SMA路面設計與施工工藝控制

1、專業(yè)資料參考SMA路面設計與施工工藝控制王德元周宏云余 堅 李建平湖北省襄十高速公路建設指揮部摘 要 : SMA路面是一種新型瀝青路面結構 , 在長大縱坡、小彎半徑多 , 橋涵結構物密集、冬天雨雪多且氣溫低氣候惡劣等的山嶺重丘區(qū) , 通過對 SMA混合料配合比精心設計、 施工工藝過程有效監(jiān)控 , 充分發(fā)揮 SMA路面結構的優(yōu)勢 , 提高路面的高溫穩(wěn)定性、 低溫抗裂性、 水穩(wěn)定性 , 進而提高路面的耐久性、 抗滑性等路面功能。有效地解決湖北省西北部山區(qū)高速公路建設中普通瀝青混凝土無法解決的難題。關鍵詞 :山嶺重丘區(qū) ;長大縱坡 ;小彎半徑 ; SMA 路面設計 ;施工工藝控制1 工程概況湖北省襄

2、十 ( 襄樊市 十堰市 ) 高速公路是西部開發(fā)大通道武漢至銀川高速公路的重要組成部分,它連接鄂西北重鎮(zhèn)襄樊、十堰兩市, 是我省第一條山嶺重丘區(qū)高速公路。襄十高速公路總建設里程155.9km, 襄樊市郜營至谷城縣段和襄荊漢十連接線約 70km, 采用平原微丘區(qū)高速公路標準修建 ; 谷城縣段至武當山段約 59km,采用山嶺重丘區(qū)高速公路標準修建 , 設計行車速度 80kmh,路基寬度 24. 5m,雙向 4 車道 , 全封閉全立交 , 路面結構設計為瀝青混凝土路面。其中 K374+623K382+009 段地形復雜 , 主要表現(xiàn)在長大縱坡、小彎半徑多、橋涵結構物密集等 , 在高溫條件下 , 車輛軸

3、載大 , 在上坡路段車速緩慢 , 瀝青混合料的抗剪切能力急劇下降而容易形成車轍; 下坡路段要考慮抗滑功能要求; 同時考慮到該路段冬天雨雪多且氣溫很低 , 經(jīng)襄十高速公路建設指揮部與設計單位共同研究決定該路段表面層采用 SMA-13路面。2 SMA 路面的功能特性:瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗級料骨架間隙組成一體的瀝青混合料。2.1高溫穩(wěn)定性在 SMA的組成中 , 礦料是間斷級配, 粗集料占到 70%以上 , 粗集料之間有良好的嵌擠作用, 瀝青word 格式整理專業(yè)資料參考混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力 , 即使在高溫

4、條件下 , 瀝青瑪蹄脂的粘度下降 , 對這種抵抗能力的影響也不會減小 , 有較強的高溫抗車轍能力。2.2低溫抗裂性SMA使用較多的礦粉(10%左右 ), 瀝青用量多6.2%左右 , 同時使用纖維穩(wěn)定劑, 由此組成瀝青馬蹄脂包裹在粗集料表面 , 充分填充集料間隙 , 在溫度下降、混合料收縮變形時 , 馬蹄脂有較好的粘結作用 , 它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫變形性能。2.3水穩(wěn)定性SMA混合料的內(nèi)部空隙率很小(4%左右 ), 混合料在壓實狀態(tài)下很少或幾乎不滲水 , 再加上馬蹄脂和集料的粘結好 ,SMA混合料的水穩(wěn)定性較普通AC、 AM和 AK 結構有較多的改善。2.4良好的耐久性SMA的混合

5、料內(nèi)部被瀝青馬蹄脂充分填充, 空隙率小 , 瀝青與空氣接觸少 , 因而瀝青混合料的耐老化性能好 , 其較密級配瀝青混凝土有良好的耐久性。2.5路面的表面功能由于采用堅硬的、耐磨的優(yōu)質石料 ( 玄武巖 ), 礦料級配采用間斷級配 , 粗集料含量高 , 碾壓后表面形成大的空隙 , 因而構造深度大 , 使雨天高速行車下不易產(chǎn)生水漂 , 抗滑性能提高 , 同時雨天的交通不會產(chǎn)生大的水霧和濺水 ;SMA路面的密水性好 , 對下面的瀝青層和基層有較強的保護作用 , 使路面能保持較高的整體強度和穩(wěn)定性。3 SMA-13 混合料的配合比設計3.1原材料選擇(1) 瀝青 : 采用湖北省鄂州科氏公司生產(chǎn)PG76-

