SMA混合料在榆綏高速項(xiàng)目的瀝青上面層配合比設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制

王琨

【摘要】路面表層直接承受著交通荷載和氣候的雙重作用，質(zhì)量的好壞直接關(guān)系路面通車后的路用性能和營(yíng)運(yùn)效果。因此瀝青路面的表面層不僅要求具有優(yōu)良的高溫抗車轍能力，抗裂、抗水損害的特性，而且要具有良好的抗滑功能。榆綏高速公路處于陜西省北部，常年溫差較大，且是陜西省北部交通大動(dòng)脈。預(yù)期重載車輛多，車輛渠化現(xiàn)象嚴(yán)重的實(shí)際情況，我們?cè)谂浜媳仍O(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先考慮抗車轍能力和抗裂能力。本文結(jié)合渝遂高速上面層施工來(lái)論述SMA配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、攤鋪、碾壓等施工工藝及施工質(zhì)量保證措施。

【關(guān)鍵詞】SMA瀝青混合料，配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制，

一、SMA路面的組成以及特點(diǎn)

瀝青瑪蹄脂混合料（Stone Matrix Asphalt，簡(jiǎn)稱SMA）是一種 由粗集料、瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量細(xì)集料組成的間斷級(jí)配的瀝青混合料.其組成特征主要包括兩個(gè)方面：①含量較多的粗骨料互相嵌鎖組成高穩(wěn)定性（抗變形能力強(qiáng)）的骨架結(jié)構(gòu)；②細(xì)集料、礦粉、瀝青和纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂結(jié)合料將骨架膠結(jié)在一起，填充骨架空隙，使混合料有較好的柔性及耐久性。SMA路面結(jié)構(gòu)不僅在高溫、重載時(shí)車轍變形量低，而且低溫性能良好。

SMA的結(jié)構(gòu)組成可概括為“三多一少，即：粗集料多、礦粉多、瀝青多、細(xì)集料少”。具體講：（1）SMA是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，5mm以上的粗集料比例高達(dá)70%～80%，礦粉的用量達(dá)7%～13%，（“粉膠比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的間斷級(jí)配，很少使用細(xì)集料；（2）瀝青用量較多，高達(dá)6.5%～7%，。一方面增加礦粉用量，同時(shí)使用纖維作為穩(wěn)定劑，提高膠結(jié)料的粘結(jié)性；（3）選用優(yōu)質(zhì)的瀝青材料，要求使用針入度小、軟化點(diǎn)高、高溫穩(wěn)定性好的瀝青，一般選用SBS改性瀝青。

SMA的特點(diǎn)：由于粗集料的良好嵌擠，混合料有非常好的高溫抗車轍能力，同時(shí)由于瀝青瑪蹄脂的粘結(jié)作用，低溫變形性能和水穩(wěn)定性也有較多的改善。添加纖維穩(wěn)定劑，增加了瀝青混合料耐久性。SMA混合料攤鋪和壓實(shí)效果較好。混合料的間斷級(jí)配在表面形成較大的孔隙，構(gòu)造深度大，抗滑性能好。同時(shí)混合料中瀝青瑪蹄脂的膠結(jié)填補(bǔ)作用又使路面的空隙率很小，耐老化性能及耐久性都很好，從而全面提高了瀝青混合料的路用性能。

二、SMA配合比設(shè)計(jì)

