SMA沥青混合料在高速公路养护中的应用

王宇

摘要 SMA混合料一般由四种材料组成，其中沥青、矿粉、粗集料所占比重比较多，细集料所占比重比较低，其组合方法能在最大限度上让嵌挤骨架结构更坚固，路面的耐久性以及路面透水性能变强，尤其是在重载公路交通中更加适用。以某段路面养护工程实例，分析SMA-13沥青混合材料的质量控制要点以及配合比，总结SMA-13沥青混合材料在高速公路养护中的实际成效，以期为同类高速公路养护工程提供借鉴。

关键词 SMA;沥青混合材料;高速公路;养护;配合比

中图分类号 U418 文獻标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0130-03

0 引言

SMA沥青混凝材料组成具有“三多一少”的特点，该组成能让路面骨架结构更坚硬，还能够保证高速公路路面具有良好的水稳定性、低温稳定性以及高温稳定性等，能够提升路面的平整度、抗滑性能以及持久耐用的能力。自20世纪60年代SMA材料问世以来，不断在国内高速公路养护工程实践中得到广泛的认可和应用。[1]但由于该材料原材料和骨料生产成本较高，SMA沥青混合材料目前多应用在路面载荷承重相对比较高、路面交通量大、对路面平整度要求较高的路段，该文基于某段路面养护工程的特点分析，对SMA在该养护工程应用混合料配合比与施工质量控制要点进行归纳总结。

1 工程概况

某段高速公路路面的升级改造中重点是养护工程，该路段路面材料为普通沥青拌料结构，总长度19.735 km，使用年限已有15年，目前该段公路的使用寿命已经达到了最高使用年限，路面上的沥青老化情况比较严重，通过抽检发现每100 m内路面都存在不同程度的开裂、凹陷、路面分层脱落等病害。通过养护记录，得知该路段常年有专职人员养护，但是养护里程有增无减，由于该路段负载量大、经常超载运行，养护成效较低。主管部门决定对该路段展开大修，经调查，该路面结构表现如下：1 cm 微表处、4 cm AK-16A抗滑表层、5 cm AC-201中层面、7 cm AC-251下面层、30 cm 5%的水泥稳定碎基石层、17～20 cm 3%水泥稳定碎石底基层。路面病害常发生在路面的7 cm AC-251下面层，[2]养护方案是先对原路面的各种病害结构先铣刨再重组，在路面表面铺设SMA-13;在路面优良的路段，对路面的破坏层进行向下10 cm分块切割、清扫、喷洒沥青油后铺设SMA沥青混合料后压实处理;对于破坏严重路段，利用破碎机对病害区域向下20 cm内范围进行清理并重组，再在表面铺设SMA-13混合料。

2 混合料配合比设计分析

2.1 原材料的选择

集料选择某石料场的粗集料以及细集料，规格为9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm;填料选用某石粉厂等级为S105的矿粉，该矿粉主要是碱性石灰岩经过多重细磨生产;沥青选用SBS改性沥青;木质素纤维选用含水率：<5%，耐热能力：230 ℃（短时间可达280 ℃）;抗剥落剂选用AR-Ⅱ非胺类沥青抗剥落剂。通过对原材料质量检测，均满足施工作业的要求[2]。

2.2 矿料级配的选择

为保证矿料级配满足施工要求，先对各档矿料筛分，仔细分析筛分数据结果，根据经验初步选择三组级配标准：A（9.5 mm）、B（2.36～4.75 mm）、C（0～2.36 mm）。

矿粉设置比例：级配A（32∶45∶6∶10∶7）、级配B（30∶43∶8∶11∶8）、级配C（28∶41∶10∶12∶9）;这三组级配4.75 mm筛孔通过率分别为23.3%、26.9%和30.5%。VCAmix≤VCADRC，且最终级配标准是VMA≥

17%。通过马歇尔试验的结果确定级配B无论是在矿料间隙率方面还是在孔隙率方面，都更加合适。此外，沥青的稳定度以及饱和度符合施工要求，因此最终决定级配B为最终选择方案[3]。

2.3 沥青用量

以沥青初步预估量5.8%、级配B为基准，基于0.3%的百分比为间隔选择5.5%、5.8%、6.1%等比例的沥青使用量，选择0.3%木质纤维作为沥青的混合材料，最终通过马歇尔试验数据可以得知SMA混合材料的沥青最优用量。当沥青用量控制在5.8%的时候，混合料的空隙率是3.8%，但是其他数据指标能够维持在较为合适的数据范围内，通过该路段的实践经验来看，当沥青用量是5.8%时，工程效果最好[3]。

