高速公路养护中SMA-10超薄磨耗层应用分析

王洋

辽宁省高速公路运营管理有限责任公司 辽宁 沈阳 110000

作为一种常见的公路预防性养护技术，超薄磨耗层的摊铺厚度一般为15～25mm，主要用于对已经发生细小病害的高速公路进行预防和修复，来延长公路的使用寿命。同时，这项技术还可以用来提高高速公路抗滑性能和防渗性能[1]。在20世纪70年代，随着车流量的迅速增加，世界各国对公路维护的要求越来越迫切。法国率先提出了厚度15-20mm的超薄磨耗层来缓解公路损伤。随着技术的更新迭代，1990年，美国、德国对超薄磨耗层法进行了改良，陆续开发出了SUP-5、SMA-5、SMA-10等新技术[2]。其中，SMA-10超薄磨耗层的应用较为广泛。SMA-10技术的最大优势就是厚度足够薄，能使用细粒式沥青混合料，且抗滑性能好。但是，由于当前各种类型的超薄磨耗层技术的使用效益还未被完全证实，在并没有在国内实现大面积推广[3]。

1 SMA-10超薄磨耗层的应用价值及应用现状

在高速公路的养护中采用SMA-10超薄磨耗层，其主要的应用价值体现在以下几个方面：首先，在摊铺SMA-10超薄磨耗层的时候，摊铺的速度更快，所需施工时间更少，避免影响高速公路的正常使用，降低交通延误的可能性。其次，在使用过程中可用于桥梁维护、高架维护、城市高速公路维护以及隧道维护。采用SMA-10超薄磨耗层还能赋予高速公路良好的抗渗性，高粘乳化沥青层防水效果会显著提升[4]。再者，SMA-10超薄磨耗层结构上的整体性非常强，上下层之间能够构成一个完整的结构；同时，这种材料还具有较强的高纹理特性，可降低高速公路因雨天、水雾等天气导致的侧滑危害，极大地提升了高速公路的安全性能。此外，与一般AC相比，这种SMA-10超薄磨耗层还可以降低高速公路的噪声大小。根据计算显示，每采用1㎡的SMA-10超薄磨耗层，能够降低2-3分贝。这是因为它的颗粒尺寸可以达到60%-70%，而且分别十分均匀，紧密性足够好。最后，SMA-10超薄磨耗层是一种超持久的表层，其热稳定性、抗裂性、抗滑性及抗磨损性均较好，能够有效防止车辆行驶过程中出现的交通事故，提高行车安全。此外，SMA-10超薄磨耗层不仅可以用作新修路面层，还可以对原有的高速公路进行修补，通常可以将高速公路的使用年限提高3-5年[5]。

在高速公路预防性养护、轻微病害的矫正性养护中，通常会使用SMA-10超薄磨耗层。20世纪90年代，美国引入了法国的诺瓦奇（NovaChip）超耐磨层板技术及同步摊铺机，在阿拉巴马地区修建了两条诺瓦奇（Talladega）超耐磨层板试验路。NovaChip超薄磨耗层应当是一种不连续的、孔隙度为12%～15%的、同时具备优良的排水及抗滑特性的高分子改性乳化沥青混合料。因其优异的防滑性及低噪音特性，已在美国、南非、欧洲及澳大利亚获得了广泛的使用。2002年，该技术被引入我国，主要用于高速公路预防性养护作业中。近几年，国内外关于超薄磨耗层技术发展迅速，涌现出了各种不同类型的薄层技术，比如SMA、SMC、Thus、ECA易密实超薄磨耗层等，应用也越来越广泛。

2 高速公路养护中SMA-10超薄磨耗层应用策略

2.1 借助SMA-10超薄磨耗层对高速公路的原路面优化

在对高速公路进行SMA-10超薄磨耗层施工前，要对已有的原沥青路面进行整理，清除杂质、污水，好进一步施工。由于超薄磨耗层是路面的磨耗层，厚度比较薄，通常在3mm以内。因此，施工前，一定要将旧路面的结构完全暴露出来，确保稳定性。对于已经出现小坑小洼、凹陷等病害现象的公路，应该在施工之前整治，积极进行处理、修补，从而降低原路面病害反射至超薄磨耗层的现象发生概率。

