18 瀝青瑪蹄脂(SMA)路面施工工法

PAGE1-瀝青瑪蹄脂（SMA）路面施工工法GGG（京）B4018-2008張宏建汪華朱富奎曹程王晉（安通建設有限公司新疆昆侖路港工程公司）1前言安徽省高速公路的建設在2000年以前均以水泥砼路面為主，但隨著早期建設的水泥路面大中修期的到來，給高速公路的維修帶來了極大的不便，艱難的維修工作同時嚴重的影響著行車的安全性和舒適性，為改變這種被動局面的循環(huán)再現(xiàn)，省高管局出臺了高速公路黑色化的決策，此決策也得到了交通部的大力支持，2000年10月安徽省第一條瀝青砼路面,合徐高速公路南段建成通車，隨后，省高管局又提出了在合（肥）安（慶）高速公路路面08標（安慶連接線）鋪筑長24.4km2工法特點2.1本工法采用間歇式瀝青混合料拌和樓集中拌和、大噸位自卸車運輸、履帶式瀝青混合料攤鋪機進行攤鋪、雙鋼輪振動壓路機高溫碾壓成型的機械化流水作業(yè)方法，其中拌和時采用專用纖維穩(wěn)定劑投料裝置直接將木質(zhì)素纖維自動投放，攤鋪時采用非接觸式平衡梁自動找平。

2.2本工法是多年來在SMA路面的施工實踐中總結出的成熟施工方案和施工工藝的基礎上，逐步優(yōu)化而成，可操作性強。2.3由于SMA路面施工工藝要求較高，與其它間斷級配混合料一樣，它對施工因素的敏感性較強，極易造成質(zhì)量波動、局部泛油、油斑、透水等，施工人員必須經(jīng)全員培訓掌握SMA路面特性及本工法后，才能上崗。2.4SMA路面對原材料及機械設備的性能要求高，由于混合料生產(chǎn)時各料倉間不平衡、礦粉投放時間加長，以及拌和時間增加（較普通瀝青砼長10～15S），產(chǎn)量降低比較明顯，因此，必須配備每小時產(chǎn)量達220噸以上的拌和設備。

2.5由于SMA混合料為間斷級配，粗集料粒徑單一、量多，細集料很少，礦粉用量大，且使用改性瀝青，因而SMA路面施工時應充分考慮其瀝青瑪蹄脂的粘性大及工序間的互動性強引起的施工難度。

2.6本工法受氣候條件影響明顯，適宜在高溫季節(jié)施工，施工階段的各道工序均在高溫（較普通瀝青砼高10～20℃）狀態(tài)下進行。3適用范圍本工法適用于高速公路、一、二級公路和機場跑道、城市道路、鋼橋橋面等SMA路面施工。4工藝原理4.1瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是一種以瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料。瀝青瑪蹄脂碎石混合料的組成特征主要包括兩個方面：①含量較多的粗集料互相嵌鎖組成高穩(wěn)定性、抗變形能力強的結構骨架；②細集料礦粉、瀝青和纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂將骨架膠結在一起，并填充骨架空隙，使混合料有較好的柔性及耐久性。SMA的結構組成可概括為“三多一少，即：粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少”。具體講：①SMA是一種間斷級配的瀝青混合料，5mm以上的粗集料比例高達70%～80%，礦粉用量達7%～13%，（“粉膠比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的間斷級配，很少使用細集料；②為加入較多瀝青，一方面增加礦粉的用量，同時使用纖維作為穩(wěn)定劑；③瀝青用量較多，高達6.0%～6.5%，粘結性要求高，并希望選用針入度小、軟化點高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青（最好采用改性瀝青）。所以，瀝青瑪蹄脂碎石混合料的強度是依靠粗集料在瀝青混合料中的骨架嵌擠作用和瀝青瑪蹄脂膠結料的粘結裹覆作用形成的，因而它更具有很好的耐久性、抗高溫穩(wěn)定性、抗低溫開裂性、抗滑性及較好的排水性能。