SMA路面设计与施工工艺控制

1、SM泌面设计与施工工艺控制王德元周宏云余坚李建平湖北省襄十高速公路建设指挥部摘要：SM泌面是一种新型沥青路面结构，在长大纵坡、小弯半径多，桥涵结构物密集、冬天雨雪多且气温低气候恶劣等的山岭重丘区，通过对SMA昆合料配合比精心设计、施工工艺过程有效监控，充分发挥SM泌面结构的优势，提高路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性，进而提高路面的耐久性、抗滑性等路面功能。有效地解决湖北省西北部山区高速公路建设中普通沥青混凝土无法解决的难题。关键词：山岭重丘区；长大纵坡；小弯半径；SMA路面设计；施工工艺控制1工程概况湖北省襄十(襄樊市十堰市)高速公路是西部开发大通道武汉至银川高速公路的重要组成部分，它连

2、接鄂西北重镇襄樊、十堰两市，是我省第一条山岭重丘区高速公路。襄十高速公路总建设里程155.9km，襄樊市都营至谷城县段和襄荆汉十连接线约70km，采用平原微丘区高速公路标准修建；谷城县段至武当山段约59km，采用山岭重丘区高速公路标准修建，设计行车速度80kmh，路基宽度24.5m，双向4车道，全封闭全立交，路面结构设计为沥青混凝土路面。其中K374+623K382+009段地形复杂，主要表现在长大纵坡、小弯半径多、桥涵结构物密集等，在高温条件下，车辆轴载大，在上坡路段车速缓慢，沥青混合料的抗剪切能力急剧下降而容易形成车辙；下坡路段要考虑抗滑功能要求；同时考虑到该路段冬天雨雪多且气温很低，经襄

3、十高速公路建设指挥部与设计单位共同研究决定该路段表面层采用SMA-13路面。2SMA路面的功能特性：沥青玛蹄脂碎石(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗级料骨架间隙组成一体的沥青混合料。2.1高温稳定性在SMA勺组成中，矿料是间断级配，粗集料占到70姆上，粗集料之间有良好的嵌挤作用，沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力,即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也不会减小，有较强的高温抗车辙能力。2.2低温抗裂性SM触用较多的矿粉(10%左右),沥青用量多6.2%左右,同时使用纤维稳定剂,由此组成沥青马蹄脂包裹在粗集料表面，

4、充分填充集料间隙，在温度下降、混合料收缩变形时，马蹄脂有较好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能。2.3水稳定性SMA昆合料的内部空隙率很小(4%左右),混合料在压实状态下很少或几乎不渗水，再加上马蹄脂和集料的粘结好,SMA混合料的水稳定性较普通AGAM和AK结构有较多的改善。2.4良好的耐久性SMA勺混合料内部被沥青马蹄脂充分填充，空隙率小，沥青与空气接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好，其较密级配沥青混凝土有良好的耐久性。2.5路面的表面功能由于采用坚硬的、耐磨的优质石料(玄武岩),矿料级配采用间断级配，粗集料含量高，碾压后表面形成大的空隙，因而构造深度大，使雨天高速行车

5、下不易产生水漂，抗滑性能提高，同时雨天的交通不会产生大的水雾和溅水；SMA路面的密水性好，对下面的沥青层和基层有较强的保护作用，使路面能保持较高的整体强度和稳定性。3SMA-13混合料的配合比设计3.1原材料选择沥青：采用湖北省鄂州科氏公司生产PG76-22的SBS改性沥青，其质量技术性质表1。30-国外建材科技2004年第25卷第1期表1沥青质量技术指标试验项目技术标准试验结果针入度(25C,100g,5s)(0.1mm)407570.9针入度指数PI>-0.20.293延度(5C,5cmmin)cm>3050.6软化点TR&IT>7076.5闪点C>2303

