对改性沥青SMA沥青混凝土路面的施工控制.pdf

广东建材2 0 1 1 年第4 期施工技术 对改性沥青S M A 沥青 混凝土路面的施工控制 姚晓鹏 摘要：本文通过结合竹曲高速s I A 沥青混凝土路面工程，论述了改性沥青S M A 路面的特性、配合 比设计、拌和、摊铺、碾压等施工工艺，并结合高速公路工程施工管理中出现的问题，阐述了S M A 的质 量控制及施工应采取的措施。 关键词；s M A ；沥青混凝土；施工 S M A 是近年来在国际上出现的一种非常引入注目 的新型沥青混合料，以其优良的抗车辙和抗滑性能备受 关注。沥青玛蹄脂碎石混合料( s t o n em a t r i xa s - p h a l t 简称S M A ) 是一种由沥青结合料、少量的纤维稳 定剂、细集料、以及较多量的填料( 矿粉) 组成的沥青玛 蹄脂，填充于间断级配的粗骨料骨架间隙，组成一体的 沥青混合料。沥青结合料主要提高沥青混凝土的感温性 ( 即高温稳定性和低温韧性) 、防止混合料分散并提高路 用性能，通常采用改性沥青。改性沥青是指掺加橡胶、树 脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其它材 料等外掺剂( 改性剂) ，使沥青或沥青混合料的性能得以 改善而制成的沥青结合料。改性沥青s M A 路面具有如下 特性： ( 1 ) 改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其 效能； ( 2 ) 改性沥青及S M A 混合料具有粗集料多，矿粉多， 改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求 高的特点，特别是对粗集料的坚韧性颗粒形状和棱角 性的要求很高； ( 3 ) 只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不 产生推拥； ( 4 ) 改性沥青及S M A 混合料致冷后非常坚硬，强度 高。通过国内外使用情况表明。s M A 路面结构不仅在高 温、重载时车辙变形量低。而且低温性能良好。竹曲路三 B 合同段采用改性沥青S M A 1 3 上面层后，同样显示出 良好的性能。 1S M A - 1 3 配合比设计 S M A 一1 3 是一种间断级配的沥青混合料，4 7 5 m l 以 上的粗集料比达到7 0 以上，使用很少细集料，为了可 以加入较多沥青，矿粉用量高达1 0 ，并使用纤维( 或橡 胶胶粉) 。S M A 配合比设计是分成集料骨架和沥青玛蹄 脂填充料两个部分设计的： ( 1 ) 紧密嵌挤的粗集料骨架，S I O , 中混合料中真正起 到嵌挤作用的是4 7 5 r a m 以上的部分，只有当4 7 5 r a m 通过率 1 7 ，马歇尔稳定度不小于 6 0 l ( N ，粗集料骨架间隙率V C A M I X V C A D R C ，动稳定度不 小于3 0 0 0 次衄，冻融循环劈裂试验残留强度比( ) 不 小于8 0 ，浸水马歇尔试验残留稳定度( ) 不小于8 0 等 指标，S M A 混合料的配合比设计还必须进行谢伦堡析漏 试验及肯特堡飞散试验，析漏试验的析漏量不大于 0 1 。竹曲路三B 合同段采用沥青用量5 5 进行检验， 部分结果如下，符合规范要求： ( 1 ) 析漏试验( 烧杯法) 析漏损失为0 0 5 ； ( 2 ) 动稳定度3 4 3 9 次m m , ( 3 ) 冻融循环劈裂试验，冻融劈裂强度比 T S B = 8 7 8 4 。 1 2 生产配合比设计 按报批的目标配合比比例调试生产配合比： ( 1 ) 确定各热料仓矿料和矿粉的用量。