SMA高弹改性沥青路面施工技术及施工质量控制

刘毓，刘永恒，向波，于启权

（中交路桥华南工程有限公司，广东 中山 528403）

1 引言

由于公路长期暴露在自然环境下，高低变化的温度与季节性强降水以及高荷载的行车环境会影响公路结构的稳定性、耐久性与路面防滑性。因此，高稳定性的路面施工材料以及高质量的路面施工技术成为制约公路耐久性与使用寿命的关键。改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）高弹改性沥青作为一种新的沥青混合材料，因其抗变形、抗裂、抗车辙、耐摩擦、抗滑、抗疲劳等优点在公路中被广泛应用。尤其是在四季分明、昼夜温差大、降水集中且多雨等区域，依托SMA 的低温抗裂与高温抗车辙特性可以极大地提高公路在恶劣环境下的结构稳定性与抗疲劳性能，有效延长公路的使用寿命。

2 SMA高弹改性沥青路面的基本构成及性能优势

SMA 高弹改性沥青主要由沥青、矿粉、纤维稳定剂、少量细集料和粗集料组成。其生产工序是将沥青、矿粉、纤维稳定剂和少量细集料按比例充分混合后，用沥青玛蹄脂胶浆填满至间断级配的粗集料骨架缝隙中[1]。与初期道路工程中广泛使用的沥青材料相比较，SMA 的用料构成有较大不同，主要体现在细集料用量少、矿粉用量多（用量比例达7%以上）、沥青用量多（用量比例达6.5%以上）、粗集料用量多（用量比例达70%以上）。减少细集料的用量，在混合材料中加入纤维稳定剂，石子骨料可以与软点高、温度稳定性好、渗透性低的沥青材料充分混合，形成一种骨架密实结构，提高沥青混合料的黏结性以及公路路面的耐久性，减少公路路面对行驶车辆轮胎的冲击力度[2]。

在低温环境下，初期沥青混合材料因低温容易发生脆裂现象，而SMA 沥青混合材料中含有一定量的沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂的黏性、柔性与韧性使得石子骨料与沥青材料的黏结性更强，可以有效抵御低温侵袭，减少低温环境下SMA 高弹改性沥青路面的变形与脆裂现象。在高温条件下，SMA 混合材料通过沥青玛蹄脂胶浆填充间断级配的粗集料骨架缝隙中，粗集料含量超过70%，在最大内摩擦角的原则下，嵌挤在骨架内，使SMA 混合材料的结构稳定性更强[3]。初期沥青混合材料不同，沥青路面在高温环境下防止变形的能力下降，在车辆的高荷重下会出现车辙痕迹，而SMA 高弹改性沥青路面具有更好的抗变形与抗车辙特性，沥青老化的速度也会延缓。在耐磨与抗滑方面，SMA 沥青混合料采用间断级配粗集料，本身具备良好的刚度、强度与耐磨性，因此，利用SMA 沥青混合料摊铺压实后形成的SMA 高弹改性沥青路面具有良好的耐磨性与抗滑性，能够减少行车噪声，提高雨天行车的安全系数。

3 SMA高弹改性沥青路面施工技术与施工质量控制要点

3.1 原材料的质量检测与质量控制要点

SMA 沥青混合料是将沥青、细集料、粗集料、稳定剂和矿粉按科学比例混合而成。SMA 高弹改性沥青路面施工质量以及路面的结构稳定性、耐久性、抗疲劳、抗老化、耐磨性、抗滑性均与上述材料的规格品质高度相关。在公路路面工程施工前，必须对所有施工原材料的质量进行检测和控制。选择沥青时，应对照SMA 高弹改性沥青的技术标准进行选品。例如，SBS 的针入度应在40（0.1 mm）以上，延度应在30 cm 以上，软化点应在50 ℃以上，溶解度应在99.5%以上，弹性恢复应在55%以上[4]。SMA 高弹改性沥青加工之前，应通过对沥青上述技术指标全面的定量试验把控沥青材料的质量关。在粗集材的选择上，SMA 高弹性改性沥青混合材是沥青玛蹄脂胶浆填充至间断级配的粗集材骨架空隙而形成的密实骨架结构，用于承载与传递路面的行车高荷载。在选择粗集料时，应优先选择形状为立方体、表面粗糙、质地坚硬、清洁无杂质的破碎颗粒型集料，减少针片状集料的使用。在选择细集料时，SMA 沥青混合材料中细集料的含量较少，主要用于填补粗集料之间的空隙，增强沥青混合材料的黏合性和SMA 沥青路面的载力，选择时，要选择材质坚硬、表面干燥、无杂质的人工砂，如人工轧制的玄武岩或灰岩细骨材，不应选择杂质多且质地偏软的天然砂[5]。选择矿粉时，应考虑到在SMA 沥青混合料中加入矿粉是用于增加矿料比表面积，以便在矿料表面裹覆更多沥青材料，矿粉应保持干燥、洁净。可选用石灰岩碱性石料作为矿粉原料进行细磨，在矿粉细磨过程中加入消石灰或者水泥，以提高矿料与沥青材料之间的黏结力。在选择纤维稳定剂时，应考虑到纤维稳定剂是用于避免SMA 沥青混合料中沥青用量过多而导致的沥青析漏问题，因此，应选用木质或者矿物纤维作为纤维稳定剂，以提高SMA 沥青混合料的耐久性与稳定性。