6、30溶解度*9999.8旋转粘度(135C)(Pa-s)<31.86旋转薄膜烘箱试验(163C,85min)质量损失软0.10.06针入度比源6568.3延度(5C)cm>2031.1(1) 粗集料：采用湖北省京山县三阳石料场生产的玄武岩碎石，分三档为1#料(169.5mm)、2#印(9.54.75mm)、3#料(4.752.36mm),其质量技术指标见表2。表2粗集料质量技术指标试验项目技术标准试验结果压碎值农2515.7洛衫叽磨耗盼2813.5粘附性等级>4级5级坚固性农1210.7视密度(g-cm-3)>2.61#:2.9552#:2.9313#:2.918细长扁

7、平颗粒含量软157.5含泥量农10.4软石颗粒含量盼10.6细集料：采用湖北省京山县三阳石料场生产的玄武岩石屑和机制砂4#料(<2.36mm),其质量技术指标见表3。表3细集料质量技术指标试验项目技术标准试验结果视密度(g-cm-3)>2.52.948坚固性农127砂当量*6065填料:采用老河口市宝石水泥厂生产的石灰石矿粉，其质量技术指标见表4。表4矿粉质量技术指标试验项目技术标准试验结果视密度(g-cm-3)>2.52.697含水量%<10.2粒度范围<0.6mm100100<0.15mm9010094.2<0.075mm7510087.9夕卜观咖

8、团粒结块无团粒结块亲水系数<10.6纤维稳定剂：采用德国CFF公司生产的TOPCE噤状木质素纤维。其主要质量技术指标见表5。表5TOPCEL絮状木质素纤维质量郊术指标试验项目技术标准试验结果灰分含量18咚5%,无挥发物17.5pH值7.5土1.08吸油率都小于纤维质量的5倍4.6含水率%<54.63.2SMA混合料目标配合比设计参照公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南SHCF40-01-2002的设计原则和步骤，采用马歇尔体积设计方法以空隙率指标(4.0%)来进行最佳沥青用量的确定。调整各矿料比例设计3种粗细不同的级配，三种级配的4.75mm通过率分别为中值、中值土4%,其矿粉数量相同，

9、使0.075mm通过率为10%左右(见表6和图1)。表6集料筛分与合成级配SMA-13集料筛分与合成级配筛孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075掺配比例曙配比例%掺配比例%1#料10083.424.60.60.60.60.60.60.60.64742482#料10010098.79.80.60.60.60.60.60.62930323#料1001001009841.423.612.16.13.51.561004#料10010010010097.879.857.433.120.510.48810矿粉10010010010010010010098.693.3

10、88.2101010级配上限1001007534262420161512级配下限1009050201514121098级配中值1009562.52720.51916131210合成级配110092.264.227.020.818.315.813.211.610.2100合成级配210093.067.931.022.419.216.213.611.810.2100合成级配310092.063.423.420.318.516.213.711.910.310031-国外建材科技2004年第25卷第1期图1SMA-13合成级配曲线图根据规范规程要求采用捣实法测定大于4.75mm粗集料的松方密度并计算捣

11、实状态粗集料骨架的间隙率见表7。表7捣实法试验结果蕉配类型粗集料的毛体积密度(g-cm-3)粗集料的捣实松方密度(g-cm-3)骨架间隙率(VCADRC)%合成级配12.9101.71141.2合成级配22.9191.69641.8合成级配32.9161.65943.1应用马歇尔试验检测方法对3种合成级配进行试验，试验结果如表8。表8马歇尔试验结果试验项目技术要求合成级配1合成级配2合成级配3初试油石比%6.06.06.0纤维掺量。3.03.03.0马歇尔试件击实次数次双面击实50双面击实50次毛体积密度(g-cm-3)2.5282.5332.508最大理论密度(g-cm-3)2.6462.6

12、442.649空隙率VV%344.54.25.3矿料间隙率VMA%17.017.317.218.0粗集料骨架间隙率(VCAmix)<VCADRC40.143.437.4沥青饱和度VFA758574.275.670.4稳定度法68.598.348.09根据以上试验结果及选择VCAmix<VCADRCVMA>17构要求作为设计级配，选择级配1作为目标配合比设计级配。再以初试油石比的0.2%间隔6.0%、6.2%、6.4%进行马歇尔试验，确定6.2%为最佳油石比，试验结果见表9。表9SMA混合料试验结果试验项目技术要求试验结果最佳油石比%6.2纤维掺量。3.0马歇尔试验马歇尔试件击