6、22 的 SBS改性瀝青 , 其質量技術性質表1。 30國外建材科技2004年 第 25 卷 第 1 期表 1 瀝青質量技術指標試驗項目技術標準試驗結果針入度 (25 ,100g,5s)(0.1mm)407570.9針入度指數(shù)PI>-0.20.293延度 (5 ,5cmmin)cm 3050.6word 格式整理專業(yè)資料參考軟化點 TR&B >7076.5閃點 >230330溶解度 %9999.8旋轉粘度 (135 )(Pa · s)<31.86旋轉薄膜烘箱試驗 (163 ,85min)質量損失 % 0.10.06針入度比 % 6568.3延度 (5

7、)cm 2031.1(2) 粗集料 : 采用湖北省京山縣三陽石料場生產(chǎn)的玄武巖碎石 , 分三檔為 1#料 (169.5mm) 、 2#料(9.54.75mm) 、 3#料(4.752.36mm),其質量技術指標見表2。表 2 粗集料質量技術指標試驗項目技術標準試驗結果壓碎值 %2515.7洛衫嘰磨耗 % 2813.5粘附性等級4 級 5 級堅固性 %1210.7視密度 (g ·cm-3) 2.61#:2.9552#:2.9313#:2.918細長扁平顆粒含量% 157.5含泥量 %10.4軟石顆粒含量% 10.6(3) 細集料 : 采用湖北省京山縣三陽石料場生產(chǎn)的玄武巖石屑和機制砂

8、4#料(<2.36mm), 其質量技術指標見表 3。表 3 細集料質量技術指標試驗項目技術標準試驗結果視密度 (g ·cm-3) 2.52.948堅固性 %127砂當量 %6065(4) 填料 : 采用老河口市寶石水泥廠生產(chǎn)的石灰石礦粉 , 其質量技術指標見表 4。word 格式整理專業(yè)資料參考表 4 礦粉質量技術指標試驗項目技術標準試驗結果視密度 (g ·cm-3) 2.52.697含水量 %<10.2粒度范圍%<0.6mm100100<0.15mm9010094.2<0.075mm7510087.9外觀 %無團粒結塊無團粒結塊親水系數(shù) &l

9、t;10.6(5) 纖維穩(wěn)定劑 : 采用德國 CFF公司生產(chǎn)的TOPCEL絮狀木質素纖維。其主要質量技術指標見表 5。表 5 TOPCEL絮狀木質素纖維質量郊術指標試驗項目技術標準試驗結果灰分含量 %18%± 5%,無揮發(fā)物 17.5 pH 值 7.5 ±1.08吸油率 %不小于纖維質量的5 倍 4.6含水率 %<54.63.2 SMA 混合料目標配合比設計參照公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南 SHCF40-01-2002 的設計原則和步驟 , 采用馬歇爾體積設計方法以空隙率指標 (4.0%) 來進行最佳瀝青用量的確定。調整各礦料比例設計3 種粗細不同的級配 , 三種級

10、配的4.75mm通過率分別為中值、中值± 4%,其礦粉數(shù)量相同, 使 0.075mm通過率為 10%左右 ( 見表 6 和圖 1) 。表 6 集料篩分與合成級配SMA-13 集料篩分與合成級配篩孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例 %摻配比例 %摻配比例 %1#料 10083.424.60.60.60.60.60.60.60.64742482#料 10010098.79.80.60.60.60.60.60.6293032word 格式整理專業(yè)資料參考3#料 1001001009841.423.612.16.13.51.561004#料

