SMA瀝青路面的應(yīng)用與施工質(zhì)量的控制

1、SMA瀝青路面的應(yīng)用及施工質(zhì)量的控制四川星級建設(shè)集團(tuán)有限公司曹小平摘要： SMA瀝青混合料因其具有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等良好性能，90年代末期開始應(yīng)用于我國高等級公路瀝青路面。 本文主要論述了SMA瀝青混合料比普通混凝土在高溫抗車轍、低溫抗裂、水穩(wěn)定性等路用性能上的明顯優(yōu)勢，以及其施工質(zhì)量的影響因素和控制、經(jīng)濟(jì)效益等。關(guān)鍵詞： SMA、性能、施工、效益1 .緒論改革開放以來的30年是我國道路發(fā)展速度最快、規(guī)模最大、最具活力的時(shí)期。 高速公路從無到有，道路的展望面積大幅度提高了。 特別是1998年以來，黨中央和國務(wù)院把加快包括道路在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為擴(kuò)大內(nèi)需的重點(diǎn)，國家每年投入大量

2、資金進(jìn)行道路建設(shè)，高水平道路迅速發(fā)展。公路路面按力學(xué)特征分為剛性路面(如水泥混凝土路面)和柔性路面(瀝青路面)的普通瀝青路面較混凝土路面在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性、成本方面優(yōu)于瀝青路面。 但是，水泥混凝土路面有致命的缺點(diǎn)，車的噪音太大，城市里容易給人們添麻煩。 成都三環(huán)路開通以來車流量一直很大，道路修好便利了大家的移動(dòng)，但周圍居民的一個(gè)最大不滿是噪音太大，出現(xiàn)了嚴(yán)重的擾民情況。 據(jù)當(dāng)?shù)亟还懿块T介紹，今年內(nèi)將對三環(huán)進(jìn)行全面改造，修補(bǔ)部分損壞的路基，為減少噪音在路面鋪設(shè)瀝青。 周圍的居民聽到這個(gè)消息后松了一口氣：“這樣，終于能安眠了。” 可以看出混凝土路面的這個(gè)缺點(diǎn)對人們的影響有多大。此外，水泥混凝土

3、路面修復(fù)困難，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長。 成渝高速公路是成都第一條高速公路。 公路路線四川盆地心腹地帶連接成都、內(nèi)江、重慶三個(gè)工業(yè)城市，路線十四兄縣(市)區(qū)在成都與外界的交流中發(fā)揮了重要作用。 由于這條路交通量大，路面破壞相當(dāng)嚴(yán)重，常年進(jìn)行維修。 由于混凝土路面的整修比瀝青路面慢得多，整修時(shí)間長，因此在成渝中發(fā)生高速堵塞并不少見。 這是因?yàn)榛炷谅访娴木S修時(shí)間長。從目前的社會形式來看，擁有汽車的人數(shù)越來越多，對道路的要求也越來越高，但混凝土路面的這些缺點(diǎn)是人們最不能容忍的。 反觀瀝青路面可以彌補(bǔ)這幾個(gè)缺點(diǎn)，施工快，養(yǎng)護(hù)快。 但是，一般的瀝青路面也存在很多不足。 成本幾乎是混凝土路面的兩倍，而且耐水性差，溫度

4、穩(wěn)定性差，冬天的低溫條件下容易脆裂，夏天的高溫條件下容易形成軟化的車轍。 這些缺點(diǎn)阻礙了瀝青路面的全面推廣和使用。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，道路建設(shè)也迅速發(fā)展，新技術(shù)、新材料也陸續(xù)出現(xiàn)。 瀝青馬蹄脂碎石混合料(SMA )是近代國際上出現(xiàn)的一種非常引人注目的新型混合料，是一種自密實(shí)型嵌壓梯度瀝青混凝土，由于其良好的高溫穩(wěn)定性、防滑性、低噪聲、耐久性等優(yōu)點(diǎn)，在公路建設(shè)中應(yīng)用越來越廣泛。 特別是在重交通道路和機(jī)場等。隨著對這種新材料的多年研究實(shí)驗(yàn)，取得了一些成果，在許多工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。 同時(shí)我國也制定了道路瀝青馬蹄脂碎石路面技術(shù)指南，在公路瀝青路面施工規(guī)范和公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中結(jié)合