13、实次数次双面击实50双面击实50毛体积密度(g-cm-3)2.537最大理论密度(g-cm-3)2.640空隙率VV%343.9矿料间隙率VMA%>17.017.3粗集料骨架间隙率(VCAmix)<VCADRC40.1沥青饱和度VFA%758577.6稳定度kNA69.65谢伦堡沥青析漏试验%0.10.06、0.08肯塔堡飞散试验%1510.3车辙试验(次mm-1)>30005983、6130浸水马歇尔试验%8084.3冻融劈裂残留强度比%8090.8构造深度mm0.81.51.1渗水系数(mLmin-1)<20基本不渗水3.3生产配合比设计根据目标配合比确定各冷料仓的

14、出料比例，然后对热料仓的集料进行单仓筛分，确定生产配合比合成级配。在确定各单热料仓的掺配比例时，注意以下两个问题:(1)生产配合比合成级配曲线尽量和目标配合比合成级配曲线一致，特别是关键筛孔4.75mm和2.36mm的通过率要相近;(2)同时结合沥青拌和楼的筛网和筛孔布置情况，各单热料仓的掺配比率应协调，避免出现严重的溢料或等料现象，生产配合比设计结果见表10、表11、图2。表10集料筛分与合成级配SMA-13集料筛分与合成级配筛孔尺寸1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075掺配比例%2#仓10087.51710.40.20.20.20.20.2413#仓100

15、100946.30.40.30.30.30.30.3334#仓10010010094.912.91.71.51.41.31.265#仓10010010099.596.168.846.530.118.88.69矿粉10010010010010010010098.593.481.811级配上限1001007534262420161512级配下限1009050201514121098级配中值1009562.52720.51916131210合成级配110094.964.028.120.717.515.513.712.210.010032-国外建材科技2004年第25卷第1期图2SMA-13合成级配曲

16、线图表11SMA混合料试验结果试验项目技术要求试验结果最佳油石比%6.2纤维掺量。3.0马歇尔试验马歇尔试件击实次数次双面击实50双面击实50毛体积密度(g-cm-3)2.541最大理论密度(g-cm-3)2.642空隙率VV%343.8矿料间隙率VMA%>17.018.2粗集料骨架间隙率(VCAmix)<VCADRC(42.0)41.2沥青饱和度VFA%758579.6稳定度kNA69.27谢伦堡沥青析漏试验农0.10.05、0.08肯塔堡飞散试验盼159.5车辙试验(次mm-1)>30005853、6210浸水马歇尔试验%8090.0冻融劈裂残留强度比%8085.1构造深

17、度mm0.81.51.0渗水系数(mL-min-1)<20基本不渗水3.4SMA混合料的试拌和试铺主要施工机械设备：沥青拌和楼1套(意大利玛莲尼3000型)50装载机6台沥青摊铺机一ABG4231台钢轮压路机:CC5222台、HD1102台运输车(15t以上)25台通过试验路段的试铺，从沥青拌和站到现场混合料的摊铺碾压，施工组织和整个施工工艺安排都很合理，经对沥青混合料和试验路段的试验检测(表12、表13)都能满足相关技术指标要求，因而具备正式生产的条件。表12SMA混合料试验结果试验项目技术要求试验结果油石比(燃烧法)%6.25纤维掺量。3.0马歇尔试验马歇尔试件击实次数次双面击实50

18、双面击实50毛体积密度(g-cm-3)2.538最大理论密度(g-cm-3)2.642空隙率VV%343.9矿料间隙率VMA%>17.018.3粗集料骨架间隙率(VCAmix)<VCADRC(42.0)41.2沥青饱和度VFA%758578.5稳定度kNA68.07谢伦堡沥青析漏试验%0.10.05、0.03肯塔堡飞散试验。蚌159.5车辙试验(次mm-1)>30005953、5764浸水马歇尔试验。8087.0冻融劈裂残留强度比。8084.1表13试验路段检测结果桩号最大理论密度(g-cm-3)毛体积密度(g-cm-3)空隙率VV%压实度%勾造深度渗水系数K377+490右