必须从二次筛 分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分，根据筛分结 果，通过计算，使矿质混合料的级配符合设计级配的规 一4 4 一 定，并特别注意使0 0 7 5 m m 、4 7 5 m m 和9 5 m m 的筛孔通 过量控制接近设计级配，以确定各热料仓和矿粉的用料 比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料 比例。以达到供料均衡。 ( 2 ) 确定最佳油石比。取目标配合比设计的最佳沥青 用量O A t 和O A C + 0 3 三个沥青用量，用试验室的小型 拌和机拌制改性沥青S M A - 1 3 ，进行马歇尔试验和试拌， 通过室内试验及从拌合机取样试验综合确定生产配合 比的最佳沥青用量，与目标配合比设计的结果的差值不 宜大于0 2 。 竹曲路三B 合同段拌和楼有四层振动筛( 1 9 m m 、 1 l m m 、6 m m 、3 m m ) 二次筛分后，热料仓取样进行配合比设 计。进行马歇尔试验及V C Am i n 与V A Cm a x 试验等，各 项指标均符合设计要求。 ( 3 ) 生产配合比验证。拌和机按生产配合比结果进行 试拌、铺筑试验段，并取样进行马歇尔试验，同时从路上 钻取芯样观察空隙率的大小，由此确定生产用的标准配 合比。标准配合比的合成级配中，至少应包括 0 0 7 5 r a m ，2 3 6 m m 、4 7 5 m m 及公称最大粒径筛孔的通过 率接近优选的工程设计级配范围的中值，并避免在 0 3 O 6 m m 处出现驼峰。并再次对标准配合比进行车 辙及水稳定性试验。 2 原材料质量控制 S K A 对材料要求较高。由于改性沥青对基质沥青、 碎石、石屑、矿粉、改性剂、添加剂等配比质量要求高，设 计上要求矿粉填料采用石灰岩机制，中、下面层集料采 用石灰岩石料。 ( 1 ) 改性沥青运输温度不低于1 5 0 ，保温贮存温度 不低于1 4 0 ，不得长时间存放改性沥青贮存时应泵 送循环以防离析。 ( 2 ) 粗集料：应采用石质洁净、干燥、表面粗糙、近立 方体颗粒的碎石粒径大于4 7 5 m m 。宜采用玄武岩集料、 辉绿岩集料和闪长岩集料，表观相对密度一般大于 2 6 t m 3 。 ( 3 ) 细集料：采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质 并有适当级配的人工轧制的玄武岩、辉绿岩、闪长岩石 屑。S M A 混合料不宜使用天然砂。 ( 4 ) 填料：必须采用石灰岩或岩浆岩中的羟基性岩石 等的憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清 洁。不得采用拌和机回收的粉料，以确保S M A 沥青的质 量。填料的亲水系数宜小于1 0 。 ( 5 ) 抗剥离措施( 剂1 ：当使用的粗集料与沥青的粘 万方数据 广东建材2 0 1 1 年第4 期施工技术 附性达不到要求时，宜掺加消石灰、水泥、或用饱和石灰 水处理后使用。必要时可同时在沥青中掺加抗剥落剂， 掺加沥青质量的0 4 。 ( 6 ) 稳定剂：宜采用优良的木质素絮状纤维，纤维应 在2 5 0 的干拌环境温度不变质、不发脆，掺加比例以 沥青混合料总质量的0 3 0 4 。木质纤维宜采用有 产品合格证书的进1 3 材料。木质素纤维的保管、存放、运 输过程中均不得受潮。对木质索纤维添加设备进行计量 标定。 堆放各种矿料的料场必须硬化，并具有良好的排水 系统，避免材料被污染：各品种材料间应用墙体隔开，以 免相互混杂。细集料及矿粉必须覆盖。 3 沥青中面层的准备 对中面层表面，应喷洒粘层沥青，折算纯沥青数量 0 2 K g m 2 。