4.2合安路面08標使用的基質(zhì)瀝青系進口殼牌AH-70號重交道路石油瀝青，改性劑采用SBS（笨乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段物），SBS為湖北燕化公司“國創(chuàng)一號”星型，劑量5%，由北京國創(chuàng)改性瀝青有限公司的LG-8型煉磨式改性設備在拌和廠現(xiàn)場改性，該設備分加工車和儲存車兩部分，加工車首尾通過管道分別與基質(zhì)瀝青儲存罐和改性瀝青發(fā)育儲存罐連接，改性劑SBS經(jīng)計量裝置稱量后進入改性車，經(jīng)高速剪切和多次膠體磨之后泵入改性瀝青發(fā)育儲存車，發(fā)育儲存罐直接與拌和樓瀝青計量罐相連，目前所用改性瀝青均可直接使用成品改性瀝青。5施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程（圖5.1）5.2操作要點5.2.1認真進行材料調(diào)查，準確掌握各種材料的性能、價格、運距等方面的信息，在材料進場前后都要抽樣送檢，在確保各項指標都合格運輸瀝青、各種規(guī)格料、礦粉至拌和場瀝青、骨料、礦粉各種檢測配合比試配試拌瀝青拌合料全面檢驗瀝青混合料運達工地待卸運輸瀝青、各種規(guī)格料、礦粉至拌和場瀝青、骨料、礦粉各種檢測配合比試配試拌瀝青拌合料全面檢驗瀝青混合料運達工地待卸檢測瀝青混合料溫度和離析情況運料車向攤鋪機卸料攤鋪機攤鋪輕型鋼輪壓路機初壓振動壓路機復壓終壓成型各種檢測測量放樣澆灑透層油或灑粘層油設置基準線拌合個別不合格瀝青拌合料定期檢驗個別不合格后才能大批量進場和使用，且經(jīng)選擇的材料在施工過程中應保持穩(wěn)定，不得隨意變更。5.2.2施工前對各種施工機具應作全面檢查，并經(jīng)調(diào)試證明處于性能良好狀態(tài)，機械數(shù)量足夠，施工能力配套，重要機械宜有備用設備5.2.3SMA混合料的配比設計應根據(jù)實踐經(jīng)驗和馬歇爾試驗的結果，經(jīng)過試拌，鋪筑實驗段論證確定，一般要經(jīng)過三個階段：目標配合比設計階段、生產(chǎn)配合比設計階段、生產(chǎn)配合比驗證階段；經(jīng)設計確定的標準配合比在施工過程中不得隨意變更。合安高速公路SMA混合料的配比設計圖5.2.3-1SMA混合料級配（目標配合比設計）5.2.4SMA混合料必須在瀝青拌和廠采用間歇式拌和機械拌制，瀝青混合料拌和時間以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結合料為度，并經(jīng)試拌確定；拌和廠的瀝青混合料應均勻一致、無花白料、無結團成塊或嚴重的粗細分離現(xiàn)象，不符合要求時不得使用，并應及時調(diào)整；按試驗段確定的配合比生產(chǎn)且不斷進行跟蹤檢測，改性瀝青混合料宜隨拌隨用，若因生產(chǎn)或其它原因需短時間儲存時，時間不得超過24h。5.2.5木質(zhì)素纖維的添加應使用自動控制的纖維投入設備，管道接至熱料倉觀察孔處，該設備具有較精確的計量控制系統(tǒng)，添加過程為全圖5.3SMA混合料級配（生產(chǎn)配合比級配）自動控制，纖維與瀝青同時噴入，試驗過程中證明，纖維不會被拌合機內(nèi)的真空吸塵裝置吸走，能夠保證按設定劑量添加，觀察表明，纖維在混合料中分散十分均勻，無團塊。鋪筑的每一天應根據(jù)實際使用的木質(zhì)素纖維和SMA混合料產(chǎn)量進行校核。5.2.6SMA混合料的運輸應采用較大噸位的自卸汽車，應與攤鋪機的數(shù)量、攤鋪能力、運輸距離相適應，在攤鋪機前應形成一個不間斷的供料車流，運料車應用蓬布覆蓋，用以保溫、防雨、防污染。