5、了SMA技術(shù)，使得SMA技術(shù)不再是一種疏遠(yuǎn)的技術(shù)。 但有趣的是，SMA路面剛在我國開始，許多問題還需要研究，還需要實(shí)踐調(diào)整。 我國制定的公路瀝青馬蹄脂碎石路面技術(shù)指南在礦質(zhì)傾斜、瀝青用量、設(shè)置修訂指南等多方面也主要參考國外有關(guān)規(guī)范制定。 我國的氣候和交通條件與歐美不同，而且由于SMA的生產(chǎn)施工技術(shù)不夠成熟，很難保證其施工質(zhì)量，仍有許多學(xué)者、工作人員不懈地努力探索研究。2. SMA概述2.1 SMA的組成結(jié)構(gòu)特征SMA是瀝青纖維穩(wěn)定劑礦粉和少量細(xì)骨料組成的瀝青馬蹄脂填充斷續(xù)傾斜的粗骨料骨架間隙而成的瀝青混合物。 其最顯著的特征是，相對于通常的瀝青混合土中石材呈懸浮狀的結(jié)構(gòu)，SMA中的粗骨料相互嵌

6、合，形成受力骨架的瀝青礦粉纖維和由一部分細(xì)骨料制成的馬蹄脂用于填充骨架間的間隙，在石材表面形成厚的油膜被復(fù)層SMA的配置具有以下特點(diǎn)2.1.1粗骨料、礦粉用量多，細(xì)骨料用量少。 SMA是斷續(xù)傾斜的瀝青混合物，粗骨料粒子(4.75mm或2.36mm )的比例占一半以上，礦粉的使用量從10%達(dá)到12%，一般0.075mm的通過率達(dá)到10%。 由此形成的斷續(xù)傾斜，很少使用細(xì)骨料。2.1.2瀝青結(jié)合材料使用量大。 我國瀝青使用量由5.5%提高到7.5%，改性瀝青使用量略高。 瀝青宜選用粘性要求高、針入度小、軟化點(diǎn)高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青。 為了提高低溫變形性能及與礦物質(zhì)的粘接力，優(yōu)選使用改性瀝青。2.1

7、.3混合纖維。 由于SMA的瀝青使用量很多，通常需要配合穩(wěn)定劑和特殊的配合劑來防止瀝青流失，吸附多才多藝的瀝青。 一般使用礦物纖維和木質(zhì)纖維，但是今年為了環(huán)保，盡量采用木質(zhì)纖維。因此，SMA的特點(diǎn)可歸納為“三多一少”:粗骨料多、礦粉多、瀝青多、細(xì)骨料少、纖維配合，SMA對原材料要求高、組成結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、施工技術(shù)要求高。2.2.1高溫耐轍性在高溫條件下，瀝青砂漿的粘度變小，抗變形能力急劇下降，容易產(chǎn)生永久變形，引起車轍和擠壓等。 SMA的組成中，粗骨料骨架占70%以上，混合物中的粗骨料之間的接觸面多，細(xì)骨料少，馬蹄脂部分僅填充粗骨料之間的空隙，交通負(fù)荷主要承受粗骨料骨架，由于粗骨料之間的良好嵌入作用

8、，瀝青混合物產(chǎn)生非常優(yōu)異的抵抗負(fù)荷變形的能力，即使在高溫條件下馬蹄脂的2.2.2低溫耐裂性低溫條件下，抗裂性能主要取決于結(jié)合材料的拉伸性能。 由于SMA的骨料之間填充了相當(dāng)量的瀝青馬蹄脂，當(dāng)馬蹄脂被粗骨料表面包裹，隨著溫度的降低，混合物的收縮變形，骨料被拉開時(shí)，馬蹄脂有良好的粘接作用，其韌性和柔軟性對混合材料有抗低溫變形的作用，同時(shí)使用提高瀝青性能的措施即可。2.2.3水穩(wěn)定性提高瀝青混合料水穩(wěn)定性的主要措施是防止水的侵蝕，提高瀝青與集料的密合性。 SMA混合料的空隙率小，幾乎不透水，混合料和骨料的粘接力好，混合料的水穩(wěn)定性得到很大改善。2.2.4雨天防水和低噪音性能瀝青路面的表面功能也特別重