11、 10010010010097.879.857.433.120.510.48810礦粉 10010010010010010010098.693.388.2101010 級配上限 1001007534262420161512級配下限 1009050201514121098級配中值 1009562.52720.51916131210合成級配 110092.264.227.020.818.315.813.211.610.2100合成級配210093.067.931.022.419.216.213.611.810.2100合成級配310092.063.423.420.318.516.213.711.9

12、10.3100 31國外建材科技2004年 第 25 卷 第 1 期圖 1 SMA-13合成級配曲線圖根據(jù)規(guī)范規(guī)程要求采用搗實法測定大于4.75mm 粗集料的松方密度并計算搗實狀態(tài)粗集料骨架的間隙率見表7。表 7 搗實法試驗結果蕉配類型粗集料的毛體積密度(g ·cm-3)粗集料的搗實松方密度(g ·cm-3)骨架間隙率(VCADRC)%合成級配12.9101.71141.2合成級配22.9191.69641.8合成級配32.9161.65943.1應用馬歇爾試驗檢測方法對3 種合成級配進行試驗 , 試驗結果如表8。表 8 馬歇爾試驗結果試驗項目技術要求合成級配1 合成級配2

13、 合成級配3初試油石比 %6.06.06.0纖維摻量 3.03.03.0馬歇爾試件擊實次數(shù)次雙面擊實50 雙面擊實50 次毛體積密度 (g · cm-3)2.5282.5332.508最大理論密度(g · cm-3)2.6462.6442.649空隙率 VV%344.54.25.3word 格式整理專業(yè)資料參考礦料間隙率VMA%17.017.317.218.0粗集料骨架間隙率 (VCAmix) VCADRC40.143.437.4 瀝青飽和度 VFA758574.275.670.4穩(wěn)定度 68.598.348.09根據(jù)以上試驗結果及選擇VCAmix<VCADRC及VM

14、A>17%的要求作為設計級配, 選擇級配1 作為目標配合比設計級配。再以初試油石比的0.2%間隔 6.0%、6.2%、 6.4%進行馬歇爾試驗 , 確定 6.2%為最佳油石比, 試驗結果見表9。表 9 SMA 混合料試驗結果試驗項目技術要求試驗結果最佳油石比 %6.2纖維摻量 3.0馬歇爾試驗馬歇爾試件擊實次數(shù)次雙面擊實50 雙面擊實50毛體積密度 (g · cm-3)2.537最大理論密度(g · cm-3)2.640空隙率 VV%343.9礦料間隙率VMA%>17.017.3粗集料骨架間隙率(VCAmix) VCADRC40.1瀝青飽和度VFA%758577

15、.6穩(wěn)定度 kN 69.65謝倫堡瀝青析漏試驗% 0.10.06 、 0.08肯塔堡飛散試驗%1510.3車轍試驗 ( 次· mm-1)>30005983、 6130浸水馬歇爾試驗%8084.3凍融劈裂殘留強度比% 8090.8構造深度mm0.81.51.1滲水系數(shù) (mL· min-1)<20基本不滲水3.3生產(chǎn)配合比設計根據(jù)目標配合比確定各冷料倉的出料比例, 然后對熱料倉的集料進行單倉篩分, 確定生產(chǎn)配合比合成級配。在確定各單熱料倉的摻配比例時, 注意以word 格式整理專業(yè)資料參考下兩個問題 :(1) 生產(chǎn)配合比合成級配曲線盡量和目標配合比合成級配曲線一致

16、 , 特別是關鍵篩孔4.75mm 和 2.36mm 的通過率要相近;(2) 同時結合瀝青拌和樓的篩網(wǎng)和篩孔布置情況 , 各單熱料倉的摻配比率應協(xié)調 , 避免出現(xiàn)嚴重的溢料或等料現(xiàn)象 , 生產(chǎn)配合比設計結果見表 10、表 11、圖 2。表 10 集料篩分與合成級配SMA-13 集料篩分與合成級配篩孔尺寸 1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075摻配比例 %2#倉 10087.51710.40.20.20.20.20.2413#倉 100100946.30.40.30.30.30.30.3334#倉 10010010094.912.91.71.51.41.31.26

