SMA 與AC 在福建舊路改造中路用性能的對(duì)比

■李 麗

（福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，福州 350003）

1 引言

福建地處東南沿海，夏季高溫，且降雨量大，具有典型南方濕熱地區(qū)的氣候特點(diǎn)。因此，福建地區(qū)瀝青路面長期處于高溫潮濕狀態(tài)，不僅使其高溫穩(wěn)定性下降，同時(shí)增大其水敏感性[1]。選擇具有更好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性的瀝青混合料顯得至關(guān)重要。

目前，福建省面臨著大量的舊路改造工程。有研究指出，福建省已完成的舊路改造工程出現(xiàn)大量的反射裂縫、推移、車轍、沉降、網(wǎng)裂等病害[2]。如何更好的提升福建省舊路改造中瀝青路面的品質(zhì)已成為道路工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。

鑒于此，本文將針對(duì)福建省常用的路面結(jié)構(gòu)SMA和AC 的配合比設(shè)計(jì)以及路用性能進(jìn)行對(duì)比，并結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)一步分析兩種材料在福建省舊路改造中的應(yīng)用效果，以期為工程應(yīng)用提供參考。

2 SMA 與AC 結(jié)構(gòu)特性差異

目前，福建省舊路改造工程中罩面層主要采用AC和SMA，如福州北二環(huán)和五四北路等舊路改造采用AC-13，湖東路和福新路等舊路改造采用SMA-13。雖然AC 和SMA 均具有良好的路用性能，在福建省應(yīng)用廣泛，但兩者在材料組成和結(jié)構(gòu)上各具特點(diǎn)，這也導(dǎo)致兩者具有不同的路用性能，其材料組成如圖1 所示，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

結(jié)構(gòu)上，SMA 與AC 均屬于密實(shí)結(jié)構(gòu)，空隙率均約為4%，均具有良好的水穩(wěn)定性和抗?jié)B性能。分析圖1 可見，AC 中粗細(xì)集料用量較為均勻，大顆粒懸浮于小顆粒之間，形成懸浮結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示，因此，AC 混合料具有較小的內(nèi)摩阻力，穩(wěn)定性較差；SMA 混合料中粗集料用量大，粗集料與粗集料之間發(fā)生直接接觸，形成骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)裹附著瀝青的細(xì)集料填充于骨架內(nèi)，如圖2（b）所示，具有較大的內(nèi)摩阻力，增大其抗滑性能和耐久性能，此外由于改性瀝青及纖維的加筋作用，促進(jìn)SMA 具有良好的抗反射裂縫能力。

圖1 SMA 與AC 組成對(duì)比

圖2 瀝青混合料典型結(jié)構(gòu)示意圖[3]

3 SMA 與AC 路用性能的對(duì)比

為對(duì)比SMA 與AC 混合料路用性能的優(yōu)劣性，本文采用SBS 改性瀝青，分別選取SMA 與AC 兩種級(jí)配，進(jìn)行車轍實(shí)驗(yàn)、馬歇爾實(shí)驗(yàn)、鋪沙法實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 SMA 與AC 路用性能實(shí)驗(yàn)

3.1 高溫穩(wěn)定性

福建具有典型的南方濕熱氣候特性，夏季高溫，在車輛荷載反復(fù)作用下，易產(chǎn)生車轍，因此要求舊路改造瀝青路面具有良好的高溫穩(wěn)定性。高溫穩(wěn)定性通常用動(dòng)穩(wěn)定度表征，本文通過調(diào)研國內(nèi)其他學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4-9]以及本文室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析SMA 與AC 兩者的動(dòng)穩(wěn)定度，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 國內(nèi)SMA 與AC 動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)據(jù)

由圖3 的結(jié)果可以看出，無論是否有添加改性劑，SMA 動(dòng)穩(wěn)定度均高于AC，相比之下，SMA 的動(dòng)穩(wěn)定度約比AC 高出1 倍。由此可見，SMA 的高溫穩(wěn)定性能明顯優(yōu)于AC，表現(xiàn)出具有更為良好的抗車轍能力。

福建舊路改造中，車轍一般為失穩(wěn)性車轍，即在高溫條件下和車輛荷載反復(fù)作用下。高溫穩(wěn)定性不足的瀝青混合料在車輛荷載下產(chǎn)生流動(dòng)而形成橫向位移，導(dǎo)致車轍產(chǎn)生。此外，福建降雨量大，瀝青路面常處于浸水狀態(tài)，進(jìn)一步加劇車轍程度。SMA 具有較好的高溫穩(wěn)定性，能夠有效解決路面失穩(wěn)性車轍，延長路面的使用壽命。