9、要，除了集料本身的性質(zhì)外，表面結(jié)構(gòu)也是重要因素。 SMA一方面采用硬、粗、耐磨性優(yōu)質(zhì)石材，另一方面礦物質(zhì)采用斷續(xù)傾斜，粗熊材料含量高，路面壓實(shí)后表面形成大空隙，結(jié)構(gòu)深度大，一般超過1mm，不可避免地提高了防滑性能，同時(shí)，交通車也有大水霧和灑水2.2.5耐久性延長路面壽命需要瀝青混合料的耐久性。 SMA混合料內(nèi)部用瀝青馬蹄脂充分填充，瀝青膜厚，混合料孔隙率小，瀝青與空氣接觸少，瀝青混合料抗老化能力好，實(shí)踐表明該混合料的抗疲勞性能大大優(yōu)于密傾斜瀝青混凝土3.SMA瀝青路面施工質(zhì)量的控制3.1原材料的控制3.1.1粗骨料SMA混合物由于粗骨料的石頭、石頭的接觸和緊密接觸而形成骨架結(jié)構(gòu)，為了防止碎石顆

10、粒在車輛載荷擠出過程中破碎，對粗骨料的質(zhì)量要求嚴(yán)格，粗骨料是SMA質(zhì)量控制的關(guān)鍵，一般要求高質(zhì)量的軋制粗骨料，其巖石堅(jiān)韌，具有高強(qiáng)度和剛性，質(zhì)地柔軟粗骨料要干凈，表面要粗糙。3.1.2細(xì)骨料SMA混合物中的細(xì)骨料(指小于4.75mm的粒子)的質(zhì)量僅為10 %20 %，但同樣要求石質(zhì)硬、有角、有一定的表面紋理、軟質(zhì)含量少、塑性低、粘土含量在1%以下。 細(xì)骨料應(yīng)該使用機(jī)械砂，也叫人工砂。 天然砂粒子接近圓形，磨削阻力小，不宜多用。 細(xì)骨料應(yīng)無清潔、干燥、風(fēng)化、雜質(zhì)，具有適當(dāng)?shù)念w粒組成，與瀝青有良好的粘結(jié)能力。3.1.3礦粉礦粉是SMA混合物中重要的組成部分，與瀝青混合形成馬蹄脂，影響SMA的性能。

11、 按照我國現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范生產(chǎn)石灰石礦粉可用于SMA混合料。 瀝青混合料的礦粉必須采用石灰?guī)r和巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等疏水性石材磨削得到的礦粉，原石中的泥土雜質(zhì)必須清除干凈。 礦粉要求干燥、清潔。3.1.4瀝青材料SMA使用的瀝青要求具有良好的粘性和溫度穩(wěn)定性，一般采用重型交通道路瀝青，其指標(biāo)符合規(guī)范要求。 我國采用的標(biāo)簽應(yīng)根據(jù)公路某地區(qū)的氣候決定，但一般應(yīng)采用好的瀝青，如南方地區(qū)可采用50號瀝青，長江、黃河流域可采用70號瀝青，東北地區(qū)可采用90號瀝青。 SBS改性瀝青性能優(yōu)良，而且適應(yīng)性強(qiáng)，能有效改善熱穩(wěn)定性和低溫抗裂性。 國產(chǎn)瀝青有鎮(zhèn)海、泰州或江陰，進(jìn)口有殼、埃索等，一般使用AH-

12、70#、a級，并用SBS改性，改性劑使用岳陽巴陵品牌SBS YH-791。3.1.5纖維大多數(shù)SMA都使用纖維來防止瀝青滴落，但是SMA項(xiàng)目也可以使用改性劑來提高瀝青的粘度，防止瀝青滴落。 目前，多使用改性瀝青和纖維材料兩種。 通常使用木質(zhì)素纖維，棉狀木質(zhì)素纖維最合適，使用量為瀝青混合物的0.3%。 纖維使用專用的纖維添加設(shè)備自動(dòng)添加到瀝青拌和樓中。 木質(zhì)素纖維必須架空堆積在室內(nèi)，嚴(yán)格防潮，保持干燥。 定量標(biāo)定木質(zhì)素纖維添加設(shè)備，木質(zhì)素纖維添加設(shè)備不得受潮。3.2骨料傾斜網(wǎng)格大小1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075層厚網(wǎng)格通過率10099.562.130.6