17、5#倉 10010010099.596.168.846.530.118.88.69礦粉 10010010010010010010098.593.481.811級配上限 1001007534262420161512級配下限 1009050201514121098級配中值1009562.52720.51916131210合成級配110094.964.028.120.717.515.513.712.210.0100 32國外建材科技2004年 第 25 卷 第 1期圖 2 SMA-13合成級配曲線圖表 11 SMA混合料試驗結果試驗項目技術要求試驗結果最佳油石比 %6.2纖維摻量 3.0馬歇爾試驗馬

18、歇爾試件擊實次數(shù)次雙面擊實50 雙面擊實50毛體積密度 (g · cm-3)2.541最大理論密度(g · cm-3)2.642空隙率 VV%343.8礦料間隙率VMA%>17.018.2粗集料骨架間隙率 (VCAmix) VCADRC(42.0)41.2 瀝青飽和度 VFA%758579.6穩(wěn)定度 kN 69.27word 格式整理專業(yè)資料參考謝倫堡瀝青析漏試驗% 0.10.05 、 0.08肯塔堡飛散試驗%159.5車轍試驗 ( 次· mm-1)>30005853、 6210浸水馬歇爾試驗%8090.0凍融劈裂殘留強度比% 8085.1構造深度mm

19、0.81.51.0滲水系數(shù) (mL· min-1)<20基本不滲水3.4 SMA 混合料的試拌和試鋪主要施工機械設備:(1) 瀝青拌和樓 1 套( 意大利瑪蓮尼 3000 型 )(2)50 裝載機 6 臺(3) 瀝青攤鋪機 ABG4231臺(4) 鋼輪壓路機 :CC5222 臺、 HD1102臺(5) 運輸車 (15t 以上 )25 臺通過試驗路段的試鋪 , 從瀝青拌和站到現(xiàn)場混合料的攤鋪碾壓 , 施工組織和整個施工工藝安排都很合理 , 經(jīng)對瀝青混合料和試驗路段的試驗檢測( 表12、表 13) 都能滿足相關技術指標要求 , 因而具備正式生產(chǎn)的條件。表 12 SMA混合料試驗結果

20、試驗項目技術要求試驗結果油石比 ( 燃燒法 )%6.25纖維摻量 3.0馬歇爾試驗馬歇爾試件擊實次數(shù)次雙面擊實50 雙面擊實50毛體積密度 (g · cm-3)2.538最大理論密度(g · cm-3)2.642空隙率 VV%343.9礦料間隙率VMA%>17.018.3粗集料骨架間隙率(VCAmix) VCADRC(42.0)41.2瀝青飽和度VFA%758578.5穩(wěn)定度 kN 68.07謝倫堡瀝青析漏試驗% 0.10.05 、 0.03word 格式整理專業(yè)資料參考肯塔堡飛散試驗%159.5車轍試驗 ( 次· mm-1)>30005953、 57

21、64浸水馬歇爾試驗%8087.0凍融劈裂殘留強度比% 8084.1表 13 試驗路段檢測結果樁號最大理論密度(g ·cm-3)毛體積密度(g ·cm-3)空隙率 VV%壓實度%構造深度滲水系數(shù)K377+490右幅 2.6502.5354.395.71.2基本不滲水K377+560右幅 2.6502.5304.595.51.0基本不滲水K377+785右幅 2.6502.5424.195.91.26基本不滲水注 : 壓實度是以真空法最大理論密度儀測得最大理論密度(gcm3) 來控制的 , 控制在 94%97%之間。松鋪系數(shù)為 1.19 。4 施工工藝的控制4.1 SMA 瀝青

22、混合料的拌和(1)SMA 瀝青混合料的拌和采用意大利瑪蓮尼3000 型間歇式拌和機, 產(chǎn)量 240260th 。(2) 絮狀木質素纖維穩(wěn)定劑采用機械利用風送式將纖維分散 , 再吹入拌和鍋里。拌和時間控制為干混合的拌和時間為 15s, 保證集料和木質素纖維充分混合 , 濕混合時間為 35s, 保證混合料拌和均勻。(3) 溫度控制 : 瀝青加熱溫度控制在 170左右 ; 集料的加熱溫度控制在 185195左右 , 且保證礦質集料的溫度在整個生產(chǎn)過程中保持基本恒定 ; 瀝青混合料的出場溫度控制在170185 , 派專人對瀝青混合料出場前的溫度檢測和加蓋帆布覆蓋。如發(fā)現(xiàn)溫度超過 195或花白等異?；旌?/p>