5.2.7鋪筑SMA混合料前，應檢查確認下層的質(zhì)量、標高及幾何尺寸等，合格后方可進行施工作業(yè)；瀝青混合料必須緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地攤鋪，同時配以人工找補，攤鋪速度應符合2～6m/min的要求5.2.7SMA混合料的壓實應按初壓、復壓、終壓（包括成型）三個階段進行，壓路機應以緩慢而均勻的速度碾壓，初壓應在較高溫度下進行，不得產(chǎn)生推移、發(fā)裂，壓實溫度應滿足規(guī)范要求，壓路機應從外側(cè)向中心碾壓，壓路機的碾壓速度應與攤鋪速度平衡，碾壓遍數(shù)及輪跡重疊寬度應符合規(guī)范要求。應該注意的是，SMA路面碾壓不能使用膠輪壓路機，應采用全鋼輪壓路機碾壓5.2.85.2.9SMA改性瀝青砼應保持連續(xù)、均勻、不間斷的攤鋪；壓實應在攤鋪以后緊接著進行，不得等混合料冷卻以后碾壓，在初壓和復壓過程中，宜采用同類壓路機并列成梯隊壓實，不宜采用首尾相接的縱列方式；振動壓路機碾壓時輪跡重疊不超過205.2.10當采用二臺攤鋪機成梯隊作業(yè)時，縱縫應采用熱接縫，兩臺攤鋪機相距宜為10～206材料與設備6.1主要材料統(tǒng)計表6.1.1粗細集料：粗細集料均采用強度高、耐磨性好的玄武巖，碎石加工宜采用反擊式破碎機自行加工，小于0.075mm部分要基本除盡。碎石加工質(zhì)量要嚴格控制，礦粉必須使用強基性石灰?guī)r磨細的石灰石粉，細度、親水系數(shù)必須6.2主要施工機械（表6.2）主要施工機械表表6.2機械名稱型號規(guī)格額定功率（KW）或容量m3噸位(t)廠牌及出廠時間數(shù)量(臺)瀝青混合料拌和樓LB300220t/h19991攤鋪機ABG-42312.5m19992攤鋪機ABG-42312.5m20001壓路機DD11012t19993壓路機HD11012t19991壓路機CC52212t19991瀝青灑布車東風牌19981油罐車HQG110099kw19971電子磅秤SCS8080t19991發(fā)電機小松牌400kw19991裝載機ZL503m19964挖掘機PC220-5C1.0m19931灑水車WX-1404.5t19991壓路機CA25S25t19981自卸汽車XZJ527015t199920路面洗刨機Wirtgen1900DC297kw200016.3材料試驗、質(zhì)檢儀器設備（表6.3）材料試驗、質(zhì)檢儀器設備表表6.3序號儀器設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注01全站儀（賓德）PTS－V2臺102水準儀DZS3－1臺203三米直尺把104電子秤4000g臺105電烘干爐101－1型個106托盤天平2000g臺107彎沉儀3.6m套208干燥器個109臺秤10kg臺110取樣盤（大、中、小）個各1511電子秤MA110g臺112石子標準篩2.5～100mm套113砂子標準篩0.16－5mm套114針片狀規(guī)準儀套115馬歇爾試驗儀臺116瀝青抽提儀臺117控溫瀝青拌和機臺118馬歇爾脫模器臺119恒溫水槽（六孔）LSY個120電烘箱101－A2型個121全自動數(shù)顯瀝青針入度儀LZ－S臺122瀝青針入度儀臺123瀝青延度試驗儀臺124瀝青軟化點試驗儀個125擺式磨擦系數(shù)儀臺126平整密度儀臺127鉆芯取樣機75～100臺128瀝青馬歇爾穩(wěn)定度試模個129瀝青礦料方孔篩0.075～37.5mm套230瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱XH－85臺131路面平整度測定儀ZJ－79臺132謝倫堡瀝青析漏儀臺133肯塔堡瀝青飛散試驗儀臺17質(zhì)量控制各工序針對工藝特點參照有關規(guī)定，除制定明確的質(zhì)量標準和檢查記錄表格，執(zhí)行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTGF40-2004）和《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTJ071-2004）等有關規(guī)定。