清理步骤如下：首先，要对高速公路沥青表面进行认真地检查，确保将路面及缝隙中的积水、杂物等杂质全部清理干净。必要时，可以采用人工借助鼓风机、吹风机，将杂质吹出沥青表面。其次，对摊铺材料进行评价和检验，以确保摊铺材料达到建设的需要。在摊铺前，要仔细观察天气情况，如果天气较差，或者有扬尘、暴雨等，需要停止施工。最后，在前期施工作业时，应将所需的摊铺设备和施工材料、运输装置做好准备。同时，也要对各类施工器械和装备的正常运转状况进行检验，为施工SMA-10超薄磨耗层提供依据。

2.2 搅拌并检测混合料质量，确保材料合格

在进行SMA-10超薄磨耗层施工时，需要进行混合施工材料搅拌工作，将沥青结合料、沥青、矿粉及集料等充分融合，并在施工前要进行性能测试和见一眼，确保材料合格，才能开展后续的施工。首先，在选用集料时，要考虑其颗粒的强度和大小，矿物要充分考虑粒径、种类和用量等因素。明确沥青骨料后，通过连续搅拌和间歇式搅拌进行充分融合。在冷料仓进行配置时，应当按照配合比增设。

其次，要定期检测和测量骨料的给料曲线，加热前要提高温度。在进行干拌时，对于无法满足温度条件的混合料，应该丢弃。只有在温度达标后，才能与沥青拌和。拌合过程中，要依据沥青和外渗剂均匀包裹骨料配比，来决定超薄磨耗层沥青混合料拌和时间。

一般沥青混合料的配比可以参考公式：

配合比=沥青含量/骨料含量

在工程实践中，由于受到工程需要、原材料类型、工艺水平等方面因素的影响，需要对沥青配合比进行调整。例如，用于高等级高速公路的沥青混合料，其质量分数一般在5%-7%之间。因此，为了提高高速公路的服役时长以及安全性能，要合理设定沥青混合料的配比。

2.3 沥青混合料的安全运输及摊铺施工

（1）安全运输。在运输沥青混合料时，在运输车的车厢里，首先要对1:3的油水混合物涂刷，清理掉车上的灰尘、杂物，在运输的时候要保持缓慢均匀前进，防止有急刹车的情况发生。在运输到现场后，要由施工人员对混合料的温度、密度进行测试，在符合条件后，才能倒料摊铺。

（2）摊铺施工。改性乳化沥青需要在高温作业环境下喷射，喷射量控制在0.7-1.0 L/m2，既要增强摊铺的均匀性，又要保证效率。然后使用熨平板熨平，确保预热温度超过100℃。摊铺时要确保10m/min。以25mm型为例，最大摊铺速度为10m-36m/min。同时，施工人员要使用摊铺机均匀、连续作业。作业过程中，中间不能随意改变速度或停车，以免造成混合料的离析，降低路面的平整度。此外，在摊铺时，也要注意对脱落的碎粒进行处理，以免造成沥青路面不平整。

2.4 压路机压实及测试

（1）压路机压实。使用10-12 t压路机对路面进行静止压实，在摊铺完成超薄磨耗层后，压路机紧随作业。

在全工序中，必须保持沥青表面90℃的高温，三次压实为宜。使用跨缝碾压的方式，既能够确保纵线平直度，同时，还能将混合料的自然降温到50℃以下。压实后，冷却时间通常为40min。

（2）品质检验。在施工作业结束后，要检查新摊铺的深度，渗漏状况和BPN的摆值，才能确保SMA-10超薄磨耗层施工完成。

3 高速公路养护中SMA-10超薄磨耗层应用案例

3.1 工程介绍

本项目为鹤大高速（大庄段）SMA养护维修工程，设计范围为 K1287+000～K1440+622段。该高速公路为双向四车道，设计最高时速为120km/h。近年来，由于交通运输需求量不断增加，鹤大高速（大庄段）项目建成后，路面出现了细微裂缝和车辙等典型病害。通过高速公路技术状态评估的关键指标后，发现该高速公路并没有出现严重的结构性缺陷，总体表现尚佳。由此推断，应该采用SMA-10超薄磨耗层进行公路养护。表1为该高速公路原路面技术指标。

表1 鹤大高速（大庄段）公路原路面技术指标

3.2 施工方案设计

通过设计比较，确定了SMA-10+SBS改性乳化沥青超薄磨耗层施工技术。在超薄型磨耗层的施工中，使用普通的摊铺机，对其进行了异步施工。在摊铺SMA-10沥青混合料前，预先喷洒了粘层油，喷洒量设定为0.5L/m2，其温度设定为50℃之间。喷洒完毕后，严禁机动车和行人通过，等乳化沥青彻底破乳后，才可摊铺。