13、25.219.411.18.16.75.035-40mm毫米我國SMA路面礦粉使用量多控制在8%至12%的范圍，瀝青使用量為5.5%至7.5%。 高瀝青用量是SMA混合物組成設(shè)定修訂的特點(diǎn)。 SMA中纖維配合量用纖維在混合物的傾斜質(zhì)量中所占的比表示。 目前實(shí)用上，木質(zhì)素纖維等有機(jī)纖維的配合量一般為0.3%0.4%，玻璃纖維等無機(jī)纖維的配合量一般為0.4%0.6%。 如果纖維配合量過少，則混合物中的瀝青增多，容易產(chǎn)生滴液，形成油斑。 礦物傾斜以SMA13為例如表1所示。表1:SMA13骨料合成梯度3.3施工溫度控制對于SMA改性瀝青路面的施工溫度，可以根據(jù)一般的瀝青混合物的施工溫度提高1020。

14、 施工溫度應(yīng)充分考慮瀝青符號、改性劑的品種和劑量、粘度、氣候條件及鋪層厚度。 通常，SMA施工的各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度比通常的混合高20以上。 SMA混合路請勿在氣溫低于10的寒冷氣候條件下施工。 SMA的施工溫度如表2所示。表2 :SMA的施工溫度工程溫度要求測定部位改性瀝青現(xiàn)場制作溫度165170改性瀝青車改性瀝青的加熱溫度170175瀝青加熱罐改性瀝青加工最高溫度175改性瀝青車骨料加熱溫度190200熱帶鏟斗SMA出廠溫度175185搬運(yùn)車混合最高溫度195以下搬運(yùn)車混合儲藏溫度降低到10以下駐材罐及搬運(yùn)車鋪地溫度160以上攤鋪機(jī)碾壓開始溫度150以上褥子的內(nèi)部開放式交通是道路時(shí)修的溫度50以

15、下道路表此外，混煉后的混合物的儲存時(shí)間不得超過24h。 運(yùn)輸過程中要蓋上篷布，避免混合物表面變硬。 混合料的鋪墊碾壓一口氣進(jìn)行，盡量在高溫下進(jìn)行，所有的施工工序都要在混合料溫度下降到100之前完成。 在低溫氣候條件下施工改性瀝青混合料，混合料溫度下降是非常重要的問題。 對于大多數(shù)聚合物改性劑來說，隨著溫度的下降，聚合物開始固化，混合料失去施工和容易性，不能充分碾壓，改性瀝青路面不能成功。3.4拌和、運(yùn)輸和鋪設(shè)3.4.1 SMA的練和3.4.1.1生產(chǎn)SMA應(yīng)采用間隙式瀝青拌和機(jī)拌和，配備材料配方和施工溫度自動(dòng)檢測和記錄設(shè)備，逐盤印刷作為施工質(zhì)量檢測的依據(jù)。3.4.1.2混煉機(jī)必須具備纖維穩(wěn)定劑

16、的投入裝置，在混煉中能夠充分分散，與瀝青混合物混煉均勻。 SMA混合中的纖維投入，無論是人工還是機(jī)械都可以進(jìn)行，但是人工投入時(shí)，因?yàn)椴荒鼙ＷC必定按時(shí)間量均勻地投入，所以多用機(jī)械投入。3.4.1.3瀝青吹入后的濕拌時(shí)間增加5s，保證纖維能夠充分均勻地分散在混合材料中，與瀝青結(jié)合材料充分?jǐn)嚢?，保證不影響攤鋪速度，停止。3.4.1.4各材料均應(yīng)堆積在硬質(zhì)地面上。 在雨水多濕的地區(qū)，細(xì)骨料(含石屑)必須堆積在有棚蓋的干燥條件下。 細(xì)骨料濕冷料倉供應(yīng)困難時(shí)，應(yīng)采取措施。3.4.1.5 SMA混合料混合后，不能像普通混合料那樣長時(shí)間保存。 保存時(shí)間過長的話，混合料表面會變硬，而且SMA的瀝青使用量會比普通的瀝青混合料的瀝青使用量多，時(shí)間會變長，會發(fā)生瀝青的溶出，瀝青會變得不均勻。3.4.2 SMA的運(yùn)輸3.4.2.1 SMA最好用大噸位的運(yùn)輸車運(yùn)輸。 運(yùn)輸車開始運(yùn)輸前，請?jiān)谲噹偷装迳贤磕ㄓ退旌衔?，以免改性瀝青和SMA粘在車廂上。 但是，車的底部不能留下侑液。3.4.2.2在運(yùn)輸車運(yùn)輸過程中要蓋上氈布，以免運(yùn)輸車表面的混合物變冷變硬。3.4.2.3運(yùn)輸車在運(yùn)輸途中，不得隨便休息。3.4.2.4運(yùn)輸車的排放材料要干凈，如果發(fā)現(xiàn)剩馀的佝僂，