19、幅2.6502.5354.395.71.2基本不渗水K377+560右幅2.6502.5304.595.51.0基本不渗水K377+785右幅2.6502.5424.195.91.26基本不渗水(gcm3)来控制注：压实度是以真空法最大理论密度仪测得最大理论密度的，控制在94%97咆间。松铺系数为1.19。(1) 4施工工艺的控制SMA沥青混合料的拌和SMA沥青混合料的拌和采用意大利玛莲尼3000型间歇式拌和机，产量240260th。(2) 絮状木质素纤维稳定剂采用机械利用风送式将纤维分散，再吹入拌和锅里。拌和时间控制为干混合的拌和时间为15s,保证集料和木质素纤维充分混合，湿混合时间为35s

20、,保证混合料拌和均匀。温度控制：沥青加热温度控制在170C左右；集料的加热温度控制在185195C左右，且保证矿质集料的温度在整个生产过程中保持基本恒定；沥青混合料的出场温度控制在170185C,派专人对沥青混合料出场前的温度检测和加盖帆布覆盖。如发现温度超过195C或花白等异常混合料给予废弃。(4)逐盘打印出混合料各热料仓集料用量、沥青用量和绘制油石比波动图。SMA沥青混合料的运输整个施工过程以摊铺机为中心，根据摊铺机的工作情况决定运输车辆的数量，保证摊铺机能连续均匀不间断地铺筑，避免车辆过多，而使SMA历33-国外建材科技2004年第25卷第1期青混合料温度降低。(1) 所有运输车辆均采用

21、帆布覆盖。运料车在离摊铺机5080cm左右时以空挡停车，使其由摊铺机推动前进，严禁运料车撞击摊铺机，以确保摊铺的平整度。SMA沥青混合料的摊铺采用一台拼装宽度10.5m的ABG42理摊铺机摊铺。在摊铺上面层时，摊铺机安装浮动式基准梁与熨平板的自动控制传感器结合控制混合料的摊铺标高和平整度。摊铺机的摊铺速度应与沥青混合料拌和楼产量相协调，保证摊铺机匀速不间断摊铺。摊铺过程中，安排专人及时检查铺筑厚度和外观质量，发现松铺厚度不够、局部离析、拖痕等问题及时趁高温进行处理。SMA沥青混合料的压实混合料的碾压按初压、复压、终压3个阶段进行，以“高温、紧跟、高频、低幅”为原则。用2台CC522双钢轮振动压

22、路机碾压，紧跟摊铺机后由边缘向中央分隔带方向碾压，振动碾压4遍，轮迹的重叠宽度以20cm为宜。终压采用2台HD110双钢轮压路机静压，各1遍相邻碾压重叠1312碾压轮宽度，消除轮迹，提高平整度。(2) 压路机起步、刹车要缓慢，严禁在新摊铺层上转向、调头或停机。温度控制：初压温度：不低于160C;复压温度：不低于140130C;终压温度：不低于120C。5现场成品路段的检测:(见表14)表14成品路段检测结果桩号最大理论密度(g-cm-3)毛体积密度(g-cm-3)空隙率VV咖实度勾造深度渗水系数2.6502.5204.995.11.12.6502.5304.595.51.072.6482.52

23、54.695.41.22.6482.5234.795.31.152.6522.5374.395.71.032.6522.5424.895.21.0基本不渗水基本不渗水基本不渗水基本不渗水基本不渗水基本不渗水(gcm3)来控制，现场压实度控制在，所有取K378+100右幅K378+500右幅K379+200右幅K379+700右幅K380+900左幅K381+500左幅注：压实度以真空法测得最大理论密度94%97%t间。为了减少对成品路段的破坏性检测芯地点匀在标线处，并及时进行填补。6结语(1)我国现行的改性沥青技术标准公路改性沥青路面施工技术规范(JTJ036)的改性沥青分级主要以改性沥青的针入度为依据，而针入度只说明25C时的稠度，不能代表其高温和低温特性