摘要：近年来高速公路的施工中使用效果显著的施工材料之一当属SMA改性沥青，SMA改性沥青混合材料铺筑的高速公路面结合了AC、AM、AK类沥青路面的优点，具备很好的抗滑能力、含水量稳定性好、高温季节较稳定、低温抗裂性好、低噪音等特性，受到市政工程界的青睐，是解决传统高速路面质量问题的重要施工工艺。本文以巴基斯坦PKM高速公路（苏库尔-木尔坦段）第六标段工程中大面积应用SMA 改性沥青路面作为技术研究背景，阐述了SMA 改性沥青的主要构成，简要分析SMA 改性沥青材料的主要特点，并综合分析探究了高速公路SMA 改性沥青材料路面施工的技术工艺要点，为同类沥青路面工程的施工提供一定的经验参考。
关键词：高速公路；SMA改性沥青；施工技术；路面
一、引言
随着改革开放进入新阶段，交通运输事业得到大力发展，高速公路的建设受到了大量各界投资，为经济建设提供便捷的交通基础设施，促进了各地经济发展并方便了人民的交通出行。高速公路开通数量在不断增长同时，大量货车超载运输层出不穷，对高速公路路面带来极大的破坏作用，严重影响了行车的安全和降低高速公路的使用寿命。因此，使用传统的高速公路沥青原料已经无法满足当前交通行业发展的需要，路面摊铺的材料和施工工艺都需要改良，SMA 改性沥青（又称沥青玛蹄脂碎石混合料）的出现成为当前广泛应用的新型路面施工材料，与传统的沥青材料相比，SMA 改性沥青融合了AC类、AM类、AK类传统沥青的特点（图1），通过添加辅助改性剂改变了沥青温度、粘度、软化基点等性能参数，形成了具备良好应用前景的高速公路路面材料，大大增强了路面的抗车辙、抗滑性、抗水性、降噪能力。SMA 改性沥青作为一种间断级配混合料，要充分发挥它的实际性能，必须要进行系统性分析SMA 改性沥青混合料的主要构成特点，严格控制SMA 改性沥青混合料路面施工技术实施过程，全面提升高速公路路面施工质量，满足交通运输和通行的需要，确保高速公路安全舒适性。
图1 AC类与SMA类外观对比
二、SMA改性沥青混合料施工原材料的主要构成
SMA 改性沥青混合料是近年来大规模推广应用在公路工程建设的工程材料，构成原料主要包括水泥、粗集料、细集料、矿石粉、纤维稳定剂、改性沥青等，在道路施工中根据设计图纸要求、工程现场条件、质量规范将以上材料经过试验室混合配比，以满足公路施工需求。
1、沥青路面的细集料
细集料属于SMA改性沥青混合料主要构成原材料之一，选取的细集料必须精挑细选，按照公路工程质量要求选取，要求选择具有一定的洁净度、无风化、杂质少的米砂，天然砂含有部分有害物质，物理性能不稳固，在沥青中附着性差，细集料中的摩擦挤压作用无法得到充分体现，影响了SMA改性沥青混合料的施工质量，因此，控制路面沥青混合料的天然砂使用量不超过20%。
2、沥青路面的粗集料
高速公路工程的粗集料的选取要根据工程实际需要，工程在不同的地质条件下选用的粗集料有所不同，选取的粗集料质地坚硬、清洁度好、无风化、外形方正的碎石为主。石子破碎机宜用反击式，控制好粗集料的过长、过于扁平状粒料的比例。
3、沥青路面的沥青结合料
沥青结合料是作为高速公路路面原材料的重要构成之一，SMA改性沥青混合料进行级配过程中，主要控制沥青温度的敏感性作为基础指标，要提升沥青的软化度需要对结合料改性级配参数实施调整，相关参数有延度、软化点、溶解度、闪点等技术指数，对这些相关参数必须由专业试验室严格测试，保证技术指标符合施工质量标准后才能使用到路面施工现场中。
三、SMA改性沥青混合料主要性能
1、水稳定性好
SMA改性沥青混合料经过专业试验室实施的浸水马歇尔、浸水车辙的性能试验后发现，这种混合料包含有一定含量的沥青、矿石粉、水泥、纤维素，经过化学作用充分融合它们的胶结性能，所有的分子紧密地结合形成抗水性强的玛蹄脂，具有较强的水稳定性。
