成乐高速公路扩容项目SMA-13上面层施工质量控制研究
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作者:司特 罗永巍 钟盛燃 汤雄 雷俊
摘要：文章以成乐高速公路扩容项目的E2标段为依托，从原材料选用、配合比优化设计、施工温度控制、施工中的常见问题及处理方法等方面，研究其上面层SMA-13沥青混合料的施工质量控制要点。工程实践证明，采用一系列质量控制方法施工后，充分发挥了SMA-13沥青混合料的优点，达到了保证公路行车安全、延长公路运行寿命的目的。
关键词：SMA-13；沥青路面；上面层；施工质量控制
中图分类号：U416.217-A-32-099-3
0 引言
随着我国汽车产业和城市交通领域的蓬勃发展，大型车辆和重载车辆的数量呈逐年递增的趋势，沥青路面的早期病害问题（如车辙、泛油、推拥等）随之变得愈发严重。因此，沥青路面的施工以及质量控制措施的改进一直是研究人员关注的热点。而在道路品质控制中，上面层是影响道路品质最直观也是最主要的原因。由于SMA混合料具有独特的抗荷载和抗变形能力，因此被广泛用于修复路面车辙、推拥等病害［1］。SMA混合料具有间断级配，通过热拌热铺的方式，形成一种骨架密实型的沥青混合料［2］。SMA的结构主要由互相嵌挤的，并占有绝对优势的粗集料为骨架，再通过沥青玛蹄脂对所构成骨架的空隙进行充填稳定。基于SMA混合料所具备的优异的高温稳定性、低温断裂性、耐久、水稳定性以及抗滑等性能，SMA应用在高等级路面的上面层施工中具有天然的优势［3］。因此，本文依托成（成都）乐（乐山）高速公路改建扩容项目中E2标段的SMA-13上面层施工，根据SMA-13上面层施工特点，对原材料的选用、配合比的优化设计、施工温度的控制、沥青混合料的拌和、运输、摊铺以及碾压等施工质量控制要点进行详细探讨，最终使成乐高速公路工程的道路品质、使用寿命、行车的舒适性以及安全性方面得到明显的改善。
1 工程概况
成乐高速公路是连接成都市、眉山市及乐山市之间最为便利的快捷通道，同时也是连接成都双流机场与三市的关键快速通道。G0512线成都至乐山高速公路扩容建设项目E2标段的路面结构类型是：拼宽段为15 cm级配碎石垫层+25 cm底基层+25 cm基层+8 cm普通沥青ATB25+7 cm改性沥青ATB25+8 cm改性沥青AC20+4 cmSMA13；旧路面为旧路+5 cmAC20+4 cmSMA13。在实际施工过程中，由于建设时期的旧路标高与现有实际标高存在差异，因此均以拼宽段标高（新设计标高）为主，通过横向坡度反推控制旧路加铺标高。本文以成乐高速公路扩容项目的SMA-13上面层为研究对象，进行质量控制研究。
2 原材料的质量控制
2.1 聚合物SBS改性沥青
用于SMA-13上面层铺设所需的沥青结合料需要具有较高的黏度，以及与集料之间较好的粘附性，因此，本项目选用成品聚合物SBS改性沥青，其路用性能等级满足PG76-22。本项目聚合物SBS改性沥青试验结果如下：针入度（25 ℃，100 g，5 s）为55（0.1 mm），软化点为82.5 ℃，延度（5 ℃，5 cm/min）为33 cm，25 ℃相对密度为1.026，135 ℃布氏旋转黏度为2.00，闪点为264 ℃，溶解度为99.69%，25 ℃弹性恢复为97%，与粗集料粘附性等级为5级，旋转薄膜加热试验后质量变化为-0.085%，残留延度（5 ℃）为16 cm，残留针入度比（25 ℃）为76。结果表明，改性沥青各项试验项目指标对相关施工技术各项要求能够充分满足。
2.2 集料