3.3 原材料要求

（1）粗集料、细集料、填充物、稳定剂。SMA-10超薄磨耗层所用的粗、细集料主要为玄武岩碎石、矿物粉末与石灰石矿粉末，并选用美国研制的灰粒木素作为稳定剂。以上材料的性能参数满足 JTGF40—2004 《公路沥青路面施工技术规范》的有关规定。

（2）沥青胶凝材料和粘层油

以壳牌SBSI-D为改性沥青混合料，以SBSI- D为改性的乳化沥青作为粘层油，其性能均达到了 JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

（3）配比设定

按照马歇尔配合比开展试验设计，得出SMA-10超薄磨耗层最佳油石比为6.0%。

3.4 施工步骤

（1）对原始摊铺材料进行检验。由于超薄磨耗层的摊铺厚度比较薄，如果原路面出现坑洼，或表面杂质过多，将会造成超薄磨耗层与原路面之间不能很好地粘结成一个整体，从而造成超薄磨耗层不能达到理想的应用效果。因此，在摊铺前，要对原路面进行平整、清洁，对于有坑槽或其他较大的路面缺陷，也要经过适当的填补后才能摊铺。

（2）制备沥青拌和物。超薄磨耗层路用沥青混合料的制备技术与常规技术相差无几，但SMA-10超薄磨耗层路使用极小的摊铺面，这就导致了其在摊铺时，极易发生温升损失。因此，对混合料搅拌过程中的温度调控提出了更高的要求。比如，对于碎石骨料，推荐的加热温度是180℃，沥青的加热温度是165～175℃，对于沥青混合料的搅拌温度，推荐的是170～180℃。无论哪一种混合料搅拌，都要保证均匀、无明显离析、花白等质量问题。本工程选择的是沥青混合料搅拌。

（3）摊铺和压实。搅拌完成沥青混合料通常推荐在150～170℃的高温下进行摊铺。为了增加公路路面的平坦度，降低混合料离析，摊铺机一定要以2-3 m/min低速、均匀、连续不间断地进行摊铺，不能任意改变速度，也不能在半路停车。另外，由于超薄磨耗层比较薄，因此，在施工过程中，不能使用振捣，而应使用静压实。在完成了碾压工作后，通行的车辆可以等待公路表面温度降到50℃再正常行驶。

3.5 施工效果评价

在SMA-10超薄磨耗层施工完成后，通过对该道路进行路面结构设计，测试路面结构参数，并对路面结构深度、摩擦系数、渗透系数等进行测试，来评价施工效果。详情见表2。

表2 鹤大高速（大庄段）公路SMA-10超薄磨耗层施工前后对比

由表2所示的试验结果可以看出，经过SMA-10超薄磨耗层摊铺后，沥青混合料的综合力学性质发生了很大的改变。PCI等三项指标的等级均有所提升。从原路面的良好（＞80），提升为优秀（≥90）。这表明，预防性防护技术对于提高鹤大高速（大庄段）公路路面情况具有重要价值和效果。而从其他指标来观察，在摊铺SMA-10超薄磨耗层后，鹤大高速（大庄段）公路路面的构造深度提高到1.10mm，摩擦系数提高到68，渗透率下降到17.9mL/min-1。因此，可以说，通过SMA-10超薄磨耗层摊铺，可以明显地提高了鹤大高速（大庄段）公路路面的抗滑性能和防渗性能情况，大大提高了路面使用的安全性和耐久性，为行车安全提供保障。

4 结论

从高速公路长期安全稳定运行的观点出发，对轻微病害进行养护，既能有效地延长其使用寿命，又能节省大量的维护费用。而SMA-10超薄磨耗层技术作为一种良好的预防性养护技术，具有极高的应用价值。本文以一条高速公路为施工背景，介绍了SMA-10超细耐磨层技术的施工方法和流程。通过对高速公路路面运用SMA-10超细耐磨层摊铺、压实后，路面的各项技术参数基本达到了设计要求，并大幅提高了抗滑性能和防渗性能。由此可见，在出现细小损伤的高速公路养护过程中，使用SMA-10超细耐磨层是可行的。同时，需要指出的是，SMA-10超细耐磨层虽然应用效果较为显著，成本较高。因此，在对养护方案进行处理时，还需要针对高速公路的具体条件和情况，选择适合的养护方案，才能切实提高高速公路质量，保障道路交通安全。