刘志华
广东冠粤路桥有限公司 511450
摘要：沥青玛碲脂碎石路面（简称SMA）路面，产生在20世纪60年代的德国，因为SMA路面抗滑、抗车辙等性能优良，逐渐在高速公路、重交通道路等工程中开始广泛应用。随着我国高速公路建设事业的飞速发展，高速公路沥青路面建设市场也从国外引进了多种沥青路面结构，尤其是SMA-13（SBS）改性沥青路面结构在广东等省份逐渐得到广泛应用。SMA-13（SBS）改性沥青混凝土路面具有良好的高温稳定性、耐久性、表面特性、低温抗裂等优良特性，本文依据广佛、佛开等高速公路的应用实践来探讨SMA-13（SBS）改性沥青混凝土在高速公路沥青路面上面层的应用。
关键词：SMA-13（SBS）改性沥青混凝土；上面层
现今，SMA-13（SBS）改性沥青混凝土在路面施工中应用的越来越广泛，这主要得益于它的各种优良性能，在众多的工程实践中一方面取得了成功的经验，另一方面也有不少的教训，主要体现在部分完工高速公路在通车后出现了泛油、车辙等病害情况。因此我就结合广佛、佛开等高速公路的成功经验，从SMA-13改性沥青混凝土的原材料选定、配合比设计以及施工过程的各个环节包括沥青混合料的运输、摊铺、碾压等方面探析研究如何做好SMA-13（SBS）改性沥青混凝土上面层。
1、原材料选定
（１）碎石原材料的选择
SMA-13混合料依靠粗集料接触和紧密嵌挤而形成骨架结构。为防止碎石颗粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗集料的质量有严格的要，也可以说粗集料是SMA-13质量控制的关键。一般要求使用高质量的轧制粗集料，其岩石应坚韧，具有较高的强度与刚度。由于SMA路面大多应用于交通量比较大的道路上作为表面层，一方面从抗滑要求，需要石质质地坚硬，经久耐磨；另一方面正因为嵌挤好，需要良好的抗碎裂性能。因此在广东省一般根据本地碎石材料蕴藏情况选用辉绿岩、闪长岩等岩石，尤其是近年来闪长岩应用越来越广泛。
（2）粗集料的质量要求
粗集料的针片状颗粒含量应严格控制。针状和片状的粒料，在车轮荷载作用下，很容易折断碎裂，使混合料的细料增多，级配容易发生变化。而且碎石破碎面没有沥青裹覆，成为混合料的内部损伤。石料的针片状颗粒含量对混合料通过4.75mm颗粒含量的变化有直接关系，而SMA混合料的性质对集料4.75mm通过率十分敏感，要求针片状颗粒含量不能仅看标准，而必须看实际情况。我国行业规范要求高速公路表面层针片状含量不超过15%，而广东省内近年来还对该指标提高要求，一般不超过10%。
推荐SMA-13用粗集料质量要求
（3）细集料
在SMA混合料中，小于4.75mm的细集料用量为10%~20%，但同样要求石质坚硬、富有棱角，并有一定的表面纹理、软质含量少、塑性低且黏土含量不超过1%。广东省内今年来要求细集料采用机制砂。天然砂由于颗粒接近于圆形，摩阻力小，故不宜采用。
（4）矿粉
矿粉是SMA混合料中的重要组成部分，它与沥青混合形成玛蹄脂，从而影响SMA的性能。矿粉对混合料产生“加劲”效应，降低沥青的流动性，增加黏度。其质量对混合料的稳定性与抗车辙能力有较大的影响，因为要充分重视矿粉的选择。一般建议采用石灰岩生产的矿粉。而且细度要求不能过细或过粗，一般要求200号筛的通过率大于65%。
（5）沥青
国外对于铺筑SMA路面是否应该采用改性沥青，众说不一。但是我国对于重交通道路，为了抗车辙一般都采用SBS改性沥青。广东省内已经通车的高速公路SMA沥青路面均采用SBS改性沥青，且应用效果良好。
（6）纤维
为了防止沥青滴漏，一般在SMA混合料中都使用纤维材料，也可以使用轮胎切碎的颗粒。纤维在SMA混合料中不仅是为了吸油，防止沥青滴漏，其在玛碲脂中还起其他重要作用，包括：吸附、稳定、加筋等作用。纤维一般分为木质纤维和有机合成纤维。广东已通车SMA高速公路沥青路面一般都采用木质纤维，应用效果良好。
2、配合比设计
SMA的结构可分为两个部分，其一是粗集料构成的空间骨架；其二是由沥青、矿粉及纤维等材料组成的玛碲脂。玛碲脂填充在SMA混合料骨架的空隙中，形成密实骨架结构，这是SMA混合料与传统沥青混合料在结构组成上的主要区别。广东省内SMA-13沥青混合料一般采用马歇尔设计法。设计技术要求根据现行规范及设计文件相关要求，而且根据实际情况可进行适当调整。配合比设计分为目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段。