1、原材料；（1）集料；選擇集料的統(tǒng)一性，包括粗集料的棱角性、扁平與細(xì)長(zhǎng)顆粒含量以及細(xì)集料的粘土含量等指標(biāo)。另一類是集料的地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，即料源特性是：堅(jiān)固性、安定性、有害物質(zhì)含量。SMA集料的統(tǒng)一特性在我國(guó)規(guī)范中已有明確規(guī)定，只要適當(dāng)?shù)倪x擇原材料，嚴(yán)格控制材料的生產(chǎn)過(guò)程，集料比較容易滿足SMA規(guī)范要求。如果在實(shí)際生產(chǎn)中除塵不好，細(xì)集料棱角性和砂當(dāng)量不一定能滿足SMA規(guī)范要求。本項(xiàng)目的材料產(chǎn)地：山西臨縣鴻達(dá)石料廠生產(chǎn)，經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（2）瀝青；選擇瀝青時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和交通量的大小來(lái)全面選擇具有可靠度的瀝青，并繪制瀝青粘溫曲線，選擇最佳的混合料拌和及壓實(shí)溫度。本項(xiàng)目選擇了國(guó)創(chuàng) SBS改性瀝青：產(chǎn)地：陜西國(guó)創(chuàng)瀝青材料有限公司。經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（3）絮狀木質(zhì)纖維；產(chǎn)地：德國(guó)。經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。纖維密度由廠家提供1.25-1.40g/cm3，本次配比取中值1.33 g/cm3。

2、混合料的級(jí)配選擇

瀝青混合料的礦料級(jí)配是配合比設(shè)計(jì)的重要部分。設(shè)計(jì)良好的級(jí)配具有密實(shí)性好、強(qiáng)度好、抗變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。為此，在規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整，確定了榆綏高速公路各面層目標(biāo)設(shè)計(jì)級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)。

SMA-13按此比例進(jìn)行合成級(jí)配計(jì)算，結(jié)果如下：

確定各種材料的用量比例為：

3、計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）規(guī)范及《榆綏高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)與施工指導(dǎo)意見(jiàn)書》要求，以5.2%，5.6%，6.0%，6.4%，6.8%的油石比成型馬歇爾試件進(jìn)行驗(yàn)證，加混合料3‰的顆粒狀木質(zhì)纖維和加瀝青3‰的抗剝落劑所制備的馬歇爾試件自然冷卻12小時(shí)后，脫模并測(cè)定其物理指標(biāo)，隨后測(cè)定試件在60℃水中浸泡40分鐘后的馬歇爾穩(wěn)定度及流值。

4、確定最佳油石比

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果繪制最佳瀝青用量選定圖，從圖中得出瀝青混和料的最佳油石比：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.00

OAC2=（OACmax+OACmin）/2=6.07

瀝青混合料的最佳油石比為：OAC=（OAC1+OAC2）/2=6.04%，對(duì)照瀝青用量選定圖中6.0%油石比的各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。所以最佳油石比選定為6.0%。

5、生產(chǎn)配合比的驗(yàn)證

生產(chǎn)配合比驗(yàn)證過(guò)程，我們對(duì)熱料倉(cāng)的各種集料分別進(jìn)行篩分和密度試驗(yàn)，再進(jìn)行生產(chǎn)配合比的設(shè)計(jì)，選擇最佳油石比±0.3的混合料進(jìn)行體積分析，從中選擇最佳的級(jí)配和最佳油石比，并將選定的結(jié)果進(jìn)行拌和樓的試拌，進(jìn)一步確定該配合比的準(zhǔn)確性。具體分析結(jié)果如下；

馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果匯總表

經(jīng)對(duì)6.0%的油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)檢驗(yàn)，證明其殘留穩(wěn)定度97.9%， 動(dòng)穩(wěn)定度DS：次/10700mm，試驗(yàn)結(jié)果符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）及《榆綏高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)及施工指導(dǎo)意見(jiàn)書》要求。

三、SMA的施工質(zhì)量控制

SMA瀝青路面的生產(chǎn)配合比盡可能接近目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)，才能確保目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)指標(biāo)準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中控制關(guān)鍵篩孔0.075mm、2.36mm、4.75mm的通過(guò)量。在抽提試驗(yàn)中以生產(chǎn)配合比級(jí)配為準(zhǔn)。同時(shí)控制油石比的誤差范圍。在施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)和馬歇爾擊實(shí)兩種方法來(lái)控制，確保路面的工程質(zhì)量。

1、SMA混合料的拌和注意事項(xiàng)；

（a）木質(zhì)素纖維的分散拌勻非常重要，干拌時(shí)間延長(zhǎng)5～15s，加入瀝青后的拌和時(shí)間延長(zhǎng) 5-10s，總生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)15～25s。

