仁博高速公路SMA-13瀝青混凝土性能評價及施工技術(shù)

李永安， 王志祥， 范 倩

(1.廣東冠粵路橋有限公司 廣州 511450；2.廣東華路交通科技有限公司 廣州 510420)

0 引言

廣東省屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，高溫多雨，為重載交通下高等級公路的使用性能帶來挑戰(zhàn)，尤其是表面層的瀝青混凝土的高溫抗車轍性能和路面抗滑性能。SMA瀝青混合料為瀝青瑪蹄脂碎石，間斷級配，粗集料及瀝青含量高，細(xì)集料比例小，具有較好的骨架結(jié)構(gòu)，同時纖維貫穿其中，形成致密的、有良好表面構(gòu)造的整體，高溫、抗滑性能優(yōu)良，工程應(yīng)用逐步增多，但是施工技術(shù)控制要求較高。國內(nèi)外專家與學(xué)者也對配合比設(shè)計(jì)、施工控制技術(shù)進(jìn)行不同層次的研究，如李娟等對SMA瀝青路面抗滑輪廓構(gòu)造及施工質(zhì)量評價；郭偉堅(jiān)對改性瀝青SMA在鋼橋面鋪裝工程的應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究；姚斌、資建民等對SMA的性能及工程應(yīng)用效果進(jìn)行評價；孫杰、張肖寧對SMA瀝青路面施工質(zhì)量監(jiān)控要點(diǎn)分析，取得了一定的成果，但推廣還需更多的理論研究和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 原材料性能

1.1 瀝青

采用PG76-22改性瀝青，性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

表1 改性瀝青性能指標(biāo)

1.2 集料及礦粉

采用芙蓉石場生產(chǎn)的10～15mm、5～10mm、3～5mm灰綠巖，吉順石場生產(chǎn)的石灰?guī)r0～3 mm機(jī)制砂，惠州博羅益豐石粉廠生產(chǎn)的石灰石礦粉，滿足規(guī)范性能指標(biāo)要求，其中礦粉試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 集料密度檢測結(jié)果

1.3 纖維添加劑

采用北京墾特萊公司絮狀木質(zhì)素纖維，試驗(yàn)性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表3。

表3 纖維性能指標(biāo)

2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

2.1 級配設(shè)計(jì)

結(jié)合廣東省的氣候狀況，同時結(jié)合廣東省仁化(湘粵界)至博羅高速公路施工圖設(shè)計(jì)中的SMA-13設(shè)計(jì)級配范圍要求，進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，如表4所示。

表4 SMA-13混合料礦料級配范圍

2.2 最佳油石比

木質(zhì)素纖維的摻量為瀝青混合料的0.35%，拌和時，瀝青加熱溫度控制在160℃～165℃；礦料加熱溫度為190℃～200℃；混合料拌和溫度為185℃，上下浮動±5℃；擊實(shí)溫度為170℃～175℃；混合料廢棄溫度195℃。不同油石比的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表5中馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析，選取瀝青油石比6.2%，所測馬歇爾指標(biāo)均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

3 SMA瀝青混凝土路用性能評價

3.1 高溫穩(wěn)定性

成型車轍板試件，在不同高溫環(huán)境下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，其動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如表6。

表6 動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

分析看出，在高溫環(huán)境下，所設(shè)計(jì)的SMA-13瀝青混合料的高溫抗車轍性能遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，較好地適應(yīng)廣東省高溫性能的需要。同時當(dāng)溫度提高到70℃時，SMA-13的高溫抗變形能力幾乎減半，這也說明了高溫對混合料的抗車轍性能影響較大，溫度、荷載耦合作用加速瀝青混合料性能的衰減直致破壞。

3.2 水穩(wěn)定性

按最佳油石比進(jìn)行了瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)，以評價瀝青混合料的抗水損害性能。浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表7和表8。

表7 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表8 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)看出，該SMA-13瀝青混合料抗水損壞性能較好，殘留穩(wěn)定度及劈裂抗拉強(qiáng)度比均達(dá)到95%，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，在廣東省高溫多雨的氣候環(huán)境下，具有較好的抵抗變形能力及耐久性。

3.3 謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)

為了確保SMA-13瀝青混合料瀝青用量在瀝青用量上限范圍之內(nèi)，在最佳油石比條件下進(jìn)行瀝青析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 SMA-13析漏損失試驗(yàn)結(jié)果