7.1改性瀝青對SMA路面的貢獻率很高，它的質(zhì)量直接關系著SMA路面的耐久性。施工中對改性瀝青的質(zhì)量控制主要從：改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性，改性劑SBS的出廠質(zhì)量，添加精度，SBS的剪切顆粒大小與基質(zhì)瀝青的膠磨次數(shù)，改性瀝青的軟化點、延度、針入度、薄膜加熱等指標的檢驗，對三大指標的檢驗要每日隨機多次抽檢，在施工中，現(xiàn)場試驗員用玻璃棒在白紙板上刮拉直觀檢測改性瀝青的加工質(zhì)量，對于及時發(fā)現(xiàn)問題會收到很好的效果?；|(zhì)瀝青進入改性設備的溫度應控制在170℃～175℃（不超過175℃），改性后的瀝青溫度控制在175～180℃（不超過180℃），改性瀝青應根據(jù)當前的混合料產(chǎn)量生產(chǎn)，儲存時間不宜超過24小時，在儲存時為防止離析，要不停的攪拌。試驗路鋪筑過程中基質(zhì)瀝青、改性瀝青試驗檢測結果見表7.1，改性瀝青的質(zhì)量控制情況如圖7.1?；|(zhì)瀝青及改性瀝青檢測結果表7.1技術指標I-D級改性瀝青技術指標改性瀝青試驗結果基質(zhì)瀝青試驗結果針入度25C100g5S(0.1mm)大于等于505364延度5C,5cm\min大于等于3040180軟化點（環(huán)球法）大于等于707546彈性恢復25C大于等于9096密度實測1.01.02圖7.1改性瀝青的質(zhì)量控制7.2SMA路面碾壓控制，以往有過教訓，SMA路面壓實遍數(shù)少，害怕過碾壓造成瑪蹄脂上浮，產(chǎn)生油斑，主要是配合比設計時空隙率靠油填充，4.75mm的通過量過大，因而壓路機少振動或不振動就可達到規(guī)定的壓實度和路面空隙率，但通車后在重載交通的作用下，空隙率很快地減小，出現(xiàn)了車轍和泛油現(xiàn)象，這是SMA混合料配合比控制的誤區(qū)，SMA混合料必須適當降低油石比，增加粗集料用量，減小4.75mm通過率，增大壓實功，使通車后路面空隙率減小較慢，提高抗車轍能力。7.3配合比的質(zhì)量控制，在配合比設計時雖然由于油石比小造成馬歇爾空隙率和飽和度指標不滿足要求，但主要還是應以成型路面的實測指標為依據(jù)，通過增大壓實功來降低路面空隙率，保證大噸位的振動壓路機強振不推移且有足夠的構造深度而不滲水，這是成功控制SMA混合料配合比的關鍵所在。7.4SMA混合料的質(zhì)量檢測施工的每一天均要進行室內(nèi)馬歇爾試驗，謝論堡析漏試驗，抽提試驗和體積指標檢驗，確保VCAmin(最小骨架間隙率)小于VCADRC(粗集料骨架間隙率)實現(xiàn)石－石嵌擠結構。在配合比設計階段還要進行肯它堡飛散試驗，車轍試驗，水穩(wěn)定性檢驗，對施工結束后的路面應進行鉆芯試驗，檢測現(xiàn)場壓實度和現(xiàn)場空隙率，確?，F(xiàn)場空隙率小于6.0%。因SMA混合料中有木質(zhì)素纖維，不宜使用燃燒爐測試SMA的油石比。試驗室從拌合站取樣，在165℃擊實溫度下，以上下面各擊實50次制作馬歇爾試件，抽提試驗（最佳油石比6.2%）及礦料級配篩分結果（平均值）見表7.4-1。在試驗路鋪筑前的線外試鋪時，使用了三種油石比進行了試鋪，選定6.2%為最佳油石比，馬歇爾試驗結果見表7.4-2。