（1）集料级配设计
级配对SMA-13沥青混合料密度、空隙率，矿料间隙率等体积指标以及 SMA力学性能有较大影响。因此，级配选择是SMA沥青混合料配合比设计的关键。通常，级配设计初选3个以上级配进行比较，择优选择。对于SMA-13，以4.75mm通过率作为级配控制点。在设计中，初选上、中、下3种通过率，通过率间隔一般为3%。为确保目标配合比的准确性，将全部集料逐档筛分，然后按照上、中、下三种级配通过率进行配料。
（2）初试沥青用量选定
SMA-13混合料最佳油石比通常是6.0%，但结合SBS改性沥青的特性、沥青结合料的密度及黏度，实时调整初试最佳油石比。采用同一初试油石比，成型三组马歇尔试件。根据黏温曲线确定混合料的成型温度。由三种级配曲线马歇尔试验的结果确定推荐级配。
（3）确定最佳油石比
确定矿料设计级配后，在初试沥青用量的基础上扩大油石比的范围，成型试件进行马歇尔试验，确定油石比的合理范围。取油石比的范围一般按初试油石比为中间油石比，以0.2%~0.4%为间隔，调整3个不同的油石比进行马歇尔试验。检测不同油石比的马歇尔试件体积参数与力学性质。根据期望的设计空隙率，确定油石比，作为最佳油石比。如初试油石比的混合料体积指标恰好符合设计要求时，可以省去此步骤，但宜进行一次复核。
（4）SMA-13（SBS）混合料的性能检验
确定最佳油石比后，通过各种标准试验检测SMA-13（SBS）混合料的性能。其中马歇尔试验检测体积参数和基本力学性能；冻融劈裂试验检测混合料的抗水性能；车辙试验检测高温抗车辙性能；谢伦堡沥青析漏试验检测沥青析漏损失；肯塔堡飞散试验检测飞散损失等。通过检测，如果各项指标均满足设计要求，表明所配制的沥青混合料具有良好的路用性能。如果有某项或某几项指标无法满足设计要求则需要寻找原因并微调参配比例重新试验直至各项指标均能满足设计要求。
（5）生产配合比设计
对于间歇式沥青拌和楼，按规定方法取样测试各热料仓的材料级配，确定热料仓的配合比，供拌和机控制室使用。取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、OAC±0.3%等3个沥青用量进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不大于±0.2%。对于连续式拌和机可省略生产配合比设计步骤。但是广东省内原材料的稳定性较差，因此一般选用间歇式沥青拌和机。
（6）生产配合比验证
拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段。按确定的拌和比例、拌和温度、拌和时间生产沥青混合料，经过运输、摊铺、碾压后铺成试验段；检查试验段有无离析、渗水等现象；钻芯取样检测厚度、压实度、马歇尔稳定度等指标；抽样检查沥青混合料的矿料级配及油石比；在各项技术指标均达到满意后，可确定生产配合比。对确定的标准配合比，宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。
3、关于SMA-13（SBS）改性沥青混合料生产及施工的建议
（1）级配关键控制点
SMA矿料级配对路面的抗渗性能影响很大，规范对于4.75mm筛孔通过量提出的20%~34%的范围太宽，对生产失去了指导意义，简单地采用中值也未必合适。为此建议4.75mm通过率控制为25%~33%，并尽量选择中值（29%）偏上的通过率，以保证SMA路面不透水。同时，要保证0.075mm筛孔的通过量大于10%，而2.36~4.75mm之间的颗粒要尽可能的少，以不超过6%为佳。
（2）用油量
混合料的矿料级配、沥青用量、纤维用量、拌和温度及碾压温度是控制路面施工的关键因素。当采用了正确的矿料级配、沥青用量、纤维用量及施工温度后，则路面的施工质量就有了保证。设计油石比要根据（SBS）改性沥青性能及拌和设备与室内试验的差异性进行微量调整。
（3）纤维
在进行SMA沥青混合料拌和时，应将纤维与矿料干拌均匀后再喷入热沥青，要保证每盘SMA混合料不得少加、漏加纤维，否则将导致路面泛油。建议采用自动投送装置，保证添加均匀性。如果采用颗粒状木质纤维，不易与石料拌和均匀，如采用这样纤维尤应注意保证纤维与石料拌和的均匀性。
（4）混合料拌和
混合料的拌和均匀性和稳定性对于SMA-13改性沥青混合料的施工质量有重要的影响。因此要控制好源头，保证出厂混合料的拌和质量。