3.2 优化原材料的配合比设计

配合比设计是为了优化SMA 高弹改性沥青混合材料的原材料配比，提高SMA 高弹改性沥青混合材料抗疲劳、抗老化、耐久耐磨、温度稳定、防滑降噪等性能指标。配合比设计主要包括以下两个部分。

1）前期试验阶段的目标配合比设计，其常用方法为马歇尔设计法。（1）测定粗集材、细集材、沥青等原材料的相对密度。（2）设计各种不同粗细的初步等级配比，通过筛孔的调整、矿料配比调整和矿料筛选，获得不同组的初步等级配比。用捣实法测定不同等级粗集材配合的夯密度和松装间隙率。（3）通过油石比分析、矿料级配体积分析、马歇尔稳定度试验等方法确定出最佳油石比，作为前期试验的结果。

2）指导生产的生产配合比设计。（1）在前期试验目标配合比设计的基础上，确定各热料仓矿料和矿粉的使用量，反复调整材料配比，实现冷材和热料仓材料供应的相对均衡，避免冷料仓或热料仓存在等料或矿料过剩的情况。（2）根据上一步骤确定的各热料仓矿料用量与比例，采用马歇尔设计法，经油石比分析、矿料级配分析、马歇尔稳定度试验等确定出最佳油石比。（3）将确定的最佳油石比应用于SMA 沥青混合料的原料配比设计中，用来指导SMA 高弹改性沥青生产加工。

3.3 混合料拌和

混合料拌和是指将粗集料、细集料、沥青等原材料按照配合比进行混合拌和。需要先根据沥青的密度测算出沥青的质量，再根据沥青的质量，按一定比例（通常为0.4%）添加消石灰或者水泥等抗剥落剂，利用强制式搅拌箱将沥青与抗剥落剂充分搅拌均匀。最后根据配合比添加粗集料与细集料。合理控制沥青混合料的温度在195 ℃以下，保证沥青混合料的性能与质量。SMA 高弹改性沥青混合料的拌和顺序为：（1）依次添加矿料与矿粉，利用强制式搅拌箱对上述原料进行干拌；（2）加入纤维稳定剂，一定时间后，加入165 ℃左右的沥青材料再次进行搅拌，整个搅拌拌和时间应控制在70 s 以内。混合材料搅拌的过程中有很多需要注意的事项：搅拌人员要严格控制SMA 沥青混合材料的搅拌温度，例如，集料温度应控制在190 ℃左右，沥青温度应控制在165 ℃左右，以避免温度过高导致沥青混合材料的黏度过高，影响SMA 沥青混合料的生产质量。拌和工作人员应严格控制SMA 混合料的拌和时间，如矿料与矿粉的干拌时间应控制在7～10 s，纤维稳定剂添加后的湿拌时间应控制在35 s 左右，混料拌和过程中应注意观察SMA 沥青混合料的颜色、黏度等情况，以便及时根据混合料拌和情况动态调整拌和温度与拌和时间[6]。

3.4 混合料运输

混合料运输是指将SMA 沥青混合料由生产工厂运输至混合料摊铺施工现场。为了确保质量，在运输过程中应注意沥青混合料的保温问题，将双层棉被覆盖在运输车辆顶部，并在运输车辆周围覆盖篷布，可以有效防止沥青混合材料的热量损失。同时，考虑到SMA 沥青混合材料的黏性较强，在分批次运输沥青混合材料时，应清扫以前运输车辆的车厢，并将色拉油用作隔离剂涂在运输车辆车厢表面，有效隔绝沥青混合料与运输车辆车厢，防止表面出现沥青粘黏现象[7]。

3.5 混合料摊铺与碾压

SMA 高弹改性沥青路面摊铺需要使用履带式摊铺机。当多台摊铺机同时启动时，相邻的2 台摊铺机之间的距离应控制在6 m 左右。在SMA 沥青混合材料摊铺过程中，摊铺机的速度必须均匀连续，不能突然停止摊铺机或改变行驶速度，影响混合料摊铺质量。混合料摊铺过程中，还应高度重视运料与摊铺的衔接配合，确保摊铺机在行进过程中混合料源源不断地输送至摊铺机内，避免出现摊铺机停下等待运料车的情况。开始铺筑时，熨平板的预热温度与混合料温度均需严格控制，熨平板夯实等级采用振动频率与振捣频率应符合规范，两台摊铺机的间距应适宜。相较于普通沥青材料而言，改性沥青SMA 混合料的黏性很大，在摊铺时较少出现离析现象，施工人员需及时处理摊铺过程中产生的油斑。摊铺机作业时应严格控制摊铺速度与摊铺连贯性，以免摊铺作业出现中断影响路面平整度。SMA 高弹改性沥青路面摊铺后碾压分为初压与终压两个部分，初压时，采用振动碾压对摊铺路面直接碾压，并通过静压消除振动碾压的痕迹；终压过程中，应根据相关操作规范控制混合料温度与碾压段长度，并合理控制振动碾压的幅度，避免幅度过大影响碎石骨料的坚实度。

4 结语

SMA 高弹改性沥青路面的施工技术的重要工序之一就是SMA 混合料的摊铺，而路面摊铺质量直接关系着路面的平整度及路面的质量等使用功能。在SMA 高弹改性沥青路面施工过程中，应充分重视原材料试验、配合比设计、沥青混合料拌和、沥青混合料运输、摊铺与压实等工序中的各类关键指标与技术要点。在施工过程中应抓好人员、机械设备、原材料等施工要素的质量，提高公路结构稳定性与道路抗疲劳性能，延长SMA 高弹改性沥青路面的使用寿命。