2.4 沥青混合料性能检测

根据级配设计以及5.8%沥青用量的制备试件，再次进行浸水马歇尔、谢伦堡析漏、动容劈裂、渗水试验、弯曲、渗水试验、车辙等实验，最终确定所涉及的级配标准以及沥青用量能够满足该路段的施工要求。

3 质量控制

沥青路面质量控制是对路面生命周期产生最重要的影响因素之一，原材料质量上乘、配比设计优良、先进的施工设备是保证质量的基石，同时配备技术娴熟的作业人员也是不能忽视的，施工过程质量控制一般从碾压、摊铺、运输以及拌合这四个方面对SMA-13沥青混合材料进行有效的质量管控。

3.1 下承层质量控制

新建高速路一般施工周期短，软土路基路段底层沙土压实度不够，在实际运行中由于运行时间久、重压、水灾、泥石流等，就会出现下承层塌陷、分离、开裂等病害，在维护时就应对基底层根据实际情况进行针对性压实处理。通常以加垫碎石土并压实处理为最佳，对路基周边存在有泥土流失风险的边坡进行整修待基底达到规定硬度后方可进行下一工序的施工。

3.1.1 直接加铺路段质量控制

在只有路表面破损的路面修复中，旧路面的标记线和修复后的路面标记线不匹配，导致路面坑洼不平，且旧路面以及加铺层二者之间也有可能发生黏连，所以在对修复区域施工前，必须先清除干净旧路面的标记线;针对路面的裂缝等问题，先割槽灌缝，然后再贴SBS沥青用以防水抗裂，避免裂缝继续延伸，与此同时也防止道路表面的水由于渗透作用侵入路面下层而损害路面;在弯道或者下坡路面，通过微刨铣的方法实施拉毛处理，[4]处理后旧路面以及加铺层的粘结性会更强;最后打扫干净道路表面的油污、灰尘以及各种杂物，进而再按照施工操作规定洒布粘层油。

3.1.2 铣刨重铺段质量控制

铣刨重铺段根据设计要求，对铣刨的面积和铣刨的深度进行合理控制，铣刨施工应该顺沿着实际的行车方向进行，如果在坑槽中有夹层，就应继续增加铣刨深度，一直到漏出比较坚实的底层为止。在边角无法铣刨的地方，可以使用切割机进行切割处理，然后再用铁锹以及风镐进行人工清洁处理，这样就可以更好地保证槽底部的平整程度以及槽壁可以垂直、整齐;为保证路面可以和重铺层粘连，在铺设SMA沥青混合材料前，应该先使用SBS沥青贴在槽壁上，这样接缝处的粘结效果会更加理想;最后打扫干净道路表面的浮料、碎石等杂物，让路面保持干凈、干燥，之后再洒布粘层油。

3.2 原材料的质量管控

3.2.1 集料质量控制

目前开采碎石的审核以及批准严格，路基原材料供应紧张，导致在材料控制上出现问题，会有一些以次充好的情况发生，原材料的选择直接影响路面工程的整体质量。前期准备阶段，应该指派专业工作人员查清楚施工场地周围全部的潜在料源供应场所，再综合对比各个供应方的生产工艺、生产设备制备能力、碎石性能、材质、成本、运输距离等多方面信息，保证施工作业一旦开始，货源必须保质保量稳定供应;在高速公路养护施工建设中，沥青拌料所使用的粗集料（粗集料：公称最大粒径26.5～31.5 mm），26.5 mm以上的粗骨料占比70%～80%，所占比重比较大，针片状以及粗糙颗粒（公称最大粒径16 mm或19 mm）占比较小。SMA对这种原料要求非常苛刻，即要求集料颗粒形状近似立方体，颗粒坚硬且耐磨，细粒式与砂粒式颗粒占比比较小，提高嵌挤结构的稳定性;使用干净坚硬的细集料，而且棱角以及嵌挤性能要高，精细级配，提高沥青的高温耐稳定性，严格管控≤0.075 mm颗粒的含量;严格控制进场的集料原材料，合成级配必须符合设计要求，因为合成级配的粗细程度会对比表面积产生影响，而且符合设计的级配还会提高骨架嵌挤结构性能，这样沥青铺设之后就不会出现推移或者油斑等问题;沥青膜厚度要保持适中，偏薄的话，会导致空隙大且不容易压实，渗水系数不符合施工规定[4]。