23、料給予廢棄。(4) 逐盤打印出混合料各熱料倉集料用量、瀝青用量和繪制油石比波動圖。4.2 SMA 瀝青混合料的運輸(1) 整個施工過程以攤鋪機為中心, 根據(jù)攤鋪機word 格式整理專業(yè)資料參考的工作情況決定運輸車輛的數(shù)量, 保證攤鋪機能連續(xù)均勻不間斷地鋪筑, 避免車輛過多, 而使 SMA瀝 33國外建材科技2004年 第 25 卷 第 1 期青混合料溫度降低。(2) 所有運輸車輛均采用帆布覆蓋。(3) 運料車在離攤鋪機 5080cm 左右時以空擋停車 , 使其由攤鋪機推動前進 , 嚴禁運料車撞擊攤鋪機 , 以確保攤鋪的平整度。4.3 SMA 瀝青混合料的攤鋪(1) 采用一臺拼裝寬度 10.5m

24、 的 ABG423型攤鋪機攤鋪。(2) 在攤鋪上面層時 , 攤鋪機安裝浮動式基準梁與熨平板的自動控制傳感器結合控制混合料的攤鋪標高和平整度。(3) 攤鋪機的攤鋪速度應與瀝青混合料拌和樓產(chǎn)量相協(xié)調 , 保證攤鋪機勻速不間斷攤鋪。(4) 攤鋪過程中 , 安排專人及時檢查鋪筑厚度和外觀質量 , 發(fā)現(xiàn)松鋪厚度不夠、局部離析、拖痕等問題及時趁高溫進行處理。4.4 SMA 瀝青混合料的壓實(1) 混合料的碾壓按初壓、復壓、終壓3 個階段進行 , 以“高溫、緊跟、高頻、低幅”為原則。(2) 用 2 臺 CC522雙鋼輪振動壓路機碾壓, 緊跟攤鋪機后由邊緣向中央分隔帶方向碾壓, 振動碾壓 4 遍 , 輪跡的重

25、疊寬度以20cm為宜。(3) 終壓采用 2 臺 HD110雙鋼輪壓路機靜壓 ,各 1 遍相鄰碾壓重疊 1312 碾壓輪寬度 , 消除輪跡 , 提高平整度。(4) 壓路機起步、剎車要緩慢 , 嚴禁在新攤鋪層上轉向、調頭或停機。(5) 溫度控制 : 初壓溫度 : 不低于 160 ; 復壓溫度 : 不低于 140130 ; 終壓溫度 : 不低于 120。5 現(xiàn)場成品路段的檢測:( 見表 14)表 14 成品路段檢測結果樁 號最大理論密度 (g · cm-3) 毛體積密度 (g · cm-3) 空隙率 VV%壓實度 %構造深度滲水系數(shù)word 格式整理專業(yè)資料參考K378+100右

26、幅 2.6502.5204.995.11.1基本不滲水K378+500右幅 2.6502.5304.595.51.07基本不滲水K379+200右幅 2.6482.5254.695.41.2基本不滲水K379+700右幅 2.6482.5234.795.31.15基本不滲水K380+900左幅 2.6522.5374.395.71.03基本不滲水K381+500左幅 2.6522.5424.895.21.0基本不滲水注 : 壓實度以真空法測得最大理論密度(gcm3) 來控制 , 現(xiàn)場壓實度控制在94%97%之間。為了減少對成品路段的破壞性檢測, 所有取芯地點勻在標線處, 并及時進行填補。6 結 語(1) 我國現(xiàn)行的改性瀝青技術標準公路改性瀝青路面施工技術規(guī)范 (JTJ036) 的改性瀝青分級主要以改性瀝青的針入度為依據(jù) , 而針入度只說明25時的稠度 , 不能代表其高溫和低溫特性, 這樣就有