粘层沥青喷洒后应进行交通管制，乳化沥青 破乳后，不粘车轮时才可摊铺上面层。 4 铺筑试验路段 改性沥青S M A 一1 3 上面层正式施工前，均需先做试 验路段。用生产配合比在生产拌和机上进行试拌，经检 验改性沥青S M A 技术性能符合规定后方可铺筑试验段。 试验路段宜选在直线段长度宜为1 0 0 一- - 2 0 0 m 。 试验路段施工分为试拌和试铺两个阶段。试拌前， 按比例拌和矿料先扔掉1 0 锅后再涮锅，再按配合比加 沥青拌和4 锅扔掉然后开始正式出料试验。试验路段 施工需要决定的内容包括： ( 1 ) 根据各种机械的施工能力相匹配的原则，确定适 宜的施工机械，按生产能力决定机械数量与组合方式。 ( 2 ) 通过试拌决定：拌和机的操作方式如上料 速度、加料程序、矿粉的加料方式、拌和数量与拌和时 间、拌和温度等。取试验的改性沥青S M A - 1 3 进行体积 参数分析、马歇尔检验和沥青含量、筛分试验检验，由此 确定正式生产用的标准配合比。验证改性沥青S M A - 1 3 的生产配合比，决定正式生产用的矿料配合比和油石 比。 ( 3 ) 通过试铺决定：摊铺机的操作方式、摊铺方法、 摊铺温度、摊铺速度、初步振捣夯实的方法和强度、自动 找平方式等。改性沥青S M A - 1 3 路面的压实是一道关 键工序，要在试验段试验过程中，通过试压获得所要求 压实度而制订适宜压实工艺与压实程序：明确具体的碾 压时问，压实顺序，碾压温度，碾压速度，静压与振压最 佳遍数，压路机类型组合，压路机型号与吨位，压路机振 幅、频率与行走速度的组合等。施工缝处理方法。松 铺系数( 约为1 0 8 1 2 0 ) 。竹曲路三B 合同段试验路 段试验检测压实度9 8 4 7 ，空隙率5 0 3 ，构造深度 1 3 m m 路面基本不透水，各项指标均符合设计指标，但 油石比5 8 有个别小油斑，最后决定使用油石比5 7 。 ( 4 ) 确定施工产量及作业段的长度，修订施工组织计 划。 ( 5 ) 全面检查材料及施工质量是否符合要求。 ( 6 ) 确定施工组织及管理体系、质保体系、人员、机械 设备、检测设备、通讯及指挥方式。 试验段的质量检查频率应根据需要比正常施工时 适当增加( 一般增加一倍) 。 5 改性沥青S M A 的拌制 使用问歇式沥青混合料拌和机，冷料仓的数量应满 足配和比要求，通常不宜少于5 - 6 个，拌和机应配备良 好的二级除尘装置和木质素纤维添加装置。全部生产过 程由计算机自动控制，配有良好的打印装置。严格掌握 沥青和集料的加热温度以及S M A 的出厂温度。通过温度 检测，对改性沥青及S M A 生产的四大温度( 沥青加热温 度1 6 0 1 6 5 ，改性沥青制作温度1 6 5 , - 一1 7 0 ，改性沥 青最高加工温度1 7 5 。C ，集料加热温度1 9 0 - 2 1 0 ) 进 行控制，要求改性沥青S M A 混合料出厂温度在1 6 0 1 8 5 ，超过1 9 5 。C 的要废弃，混合料不得在储料仓中长 时问储存，储存温度降低不超过1 0 ，以不发生沥青析 漏为度并只限当天使用。 拌和楼控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量 拌和温度，并定期对拌和楼的计量和测量进行校核：每 天应用拌和总量检验各种材料的配比和S M A 油石比的 误差。改性沥青S M A 拌和时问及加料次序由试拌确定， 建议的S M A 拌和时间及加料次序：松散的絮状纤维可在 喷人沥青的同时或稍后采用风送设备喷人拌和锅拌 和时问宜延长5 s 以上。颗粒状纤维可在粗集料投入的 同时自动加入，经的干拌后，再投入矿粉，加矿料加纤维 干拌约1 8 s ，加矿粉加沥青湿拌约4 0 s ，出料总生产时间 约6 0 “ - 7 0 s ，必须使所有集料颗粒全部裹复沥青结合 料，并以沥青混合料拌和均匀为度。