該級配的析漏損失值小于技術(shù)指標(biāo)，滿足技術(shù)要求。設(shè)計(jì)的級配及瀝青用量能夠保證高溫穩(wěn)定及表面抗滑性能，同時避免了因自由瀝青過多導(dǎo)致路面泛油或出現(xiàn)油斑等病害的發(fā)生。

3.4 肯塔堡飛散試驗(yàn)

為了避免因?yàn)r青用量或粘結(jié)力不足帶來的集料脫落、飛散進(jìn)而發(fā)展為坑槽造成路面損壞，按設(shè)計(jì)級配及最佳油石比進(jìn)行肯塔堡飛散損失試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 飛散損失試驗(yàn)結(jié)果

肯塔堡飛散損失試驗(yàn)結(jié)果顯示，飛散損失均值為1.37%，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的15%，瀝青與混合料具有較好的粘結(jié)性能，瀝青含量適宜，保證了該瀝青混合料的耐久性能。

3.5 低溫抗裂性能檢驗(yàn)

為了評價設(shè)計(jì)級配及最佳油石比條件下SMA-13瀝青混合料的低溫性能，進(jìn)行-10℃低溫彎曲性能試驗(yàn)，加載速率為50mm/min，試驗(yàn)結(jié)果見表11。試驗(yàn)結(jié)果表明了該瀝青混合料具有較好的低溫抗裂性能。

表11 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

4 工程應(yīng)用

4.1 工程簡介

仁博高速公路起于韶關(guān)仁化，終于惠州博羅。為了適應(yīng)廣東高溫多雨環(huán)境下大交通量、重載交通的需要，在K406+825～K417+230路段瀝青上面層鋪筑采用上述設(shè)計(jì)的SMA-13級配，設(shè)計(jì)寬度為15.25m，厚度為4cm。

4.2 施工工藝

在瀝青上、下面層之間均勻噴灑粘層油， 采用PCR型SBS改性乳化瀝青，灑布量控制在0.3～0.6L/m2。灑布時，灑布車保持勻速行駛，氣溫低于10℃和遇大風(fēng)及降雨時不灑布。對于局部未灑到的部位，進(jìn)行人工補(bǔ)涂，在鋪筑前發(fā)現(xiàn)局部地方粘層瀝青剝落要及時補(bǔ)修。

溫度控制見表12，碾壓工藝見表13。根據(jù)需要適當(dāng)增加拌合時間，避免出現(xiàn)花白料、離析現(xiàn)象。

表12 混合料溫度控制 (單位：℃)

表13 混合料碾壓工藝

4.3 瀝青混合料壓實(shí)控制要點(diǎn)

良好的碾壓工藝保證瀝青混合料的物理力學(xué)性質(zhì)和功能特性。碾壓過程嚴(yán)格按照“高頻、低幅、緊跟、慢壓”由低向高的原則進(jìn)行。碾壓時將壓路機(jī)的驅(qū)動輪面向攤鋪機(jī)，從外側(cè)向中心碾壓，在超高段則由低向高碾壓，在坡道上將驅(qū)動輪從低處向高處碾壓。

采用不同型號的壓路機(jī)組合碾壓時宜安排每一臺壓路機(jī)作全幅碾壓，防止不同部位的壓實(shí)不均。壓路機(jī)的碾壓路線及碾壓方向不得突然改變而導(dǎo)致混合料推移。碾壓輪在碾壓過程中保持清潔，有混合料沾輪現(xiàn)象立即清除。當(dāng)采用向碾壓輪噴水(可添加少量表面活性劑)的方式時，嚴(yán)格控制噴水量且成霧狀，不得漫流，以防混合料降溫過快。壓路機(jī)不得在未碾壓成型的路段上轉(zhuǎn)向、掉頭、加水或停留。

5 結(jié)論

通過工程應(yīng)用，對SMA-13瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、相關(guān)性能進(jìn)行評價，施工工藝及控制要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，得到如下結(jié)論：

(1)該設(shè)計(jì)的SMA-13瀝青混合料級配良好，油石比適宜，高溫、低溫性能優(yōu)良，抗水損壞性能良好，具有較好的工程應(yīng)用前景。

(2)嚴(yán)格控制施工溫度、合理安排壓實(shí)工藝，方能保證瀝青混合料具有較好的服務(wù)性能。