1 施工效果试验结果

根据试验结果，改性沥青SMA 路面施工现场指标均符合设计及相关规范要求。

4 结语

本工程应用结果表明，改性沥青SMA 路面施工技术在我国高速公路工程方面的应用才刚刚起步，许多方面缺乏理论研究与相关规范的规定，更缺少实践经验可供借鉴，在实际应用中主要面临各地施工原材料方面的差异、施工环境及气候条件的差异。为此，必须进行矿料级配、材料性能、设计参数、施工温度、改性沥青SMA 混合料压实度、抽提筛分检测等方面的深入研究，保证改性沥青SMA 混合料性能充分发挥。