粗集料作为SMA混合料的最主要成分，可以起到嵌挤、形成骨架的作用。本项目选用清洁、干燥、无风化、无杂质的玄武岩轧制碎石作为粗集料，并通过大功率的反冲击式多联碎石机进行加工处理（包括不少于两级的反击或冲击破碎）。选用新鲜、坚硬、洁净的硬质灰岩作为细集料，由专用机械设备生产加工的机制砂，除尘方式为布袋式除尘。选用石灰岩磨细后获得的干燥洁净的矿粉用作填料，且在生产过程中矿粉可从填料仓中自由排出［4］。从拌和机、碎石机等除尘工艺装置中回收的粉尘应予以废弃，严禁掺入填料中。矿粉须在室内储存，潮湿结块的矿粉禁止使用。此外，矿粉<0.075 mm的通过率应＞90%。
2.3 抗剥落剂
为提高沥青与集料间的粘结能力，以及提高沥青混合料的抗水损害能力，要求添加使用性能优良、耐热、耐水，且施工时便于应用的抗剥落剂，添加后沥青与集料颗粒之间的粘附等级不低于5级［5］。沥青中加入抗剥落剂后，应先在薄膜烘箱中加热96 h进行老化，再开始粘附性试验，此外，经过初期老化后的沥青混合料还须进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。
2.4 纤维稳定剂
相较于传统沥青混凝土，SMA具有较高的沥青用量和粗集料含量。路面的耐久性主要是由于SMA具有较高的沥青胶结料含量，而纤维稳定剂是SMA混合料另一个关键组分，其作用主要是确保SMA混合料在\输及摊铺过程中能保持高含量的沥青胶结料而不产生析漏［6］。在本工程中，选择掺入品质较好的絮状木质素纤维，要求其具有较强的沥青吸附能力以及施工分散性，且单独掺入的木质素纤维用量应≥0.3%。试验结果详见表1。
3 配合比设计
3.1 级配设计
针对成乐高速公路所处区域的地质条件、气候环境条件以及服务的对象，通过对路面所用材料进行科学的试验和分析，此工程SMA-13沥青混凝土的配合比情况为：10～15∶5～10∶3～5∶0～3∶矿粉=38∶36∶4∶12∶10，其中关键筛孔4.75 mm通过率26.8%左右，9.5 mm通过率59.6%左右，抗剥落剂为0.3％。
3.2 最佳油石比
根据目标配合比矿料设计结果，以目标配合比设计选定的最佳油石比5.8%为中值，取OAC±0.3%，即5.5%、5.8%、6.1%共三个油石比，分别制备马歇尔试件。试件成型后，静置过夜，采用表干法测定试件的毛体积相对密度，并据此计算马歇尔试件的空隙率、沥青饱和度等物理指标。试验结果详见表2。依据《公路沥青路面施工技术规范》（JI6F40-2004）以及期望的设计空隙率3%～4%，确定油石比为5.8%作为最佳油石比。
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4 施工温度控制
SMA改性沥青混凝土的施工温度控制在上面层施工过程中非常关键，在拌和、摊铺、碾压等施工环节中，温度很大程度上影响了沥青混合料的性能，而沥青混合料的性能又对路面品质产生了直接的影响［7］。对于改性沥青混合料，其成型温度相对普通改性沥青的控制普遍要高，但是过高的温度会致使沥青老化，因而实际温度控制应综合考虑当地的气候环境、施工温度、材料性质以及压实厚度等因素。SMA-13沥青混合料在本项目不同施工环节中的温度控制范围见表3。
5 SMA-13沥青混凝土上面层施工技术
5.1 沥青混合料的拌和
本工程使用MAC320（4000型）间歇式拌和设备完成沥青混合料的拌和工作，其控制室采用全自动化控制系统，能随时对SMA-13沥青混合料的配合比、拌和温度等相关参数进行显示和保存，采用变频电机对供料速率进行控制，并能够随着生产需要对物料输送流量进行适当调节。此外，料仓配有料位计，用于α喜帜诘拇⒘献纯鼋行实时测量，并配置控制器对测量参数进行分析与数据处理，利用补偿系统进行计量的精确管理。在拌料环节之前，应对拌和设备的各项性能进行检查，确保其处于正常的工作状态。对于不同类型的集料应分仓堆放，并做好必要的防雨措施。SMA-13的放料顺序为先加集料、矿粉进行干拌，而后添加沥青、纤维进行湿拌，其中干拌时间为13 s，湿拌时间为28 s，整个周期大约为65 s左右，沥青混合料应拌和均匀一致、颜色正常、无结团块或严重的离析等现象，不符合技术要求的沥青混凝土禁止出场。