要严格控制油石比 和矿料级配，避免油石比不当而产生泛油和松散现象。 每台拌和机开拌后每天上午、下午各取一组混合料试 样。通过抽提试验和马歇尔试验对矿料级配、沥青用量、 混合料的密度和空隙率V V 、V M A 、V C A 等指标进行调控， 同时检测其稳定度和流值。 4 5 万方数据 施工技术广东建材2 0 1 1 年第4 期 6 改性沥青S M A 的运输 沥青混合料运输车的运量应较拌和能力和摊铺速 度有所富余摊铺机前方有五辆运料车方可开始摊铺。 运料车应用完整无损的双层蓬布覆盖，以资保温防雨或 避免污染环境。采用具有金属探测针的插入式数显温度 计检测沥青混合料的出厂温度和运到现场温度。插入深 度要大于1 5 c m 。在运料卡车侧面中部设专用检测孔，孔 口距车箱顶面约3 0 c m 。拌和机向运料车放料时，汽车应 前后移动分三堆装料以减少粗集料的分离现象。 7 改性沥青S M A 的摊铺 ( 1 ) S M A 的摊铺温度。S M A 的温度控制是最重要的，关 系到路面的压实度，直接关系到路面整体的施工质量和 耐久性。由于使用了改性沥青及纤维稳定剂，混合料的 摊铺温度宜为1 6 0 1 8 0 ，温度低于1 4 0 的混合料禁 止使用。选择在当日高温时段进行摊铺，路表温度低于 1 5 时不宜摊铺摊铺遇雨时，立即停止施工，并清除 未压实成型的混合料。 ( 2 ) 连续稳定的摊铺，是提高路面平整度最主要的措 施。摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械 的配套情况及摊铺厚度，按规定l - - 一3 m m i m ，做到缓 慢、均匀、不问断地摊铺。一台摊铺机的摊铺宽度不宜超 过6 7 5 m ，通常采用两台以上相同型号的摊铺机前后 错开1 0 “ - 一2 0 m 成梯队形式同时摊铺，两幅之间应有 3 0 一- 6 0 m m 左右宽度的搭接，且不得造成前面摊铺的混 合料冷却，保证纵向接缝为热接缝。 ( 3 ) 用移动式自动找平基准装置控制摊铺厚度。铺筑 改性沥青S M A 路面时宜采用非接触式平衡梁。 ( 4 ) 摊铺机应调整到期最佳工作状态，调好的螺旋布 料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的 速度和螺旋布料器传速相匹配。螺旋布料器中的料量应 高于螺旋布料器中心，使熨平板的挡料板前混凝土合料 在全宽范围内均匀分布。摊铺前应将熨平板预热至规定 温度( 不低于1 0 0 ) ，摊铺时熨平板应采用中强夯等 级，使铺面的初始压实度不小于8 5 ，摊铺机熨平板必 须拼接紧密，不许存有缝隙，防止卡人粒料将铺面拉出 条痕。 8 改性沥青S M A 的碾压 S M A 路面碾压要严格按“紧跟、慢压、高频、低幅”的 原则进行。由专人负责指挥协调各台压路机的碾压路线 和碾压遍数，使摊铺路面在较短时问内达到规定压实 度，且碾压温度符合规定，初压开始温度不低于1 5 0 ， 4 6 碾压终了表面温度不低于9 0 。S M A 的初压、复压宜用 双钢轮振动压路机速度均匀碾压，禁止使用轮胎压路 机。采用振动压路机压实S M A 路面时，通常振频一般在 4 2 - - 一5 0 H Z 范围内选择，振幅可从0 4 “ - - 0 8 m m 范围内选 择。高频和低幅方式对提高S M A 的压实度防止石料损 伤，保持石料有良好的棱角性和嵌挤作用具有重要的意 义人振幅很容易造成碾压过度，使石料压碎或者玛蹄脂 上浮，产生过碾压弹簧”、“油斑”等现象。压路机轮迹的 重叠宽度不应超过2 0 c m 一旦达到压实度应立即停止作 业，只要形成嵌挤结构即可，防止沥青