3.2.2 改性沥青的质量控制

改性沥青胶结料所形成的薄膜厚度与最大可能的粒结表面。试验证明（施工实际也证明）砂子颗粒间的总表面积决定沥青薄膜的厚度。改性沥青掺量一定的情况下，砂粒越细，沥青膜愈薄，强度也愈高。细砂和特细砂总表面积大，需道路沥青胶结料多一些，中砂和粗砂总表面积小，需沥青胶结料少一些，才能更有效地保证改性沥青的质量。SBS的含量会对改性沥青的使用性能造成影响，各项指标也会因SBS含量的变化而产生的一定的变化，控制好SBS的临界值，一般保持在5%左右，通常情况下SBS的含量保持在≤5%的范围之内即可，随着SBS含量加大，针入度就会降低并提高软化点、相应提高粘度值;但是如果SBS含量高于5%，相应指标反而会下降。严格控制改性沥青混合材料中SBS的含量，按照文件要求改性，专人使用SBS快速检测仪对所配备的SBS含量进行检测，而且必须保证每车必检。

3.2.3 抗剥落剂质量控制

对抗剥落剂的添加量以及料源的稳定性控制，保证集料以及沥青相互之间的粘附性。在施工作业的时候必须对进场的改性沥青检测，检测合格以后再添加抗剥落剂，在罐内均匀搅拌，抗剥落剂的添加量要根据设计标准决定，不能过多也不能过少，指派专人负责操作整个添加过程。

3.3 施工过程的温度控制

SMA的混合材料生产过程中集料所达到的融化温度比普通沥青的温度要高。改性沥青的加热温度还要根据现场的实际情况进行合理管控，温度偏低或者偏高会导致沥青混合材料混合不均匀、离析、开裂或者发生老化等问题。[4]通常情况下SMA-13加热温度会比普通混合料高10～20 ℃，但是在具体的实践操作中还要根据作业现场的气候条件。压实厚度、材料的干湿状态综合因素确定;一般情况下改性沥青的粘度比较大、软化点也比较高，改性的SMA-13比较适合高温作业，不适合低温作业。SMA-13在施工作业的温度控制要依据沥青标号和粘度、改性的种类以及掺量、铺设厚度、现场气候条件等因素确定。SMA-13混合材料施工温度控制范围如表1。

实践中发现在施工作业的时候施工温度可以根据当地的实际气候等条件以及材料状况进行适当调整，不严格拘泥于表1。如果改性剂使用含量偏大、沥青的粘度也比较大，按表1的上值选择，否则选择下值;如果施工现场的气温比较低，那么可以适当按照表1的上值选择，否则选择下值[5]。

3.4 沥青含量控制

在每次施工铺设前对沥青含量进行抽查，摊铺机两侧各选取一组混合材料，进行燃烧炉法以及马歇尔试验测沥青含量，掌握好当天的空隙率、流值、稳定度、沥青含量等重要数据指标，分析是否需要调整;每次施工当天结束之后都要及时打印出沥青的使用量、沥青混合材料的重量以及各个仓集料的每日使用量，最后再准确绘制沥青含量上下波动图，与施工中抽检数据进行对比;定期计算或者每施工日计算都要精准计算沥青混合集料的出料重量以及沥青消耗量，并且通过已知数据认真验算沥青的使用量是否科学合理。[6]通过以上三种方法科学精准计算沥青含量以及使用量的比对，保证含量适宜，如果发现数据出现比较大的偏差，就应该及时查找问题根源并迅速解决。

4 结语

高速公路交通流量大，承载能力高，对路基路面质量要求高，在保证通行安全的前提下，还应兼顾路面平整度控制、使用寿命、后期维护成本等，应用更先进的集料，集料的最优配比能在最大限度上保证高速公路的质量。该次基于某高速路段维护过程中应用SMA-13沥青摊铺料的配合比控制，在实践过程中，总结了SMA混合材料在高速公路维护施工中质量控制要点，为SMA沥青高速路面维护整修提供参考。

参考文献

[1]柯建聪. SMA沥青混合料在高速公路养护工程中的应用[J]. 福建交通科技， 2021（8）： 20-23+50.

[2]张靖， 周海东. AC和SMA沥青混合料在重载高速公路养护工程中的应用对比研究[C]//浙江省公路学会. 浙江省公路学会， 2015.

[3]张靖， 周海东. AC和SMA沥青混合料在重载高速公路养护工程中的应用[J]. 中国公路， 2013（19）： 116-117.

[4]林荔萍， 王晓燕. 超薄磨耗层SMA-5沥青混合料在辽宁新铁高速公路上的应用[J]. 山东交通科技， 2013（3）： 10-12.

[5]朱振祥， 田隽， 王冻， 等. 高粘弹改性沥青SMA-5超薄磨耗层路用性能研究[J]. 山东交通科技， 2019（5）： 71-73.

[6]赵杰. 级配对SMA-5超薄罩面沥青混合料体积特性的影响[J]. 青海交通科技， 2019（4）： 103-106.