（b）由于瀝青可能會(huì)離析，SMA不應(yīng)在貯料倉(cāng)里儲(chǔ)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，貯料倉(cāng)里SMA的數(shù)量不宜過(guò)多。

（c）采用人工添加木質(zhì)素纖維易產(chǎn)生由于人為因素而少加或多加的現(xiàn)象，從而 影響SMA的使用品質(zhì)；采用機(jī)械添加木質(zhì)素纖維應(yīng)防止輸送管道堵塞。質(zhì)檢室每天對(duì)拌合樓生產(chǎn)總量及纖維添加總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并采用質(zhì)量和體積雙控木質(zhì)纖維添加量。

（d）由于SMA使用了SBS改性瀝青，拌和溫度比拌普通瀝青混合料提高了10℃～20℃左右。瀝青加熱溫度掌握在170℃～180℃；礦料加熱溫度在185℃～195℃；礦粉和纖維不加熱；混 合料出料溫度控制在170℃～185℃（實(shí)際施工時(shí)的溫度范圍）， 當(dāng)混合料超過(guò)195℃時(shí)，予以廢棄。

（e）礦粉和消石灰粉添加：礦粉罐安裝防結(jié)塊裝置，傳輸系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)常檢查·維修保持良好的性能狀態(tài)，防止出現(xiàn)傳輸故障或發(fā)生結(jié)塊。

（f）拌合樓出料口設(shè)置專人負(fù)責(zé)觀察，目測(cè)發(fā)現(xiàn)混合料出現(xiàn)花白·無(wú)纖維·纖維結(jié)團(tuán)或冒青煙等異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即通知操作室人員進(jìn)行檢查處理。

2、混合料的攤鋪控制要點(diǎn)；

SMA瀝青混合料在攤鋪時(shí)應(yīng)盡量連續(xù)不斷的施工，以減少攤鋪機(jī)和壓路機(jī)的停頓，應(yīng)盡量減少橫縫，提高其面層平整度。為提高路面的平整度，面層宜采用攤鋪機(jī)前后保持相同高差的雪橇式攤鋪厚度控制方式。提高攤鋪過(guò)程中的預(yù)壓密實(shí)度。SMA混合料在高溫狀態(tài)下主要是靠粗集料的嵌擠作用，可適當(dāng)提高夯錘振搗頻率，使剩余壓實(shí)系數(shù)減少，初壓的痕跡也極小，進(jìn)而確保路面的最終平整度

3、混合料的碾壓原則；

SMA的碾壓遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則。碾壓溫度越高越好，攤鋪后應(yīng)立即壓實(shí)，不得等候。壓路機(jī)應(yīng)以2～4km/h的速度進(jìn)行均勻的碾壓，碾壓按初壓（1遍）、復(fù)壓（2遍）、終壓（1遍）三階段進(jìn)行，終壓溫度一般控制在110℃～130℃（實(shí)際施工時(shí)的溫度范圍）， 終壓時(shí)不得振動(dòng)。在碾壓過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)混合料能在高溫狀態(tài)下用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓 而不產(chǎn)生推擁，碾壓成型后表面有足夠的構(gòu)造深度又基本上不透水（經(jīng)測(cè)定，SMA路面構(gòu) 造深度在0.9～1.25之間）。

SMA的碾壓與普通瀝青混凝土碾壓相比，有以下幾點(diǎn)值得注意： （a）為了防止混合料粘輪，可在鋼輪表面均勻?yàn)⑺蛊浔３殖睗?，水中摻少量的清洗?或其它適當(dāng)?shù)牟牧稀５乐惯^(guò)量灑水引起混合料溫度的驟降。

（b）壓路機(jī)碾壓時(shí)相鄰碾壓帶應(yīng)重疊1/3～1/4輪寬，碾壓工作面長(zhǎng)度30～50m。

（c）SMA面層如果達(dá)到足夠的密度后，碾壓即應(yīng)停止，過(guò)度碾壓可能導(dǎo)致瀝青瑪蹄脂結(jié)合料被擠壓到路表面，影響構(gòu)造深度。工作中應(yīng)密切注意路表情況，防止過(guò)度碾壓。