2、耐高温性强
与普通公路相比较，高速公路车辆行驶速度比较快、车流量比较大，大型载重车辆行驶容易摩擦路面提升温度，加上夏季路面气温更高的环境条件中，一旦沥青混合料耐高温性能差引起路面变形，容易发生路面损坏造成车辆安全事故。SMA改性沥青混合料的材料结构属于嵌挤密实型，熔点比较高，黏稠度好，因而耐高温性强。
3、抗滑性好
SMA改性沥青混合料与普通的公路同类路面材料相比，由于它的结构构成为嵌挤密实型，摩擦系数比较高，级配构成使它具有很好的结构深度，，抗滑性能比较强，适合高速公路的实际使用性能要求。
四、高速公路SMA改性沥青混合料路面施工技术分析
1、工程概况
巴基斯坦PKM公路项目苏库尔至木尔坦段起点在信德省的苏库尔，终点在旁遮普省的木尔坦，总长度392.027公里。该项目设计采用全封闭双向六车道高速公路建设标准，设计速度120公里/小时，路基全宽31.5m，路拱横坡1.5%，具体组成为（图2）：中分带2.6m，行车道3.65m×3×2，硬路肩3.0m×2，土路肩0.5m×2。中分带为新泽西护栏，行车道和硬路肩设计横坡2%，土路肩设计横坡4%。本项目结构物工程主要分为桥梁、涵洞、互通式立交、收费站、服务区、停车区等。本项目路面为沥青混凝土路面，上面层为4cm中粒式沥青混凝土，中面层６cm为中粒式沥青混凝，下面层为6cm粗粒式沥青混凝土，基层为36cm为水泥稳定碎石，底基层为20cm水泥石灰稳定土。该路段2016年12月开工，计划2019年7月建成通车。
图2 道路工程横断面设计
2、工程重难点情况分析
通过上文对SMA改性沥青混合料的特性可以发现，由于SMA具备良好的工艺施工条件，非常适合作为高速公路路面铺设的材料，能较好地满足施工的实际需要。本工程项目施工现场在国外，供应厂家、供应条件与国内渠道不一样，给施工带来一定的难度。项目所用碎石主要用于结构物混凝土、级配碎石（底基层/基层）、沥青混凝土基层、面层。按照招标文件要求，沥青混凝土磨耗层所用碎石需采用玄武岩。
（1）重难点分析
工程项目路基土方工程量较大，路基填筑高度较高，如何保证施工完工后路基沉降在规范要求范围之内，将作为项目的一项重点工作来抓。本工程地处巴基斯坦周边石料厂较少，石料极缺，且距料场较远，各标段又同时开工，易出现石料供应不足的现象，骨料的加工运输将是制约项目进展的一个关键因素。项目所用砂主要用于特殊路基换填和结构物混凝土。项目位于印度河冲积平原，所在区域河流较多，但河道内所存在的砂多为冲积形成的细砂，且储存量不大，无法满足施工要求。初步设计拟采用机制砂进行普通混凝土拌制和特殊路基换填，机制砂可在采石场自行加工或当地采购。
（2）应对措施
前期进行详细的土料场勘察，合理规划取料场地。根据施工总体计划工期与施工强度，进行资源配置，投入足够的人力，配备充足的设备，保障其施工强度。对高填方路基填筑路段，首先做好技术交底工作，严格按照施工工艺流程操作（图3），同时做好质量监督检查，发现问题及时处理。前期进行充分的市场调查，寻找合适的石料场，尽早建立采石场与石料加工场，进行石料的储备。另一方面寻找合格的沥青混合料供货商以备应急采购。
图3 沥青路面施工工艺流程图
3、SMA路面试验段的铺筑
SMA路面施工造价比较高，施工工艺要求比较高，为避免SMA混合料施工参数设计与现场相差过大，实施大面积施工作业之前，必须进行试验段的铺设，铺设试验段长度至少要达到300m以上。试验段的试铺中可以调试沥青铺设、拌和、运输设备、车辆的性能、沥青混合料生产供应能力、混合料的运输能力，最终制定摊铺工艺的进度与碾压沥青路面设备的匹配能力，试拌合过程中要确定拌和机械设备的上料速度、上料步骤、拌制温度、拌制时间，调节拌合料的生产配合比，试铺阶段要对摊铺的方式、碾压的遍数包括静压和振压、接缝的处理方法等参数进行提前设定，试验段铺筑确定的SMA混合料拌合、摊铺温度和时间、碾压的遍数等数据作为下一步施工的重要参考指标。