5.2 沥青混合料的运输与摊铺
本工程选用18辆车况良好、大吨位自卸车进行SMA-13混合料的运送。运输车辆均以保温棉被覆盖，并配置有保温隔层，以免较多的热量散失。运输车的内部需喷洒适量油水混合物薄层，以防较多沥青混合料粘附在车内。在面层施工的过程中要保证摊铺机能连续摊铺，因此，摊铺机前方至少需要3辆料车等待卸料。本工程采用中大摊铺机 Power DT2360进行SMA-13沥青混合料的全幅摊铺作业，其摊铺宽度可达19 m，整机质量为41.5 t。区别于传统的摊铺机形式，中大摊铺机两侧有液压伸缩装置，有利于施工过程中及时调整摊铺宽度；接料斗设计更加宽大，且设有液压伸缩油缸，可极大地减少混合料的洒落现象；采用大生产率螺旋，且具备二次搅拌功能，使摊铺路面离析情况大大减少［8］。
5.3 沥青混合料的碾压
沥青混合料摊铺后需要压路机及时碾压。在此工程设计中，共使用6台悍马双钢轮压路机和2台宝马格双钢轮压路机，进行“3-3-1”的初压、复压、终压的组合碾压方式。其中初压在摊铺之后立即进行（高温碾压），碾压速度为2～3 km/h，用双钢轮压路机静压1遍；复压碾压速度为2.5～4.5 km/h，用双钢轮压路机高频低幅振压3遍；终压碾压速度为2.5～4 km/h，采用1台钢轮压路机静压1～2遍，局部轮迹明显处采用高频低幅振压，直至消除轮迹。本工程采用激光平整度仪进行平整度检测，检测数据如表4所示。此外，路检结果显示路面压实度为100.2％，构造深度为1.2 mm，渗水系数为30 ml/min，均符合设计标准要求。
6 施工中的常见问题以及处理办法
6.1 路面渗水
沥青路面渗水主要是由于在路面内部构造中有连通的孔隙出现，形成若干“连通器”，外界水流可以从某个入口进入，从另外几个出口流出，从而使路面出现水损害。通常，根据孔隙的走向，可以将路面的渗水情况分为三种，即上下连通式、水平方向以及复合式的渗水［9］。由本项目中出现路面渗水的部位发现，从四周涌流的水只存在一小部分，大多数还是以上下连通式的渗水方式涌流进下一个结构层。
这种现象的出现可能与摊铺过程中Power DT2360中大摊铺机的摊铺宽度太宽导致的温度离析有关，为解决此问题，可以减少摊铺机布料器宽度、在摊铺机的反向螺旋处加个罩子以减少温度散失，并在路面撒布乳化沥青。此外，为了进一步解决SMA路面渗水、剥落等问题，除了对沥青混合料的级配进行严格把控之外，还须严格控制结构层的压实度和空隙率，在本工程中空隙率控制范围为4%～6%。
6.2 油斑
SMA路面通车后出现油斑也是常见的病害，这主要是由于纤维没有充分分散，导致沥青分布不均匀，经过一段时间的行车碾压，沥青集中在一起的油斑病害就会出现［10］。本项目为了解决油斑问题，选择配置有标准计量装置的间歇式拌和机，同时保证储藏期间纤维保持干燥，不受潮成团；对沥青混合料的实际用量进行核实验证，必要时会适当降低油石比；对纤维数量进行核实验证，检查是否存在漏加或少加的现象，并及时调整。对于摊铺中已经存在的油斑，及时铲除并用热料进行填补，而对于碾压中已经存在的油斑，则及时进行机制砂补撒。
7 结语
本文依托成乐高速公路扩容工程项目，着重研究了改性沥青SMA-13上面层施工关键技术以及常见病害。从施工原材料、配合比、混合料摊铺及碾压等方面控制施工质量，有效保证了SMA-13沥青混合料的优点得到充分发挥，最终达到保证公路行车安全，延长公路运行寿命的目的。
参考文献
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作者简介：
司 特（1995―），硕士，研究方向：道路工程。
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