（d） 由于SMA混合料使用了SBS改性瀝青且瀝青含量高，因而粘度大，不得使用輪胎式壓路機(jī) 碾壓，以防止粘輪及輪胎揉搓造成瀝青瑪蹄脂擠到表面而達(dá)不到壓實(shí)效果。

四、建立良好的質(zhì)量保證體系

1、建立良好的質(zhì)量監(jiān)控制度

在工程施工過(guò)程中，及時(shí)掌握工程質(zhì)量狀況和處理存在的質(zhì)量問(wèn)題.制定全面反映工程質(zhì)量動(dòng)態(tài)的監(jiān)控表，每天填寫，總結(jié)、分析和處理，確保工程質(zhì)量符合各項(xiàng)技術(shù)要求。實(shí)施逐日跟蹤監(jiān)控行之有效的質(zhì)量管理辦法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理存在問(wèn)題，更重要的是通過(guò)落實(shí)崗位責(zé)任制，防止問(wèn)題再次出現(xiàn)。

2、執(zhí)行質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理

在本工程實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控的同時(shí)，我們還根據(jù)需要采用計(jì)算機(jī)對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，在施工中及時(shí)反映工程質(zhì)量水平和存在問(wèn)題，在工程完成后分析、總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，不斷提高施工工藝和施工水平。比如，在瀝青面層施工過(guò)程中對(duì)一些主要的試驗(yàn)、檢測(cè)指標(biāo)油石比、厚度、壓實(shí)度、平整度、改性瀝青軟化點(diǎn)和針入度等技術(shù)指標(biāo)均進(jìn)行全面的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)管理，對(duì)這些指標(biāo)的平均值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪制相應(yīng)的質(zhì)量控制直方圖或正態(tài)分布曲線圖，對(duì)施工過(guò)程質(zhì)量起到全面控制作用。

3、嚴(yán)格的原材料管理，為良好的混合料做好保障

質(zhì)檢室經(jīng)常對(duì)后場(chǎng)堆料場(chǎng)進(jìn)行巡視，要求材料管理人員將各種材料分別堆放整齊，對(duì)細(xì)集料作好防雨工作，一旦發(fā)現(xiàn)細(xì)集料受潮，即要求相關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行處理。試驗(yàn)人員在開(kāi)始拌和后就在操作間，現(xiàn)場(chǎng)觀察拌和情況，逐盤打印各個(gè)熱料倉(cāng)的材料質(zhì)量、礦粉質(zhì)量及混合料的總質(zhì)量，及時(shí)計(jì)算出礦料級(jí)配，與標(biāo)準(zhǔn)配合比進(jìn)行對(duì)照。控制拌和時(shí)間，檢查出料溫度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

五、結(jié)束語(yǔ)

（1）從SMA使用效果來(lái)看，具有更優(yōu)良的抗車轍能力和抗滑能力，而且解決了路面的滲水問(wèn)題，減少了路面的早期水損害。

（2）SMA混合料溫度在190℃～200℃時(shí)的性能有待于鋪筑試驗(yàn)路進(jìn)一步檢驗(yàn)。

（3）添加木質(zhì)素纖維后，SMA路面結(jié)構(gòu)比普通瀝青混凝土路面成本高20%左右。

（4）渝遂高速公路采用SMA的路面結(jié)構(gòu)，竣工后路面平整、堅(jiān)實(shí)、粗糙、均勻、美觀，基本不滲水，達(dá)到優(yōu)良工程的效果，具有良好的路用性能。

參考文獻(xiàn)

1、榆商線榆林至綏德高速公路兩階段施工圖設(shè)計(jì)路面工程設(shè)計(jì)文件

2、《公路工程質(zhì)量檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1-2004）

3、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范》（JTJ052-2000）

4、《陜西省瀝青路面車轍防治指導(dǎo)意見(jiàn)》