3.2 水穩(wěn)定性

福建雨熱同季，在車輛動(dòng)荷載反復(fù)作用下，水浸入瀝青與集料的界面，使瀝青逐漸喪失粘結(jié)力，從而使集料松散，產(chǎn)生水損害，由此導(dǎo)致瀝青路面進(jìn)一步形成坑槽、推擠變形而破壞，嚴(yán)重影響市政道路的使用性能和壽命，因此要求舊路改造中瀝青路面具有良好的水穩(wěn)定性。水穩(wěn)定性通常以殘留穩(wěn)定度表征，本文通過調(diào)研國內(nèi)其他學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[6,8,9]以及本文室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析SMA 與AC 兩種混合料的動(dòng)殘留穩(wěn)定度，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 國內(nèi)SMA 與AC 殘留穩(wěn)定度數(shù)據(jù)

由圖4 的結(jié)果可以看出，SMA 殘留穩(wěn)定度略大于AC，但差異并不明顯，均可達(dá)到85%以上，表明SMA與AC 均具有較好的抗水損害能力。

3.3 抗滑性能

隨著交通量以及軸載的增加，抗滑性能的好壞直接影響到行車安全。舊路改造中如果表層抗滑性能不足，易產(chǎn)生交通事故?？够酝ǔＳ脴?gòu)造深度表征，本文通過調(diào)研國內(nèi)其他學(xué)者的試驗(yàn)數(shù)據(jù)[4,6,7,9]以及本文室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析SMA 與AC 兩種混合料的料構(gòu)造深度，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 國內(nèi)SMA 與AC 構(gòu)造深度調(diào)查數(shù)據(jù)

圖5 中，前三組數(shù)據(jù)為使用1 個(gè)月后瀝青路面的構(gòu)造深度，第四組數(shù)據(jù)為使用2 年后，瀝青路面的構(gòu)造深度。第五組為室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由圖5 可以看出，SMA 構(gòu)造深度普遍高于AC，約高出60%，且使用2 年后，SMA 仍具有較高的構(gòu)造深度，可見SMA 比AC 具有更好的抗滑性能。

4 工程實(shí)例分析

本文對(duì)福建省地區(qū)已改造的10 條市政道路（道路等級(jí)均為主干路，交通等級(jí)均為重交通）進(jìn)行路況調(diào)查，選取單機(jī)動(dòng)車道為有效路面寬度，確定調(diào)查長度為200m，采用PCI[10]評(píng)價(jià)路面破損狀況，對(duì)比和分析SMA 和AC 兩種結(jié)構(gòu)在舊路改造中的應(yīng)用效果，具體詳見表2 所示。

表2 福建地區(qū)SMA 和AC 現(xiàn)場(chǎng)病害調(diào)查情況

從表2 可以看出：

（1）路面結(jié)構(gòu)采用SMA 和AC，在服務(wù)初期（1～2年）PCI 值均超過95%，路面等級(jí)評(píng)價(jià)均為優(yōu)，表明兩種結(jié)構(gòu)在服務(wù)初期均具有良好的性能。如圖6 和圖7 所示，服務(wù)通車2 年的寧德市天湖路（上面層采用AC，）和福州市白馬路（上面層采用SMA，）基本無明顯病害，僅有輕微橫縫。

圖6 天湖路改造后AC 路面狀況

圖7 白馬路改造后SMA 路面狀況

（2）服務(wù)3～4 年后，AC 出現(xiàn)不同程度的龜裂、表面剝落等病害，而SMA 仍未產(chǎn)生較明顯的病害。如圖8 所示，改造于2012 年的北大路（上面層采用AC）已出現(xiàn)較多的縱橫向裂縫、龜裂等病害，PCI 將為90.97%；而同年修建的梅峰路（上面層采用SMA，如圖9 所示）除了少量輕微橫縫，基本無明顯病害，PCI可達(dá)92.75%，仍表現(xiàn)出良好的路用性能。

圖8 北大路改造后AC 路面狀況

圖9 梅峰路改造后SMA 路面狀況

（3）服務(wù)5 年后，AC 出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，SMA 只有少量輕微橫縫。如圖10 所示，2010 年修建的蕉城南北路（上面層采用AC）已出現(xiàn)長縱縫、嚴(yán)重橫縫以及反射裂縫等病害，石料表面瀝青已磨光，無明顯構(gòu)造深度，抗滑性能極差，其PCI 值僅為89.25%；而同年修建的銅盤路（上面層采用SMA，如圖11）僅有少量輕微裂縫，未見其他病害，PCI 相對(duì)較高，可達(dá)到93.38%，路用性能良好。

圖10 蕉城南北路改造后AC 路面狀況

圖11 銅盤路改造后SMA 路面狀況

5 結(jié)論

工程實(shí)例結(jié)果表明，在相同條件下，SMA 的路用性能優(yōu)于AC，隨著使用年限增加，其路用性能衰減也較AC 小。AC 使用3～5 后，出現(xiàn)明顯的裂縫以及抗滑性能不足的現(xiàn)象，SMA 仍具有良好的路用性能，達(dá)到很好的改造效果，值得進(jìn)一步總結(jié)，推廣應(yīng)用。

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