①由于（SBS）改性沥青储存容易沉淀离析，并且改性沥青加温难度较大，因此在改性沥青储存罐内应该加装搅拌器，可以设置搅拌的时间间隔，大约每隔3~4h就需要搅拌一次，保证改性沥青材料的均匀性及加温的时效性；
?改性沥青混合料拌合时间根据试拌确定，以沥青均匀裹覆集料为度。间歇式拌和机每盘的生产周期不宜少于45s（其中干拌时间不少于5~10s），SMA-13改性沥青混合料可根据实际情况适当延长拌和时间，一般5s，保证搅拌均匀性。SMA-13改性沥青混合料的出厂温度控制在170~185℃，可适当提高但不能高于195℃，否则应予以废弃；
?间歇式拌和机应配备保温性能良好的成品储料仓，储存过程中混合料温度下降不得大于10℃，且不能有沥青滴漏，SMA-13改性沥青混合料只限当天使用。
④SMA-13改性沥青混合料的拌和要特别注意矿粉的及时足量添加。因为SMA-13改性沥青混合料细集料添加量小，而且骨架空隙率大，因此矿粉起到非常重要的吸油及填充的效果，保证混合料的渗水性能。
（5）运输及摊铺
SMA-13改性沥青混合料要及时运输并摊铺并保证温度，因此运输需要采取相关措施保证混合料的均匀性及温度。
①在对热拌的沥青混凝土运输不同于其他的混凝土，一般要求采用大吨位的经过特殊改装的货车进行运输，并且路途比较远，要求货车承重性能比较好而且要求车厢进行全覆盖。如出现车厢板滴漏时，应采取措施予以避免；
② SMA改性沥青混凝土有着高度的粘着特性，很容易就与货车的底部黏在一起，而为了防止这种状况的出现，可以在装载前就做好相关的防护措施，例如在车厢的底部刷上一层植物油或中油，只要确保SMA改性沥青混凝土不会粘着在货车底部即可，不需要涂抹过多。料车装料时应遵循前、后、中顺序多次装料，控制混合料的离析；
③摊铺设备应根据性能在螺旋布料器位置加装反向叶片及挡料胶皮，减少摊铺离析，保证摊铺的均匀性，并且要控制摊铺速度在1~3m/min。要求摊铺设备采用非接触式平衡梁。
④摊铺时的松铺系数根据试铺确定。螺旋布料器应相应于摊铺速度调整到保持一个稳定的速度均衡地转动，两侧应保持有不少于送料器2/3高度的混合料，以减少在摊铺过程中混合料的离析。摊铺机夯锤频率及幅度依据试铺确定后不做调整。
（6）碾压的控制要点
碾压是施工控制的一个关键工序，压实好坏直接关系到沥青路面的质量水平及使用性能。通过试验路确定压路机的组合方式及初压、复压、终压（包括成型）的碾压步骤，以达到最佳碾压效果。碾压应遵循“紧跟慢压、由低而高、由内向外”的原则。
①压路机应以慢速而均匀的速度碾压，控制好碾压速度及方向，保证碾压的均匀性和及时性，防止碾压线路及方向的突然改变导致混合料的推移。
②初压应紧跟在摊铺机后面，并保持较短的初压区的长度，以尽快使表面压实，减少热量散失。在不发生严重推移和裂缝的前提下，初压、复压、终压都应在尽可能高的温度下进行。
③复压紧跟在初压后进行，相邻碾压带重叠后轮的1/2宽度，并不少于20cm。
④终压紧跟在复压后进行，复压后如无明显轮迹可免去终压。
⑤SMA-13（SBS）改性沥青路面经过试验路段铺筑能确定轮胎压路机碾压能达到良好效果的话可采用该工艺，否则不能轻易采用轮胎压路机，以防止将沥青结合料搓揉挤压上浮。
⑥SMA-13（SBS）改性沥青路面采用振动压路机或钢筒式压路机碾压。振动压路机应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行碾压。
4、结语
通过总结SMA-13（SBS）改性沥青路面在广佛、佛开等高速公路的成功应用经验，其优良的路用性能得以良好的体现，可以很好的适应广东省内对于既能经久耐用又有良好舒适性，而且能很好的满足飞速发展的交通量对于沥青路面更高的承载和耐磨及抗车辙的要求。该路面结构在广东省今后的高速公路路面建设中将有更加广泛的应用前景。
参考文献：
[1]吕伟民.孙大权.沥青混合料设计手册，人民交通出版社，2007.
[2]公路沥青路面施工技术规范【JTG F40—2004】，2005
论文作者:刘志华
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：沥青论文; 油石论文; 改性沥青论文; 路面论文; 马歇尔论文; 性能论文; 纤维论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;