SMA粗集料間隙率VCADRC=42.5%(VCAmin分別為37.6、37.2、37.3)混合料油石比通過下列篩孔（mm)的百分率（%）名稱（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075SMA-166.23%10098.680.658.126.818.415.8141311.99.2混合料抽提及礦料級配篩分結果（平均值）表7.4-1油石比（%）粗集料合成毛體積相對密度合成集料的毛體積相對密度瀝青混合料最大理論相對密度空隙率%瀝青礦料穩(wěn)定度KN流值0.1mm飽和度（%）間隙率（%）62.4682.3564.574.717.98.6729.26.12.7012.7062.4642.3584.376.117.99.2930.26.22.4612.3634.077.717.812.7932.3規(guī)范值//計算法求得實測3-475-85>16.5>6.520-50SMA-16馬歇爾試驗結果表7.4-28安全措施8.1建立安全保證體系，由項目經(jīng)理部設安全領導小組，各級生產(chǎn)機構配齊專職安全員，實行崗位責任制，把安全生產(chǎn)納入競爭機制，納入承包內(nèi)容，逐級簽訂包保責任書。明確分工，責任到人，獎罰分明，作到齊抓共管。抓管理，抓制度，抓隊伍素質(zhì)，盯住現(xiàn)場，跟班作業(yè)，抓住關鍵，超前預防。8.2把職業(yè)健康安全管理體系落到實處，通過定期召開安全生產(chǎn)工作會議、廣泛組織工地夜校和工前教育、要求專業(yè)崗位人員持證上崗等有效措施，使安全管理程序化、規(guī)范化、制度化，從而進一步提高全員的安全生產(chǎn)意識，使大家能自覺遵守各項安全生產(chǎn)法令和規(guī)章制度。8.3施工現(xiàn)場做到布局合理，施工規(guī)范，防范嚴密，工地做到管線齊全，燈明路平；標志醒目，防護設施齊全；在施工現(xiàn)場懸掛有關施工安全標語，設立醒目警示牌，高空作業(yè)配戴安全帽，安全帶，配置安全網(wǎng)。機械施工時設專人現(xiàn)場調(diào)度，確定合理的車輛機械行走線路。并設立明顯安全標志。8.4做好交通疏導、管理工作8.4.1路面施工經(jīng)常會遇到路段半幅分段封閉、半幅正常通車情況，因此要充分做好交通疏導管理工作。要在封閉段前后2008.4.2施工人員應在施工作業(yè)段內(nèi)活動，不得隨意橫穿車輛行駛車道，以確保人員安全。8.4.38.4.48.4.58.4.6施工中注意保護好防汛設施，不損壞沿線排水系統(tǒng),不因施工而削弱河流、堰塘、堤壩的抗汛能力，并注意疏通河道溝渠，不削減過水斷面，確保水流暢通。汛期到來前將施工機械設備、材料物資轉(zhuǎn)移到高處，并晝夜巡查，發(fā)現(xiàn)險情迅速消除。8.4.7做好季節(jié)性勞動保障：根據(jù)季節(jié)變化夏季作好防暑降溫工作，配齊防暑勞保用品，備足防暑藥品。冬季作好防寒工作，配齊保暖設施，備足取暖的材料，并注意防止煤氣中毒。9環(huán)保措施在施工中，堅持國家有關環(huán)境保護政策，以預防為主。積極同當?shù)丨h(huán)保部門配合，加強本單位的環(huán)保宣傳教育，增強施工人員的環(huán)保意識。發(fā)動群眾，調(diào)動一切積極因素，切實做好施工期內(nèi)的環(huán)保工作。9.1建立健全環(huán)保體系9.1.19.1.2嚴格執(zhí)行當?shù)噩F(xiàn)行的環(huán)保條例和排污管理辦法的有關規(guī)定。9.1.3根據(jù)支隊制定的環(huán)境管理體系，分析和識別路面施工各工序?qū)χ車h(huán)境的影響程度，進行有效的治理與預防9.1.4積極主動與沿線群眾溝通，聽取群眾的合理建議，不斷改進施工方法。