4、SMA 改性沥青混合料拌制
为了保证高速公路的施工质量，对SMA 改性沥青混合料进行充分拌和成为第一个重要环节，把SMA 改性沥青混合料的原料按照相应比例进行混合后，启动拌和机进行连续不间断的拌和措施。
（1）要确保SMA 改性沥青混合料的分布和附着的均匀性，施工人员在进行拌和机操作生产之前，选择适合的拌和机械设备，在施工现场对拌和机的计量表进行针对性的调整，确认计量表中供应的SMA 改性沥青混合料的量与实际的需求量一致。
（2）SMA 改性沥青混合料使用容积法计算其使用量，容积性确定的不同材料比例、密度都有所不同，技术人员需要适当调整冷料仓的计算，保证供料量与不同材料的配置达到一致。
（3）为减少雨季天气对SMA 改性沥青混合料的侵蚀，拌和过程中使用到的混合料必须干燥、细集料有防雨遮盖措施并且要符合施工材料堆放的要求，放置的地面要坚硬并且干燥，尤其在夏季多雨的季节施工中，矿石粉存放的仓库应干燥、通风性能良好避免受潮结成团块失效，如发现拌和过程中产生矿粉逸出现象，判断其逸出含量再进行补足。
（4）SMA 改性沥青混合料拌和完毕后要马上使用，如有特殊需要无法立即使用时要存放到料仓内，存放时间不能超过24h。
5、SMA 改性沥青混合料运输
SMA 改性沥青混合料的运输实施有效控制，主要出发点是可以对SMA 改性沥青混合料的高温稳定性、强粘性进行提升，是影响SMA 改性沥青混合料施工质量的重要因素之一。
（1）SMA 改性沥青混合料运输中使用的是限制载重量高于15t 的自卸式翻斗车，自卸车装料前对车厢的底部、面板部分进行涂刷油水混合物，通常使用3：1植物油与洗洁精混合液，使用沥青黏度仪检查黏度，主要为了避免SMA 改性沥青混合料与车厢内壁产生粘结。
（2）为减少SMA 改性沥青混合料在车辆静止装料时，混合料产生离析的情况出现，运输车辆前后移动的方法进行装载，采取前、后、中装载顺序进行，控制好运输车速，车速均匀行驶不能过快或过慢，每小时时速控制在30km左右。
（3）要保持车厢内部温度的稳定性，装料完毕后用温度计进行测量，与施工质量要求的温度对比是否符合要求，采用苫布遮盖进行保温，减少SMA 改性沥青混合料在运输过程中的日晒雨淋，到达现场后才能解下苫布。运输到现场后在摊铺机卸料过程中，要预足安全施工位置，停车卸料距离控制在100-300mm范围内。
6、SMA 改性沥青混合料摊铺
SMA 改性沥青混合料的摊铺作业是高速公路路面施工的关键性步骤，施工的工艺和施工过程对高速公路的质量产生直接影响，摊铺作业过程中的各个环节技术质量必须严格控制。
（1）摊铺作业前，根据施工方案要求标定摊铺机的料门高度，出料的速度要与路面工程完成进度相协调。提前把下承层的垃圾、杂物彻底清理干净，清理完毕后按照每平方米喷洒0.3L的粘层油。摊铺机使用之前，还要对混合料进行检查，检查粗细集料的拌合是否均匀。
（2）摊铺作业前的清洁工作也比较重要。下承层的垃圾在粘结过紧时可用高压水枪进行清洗，待水分蒸发完毕后再进行摊铺施工。高压水枪无法处理干净的表层杂质，可用人工清理方式进行。如发现下承层不平整，可以采用调平的方式进行处理，再对表面喷黏层油。
（3）摊铺机的安装要提前24h安装到施工现场附近，摊铺作业前1h对熨平板进行预热至不低于100℃，才能进行摊铺作业施工。为保证高速公路工程路面的摊铺质量，同一施工路段的摊铺机要选用同一型号的摊铺机械设备，由于本工程项目施工要求比较高，每个施工段配置一台SuPer-2000型德国产履带式沥青摊铺机，时速为20m/min，摊铺宽度12m，保障施工进度和质量。摊铺机的熨平板振动器要处理开动状态，注意检查相邻的熨平板之间连接的紧密程度，不能出现拼接缝，否则进行摊铺作业时，高速公路的路面产生条纹状，影响路面的美观度和光洁度。