9.2施工各環(huán)節(jié)中的環(huán)保措施9.2.19.2.2保護農(nóng)田排灌系統(tǒng)設施，不得隨意將農(nóng)田灌溉溝渠作為工程水源，應與地方群眾協(xié)商處理。9.2.39.2.49.2.5加強施工便道維修，施工便道保持暢通整潔，經(jīng)常灑水，保持濕潤，減少揚塵。對利用原鄉(xiāng)村道路的地段，我部會實施定期養(yǎng)護，對破壞嚴重的地段，采取提高路面等級的方法給予無償修筑，保證當?shù)厝罕姷慕煌ǚ奖恪１M可能改善工藝措施，選擇優(yōu)良設備，要盡量減少噪音；路線距離村莊較近處應加強對施工噪聲的控制。在夜間及居民休息時間，學校上課時間盡量避免作業(yè)，對噪聲較大的施工機械采取安裝消聲器的方法降低其噪音污染。9.2.69.3按照設計要求認真做好環(huán)保綠化工作。永久用地范圍內(nèi)裸露地表用植被覆蓋。臨時用地使用完后，要恢復原場地，便于群眾復墾，對群眾有困難修筑的灌溉、便道等工程可安排我部相應的機械設備加班無償援助。9.4在工程施工中和完工后，對破壞的環(huán)境要及時整治，防止水土流失和適時進行植被恢復，接受各級環(huán)保部門對本工程環(huán)境保護工作的日常監(jiān)督管理。10資源節(jié)約瀝青瑪蹄脂技術是近年來隨著對資源及環(huán)境保護的重視而發(fā)展起來的，它采用改性瀝青、木質(zhì)纖維，與傳統(tǒng)的技術相比，具有強度高、抗磨損、低噪音、防滑等優(yōu)勢。從道路結構設施的性能指數(shù)分析來看，過于重視一次性投資，而忽視了其耐久性，造成了道路結構設施早期損壞現(xiàn)象嚴重，浪費了大量的資金用來養(yǎng)護和維修，影響了城市的發(fā)展。因此，在新建與改建的道路結構設施中，應盡力采用新材料、新工藝，提高其耐久性。瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是一種路用性能好，耐久性高的瀝青路面。它是一種由瀝青、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集料骨架間隙組成一體的瀝青混合料，應該進一步研究并大力推廣應用。在道路建設發(fā)展的同時，由于道路里程逐年增加，由此對路面維修養(yǎng)護的需求也日益提高，同時也隨著維修養(yǎng)護工程而產(chǎn)生大量的瀝青路面廢料，所以對路面廢料的再生利用應進一步開展，可提高效益、節(jié)約能源、減少廢物；我國大部分城市的道路設施的早期損壞現(xiàn)象嚴重，因此加強研究道路橋梁各類病害的預防和治理的新工法，選擇SMA混合料對加強城市橋梁的維修養(yǎng)護、及時治理病害，延長道路結構設施的使用壽命，以及對城市的可持續(xù)發(fā)展都會產(chǎn)生影響。11效益分析11.1該工法與相似類型瀝青路面相比具有以下優(yōu)勢和經(jīng)濟效益：①抗滑耐磨，具有良好的抗疲勞和抗車轍性能；②提高路面的抗拉與結合強度；③延長路面使用壽命，減少養(yǎng)護費用；④降低噪音、符合環(huán)保要求；⑤具有良好的排水性。而且SMA路面較一般瀝青路面黑亮，表面觀感較好，符合景觀大道對外觀的要求。同時從路面使用全壽命周期的綜合效益評價來看，SMA路面雖然初期投資較高，但使用壽命延長，養(yǎng)護費用減少，使用質(zhì)量較高，社會效益較好。11.2SMA混合料的優(yōu)越性SMA屬簡斷級配，大于4.75mm的碎石用量一般在70~75%左右，SMA屬石石嵌擠結構，不同于AC型的懸浮結構，在SMA的施工中，混合料的松鋪系數(shù)一般在1.02~1.05之間，碾壓過程中可以發(fā)現(xiàn)，SMA混合料在初壓時即沒有輪跡，在高溫狀態(tài)下用振動壓路機碾壓而不產(chǎn)生推擁（這也是判斷混合料是不是SMA的直觀標準），碾壓成型后表面有足夠的構造深度又基本