（4）摊铺机作业时，要使用沥青混合料抽提仪、自动控温延伸仪对SMA 改性沥青混合料摊铺的厚度和温度实施检测，确保松铺系数、松铺厚度与试验段的指标相符，施工过程中持续不断采用自动连续式平整度仪、水准仪等仪器对摊铺层厚度、路面拱横坡度、平整度实施监测，注意控制路面摊铺的松铺厚度，避免厚度过大或过小，产生不均匀现象。摊铺机内部的螺旋布料器的混合料数量要保证供应不间断，布料器混合料的高度至少要在螺旋高度的1/2至2/3范围内。在高速公路路面后期的摊铺作业时，平衡梁对SMA 改性沥青混合料摊铺厚度实施严格控制，发现有摊铺缺陷时要马上进行修补。
7、SMA 改性沥青混合料压实
SMA 改性沥青混合料碾压处理前，要遵循以下的八字原则进行：紧跟、慢压、高频、低幅，选择好碾压的钢轮压路机组合方式，按照施工方案内容控制好碾压步骤，使用前把钢轮的铁锈清理干净。
（1）巴基斯坦PKM公路项目第六标段工程每一个施工段中采取日本产12t和国产21t双光轮压路机各两台实施组合碾压，初压使用双光轮压路机进行静压2遍，复压使用双光轮压路机碾压3-4遍，碾压方式为高频、低振幅，终压的方式为使用关闭振动的双光轮压路机静压2遍，两台压路机分层次、成梯队的碾压方式进行作业，静载压路作业过程中，前后两台碾压机械重合部分控制1/3～1/4轮宽度，钢轮作业前喷洒水溶剂防止黏轮，一次碾压长度宜控制在30m以内。
（2）SMA 改性沥青混合料压实温度控制要求比普通沥青混合料高，初压的SMA 改性沥青混合料初始温度要求不低于160℃，控制在170℃范围，初压时尽量少喷水，并在此范围内尽快完成初压施工步骤，复压温度最低应达到140℃，终压温度最低要达到120℃，压实终了温度最低要达到110℃，注意控制在沥青表层的下降前加快碾压进度。
（3）使用SMA 改性沥青混合料碾压机械采用刚性碾压，双光轮压路机压实效果好，据沥青路面技术规范要求，轮胎压路机通常不允许进行SMA 改性沥青路面碾压，轮胎压路机碾压过程中的搓揉挤压作用下容易导致混合料中的玛蹄脂上浮，影响路面的深度变化和压实度。碾压过程中注意检查粗集料是否过度压碎、棱角压坏等现象，如有要马上停止压实作业，低温气候下不能反复碾压，影响压实效果。SMA 改性沥青混合料属于嵌挤结构型，要注意碾压不能过度，碾压完毕后，对SMA 改性沥青混合料面层孔隙率要立即进行检测，用压实度检测仪器进行路面结果测试，压实度要达到98％以上，保证SMA 改性沥青混合料路面的稳固性和耐久性。
五、结语
近年来，SMA 改性沥青混合料与传统普通沥青混合料相比具备较大的优势，经济的快速发展大量车辆交通运输的需要，高速公路的车流量大幅增长，对路面的损坏程度也在加剧，因此，SMA 改性沥青混合料具备更强的安全稳定性、抗车辙能力、抗滑性、低噪声等优点，在高速公路路面施工中得到大力推广应用，但SMA 改性沥青混合料对现场施工的质量控制要求严格，要从拌和、运输、摊铺、压实等施工流程中实施严格控制，确保SMA 改性沥青混合料在高速公路中的施工质量，提升高速公路的整体耐久性和使用寿命。
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论文作者:赵景飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/28
标签：改性沥青论文; 路面论文; 沥青论文; 高速公路论文; 作业论文; 压路机论文; 材料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;