SMA沥青路面的设计与施工

1、 SuperpaveSMA路面路面 施工技术讲座施工技术讲座 2013年5月10日n n主讲人：张瑜n浙江省交通工程建设集团有限公司测试中心n高级工程师n公路工程一级注册建造师n市政工程一级建造师n公路、桥梁工程试验检测工程师n联系电话QQ号码：651285157n邮箱：n欢迎联系！ n SMA路面的设计与施工一、SMA的概念与特点n1、 SMA的概念与特点nSMA（Stone Mastic Asphalt）即沥青玛蹄脂碎石混合料，它是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架;然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密

2、实结构的沥青混合料。nSMA的组成特点：三多一少n粗集料用量多：7080%n沥青用量多： 6%左右n矿粉用量多： 10%左右n细集料用量少：1520% n普通密级配沥青混凝土nSMA结构 n密级配沥青混凝土与SMA的横断面比较 nSMA的特点n嵌挤的骨架高温稳定性好,抗车辙能力强n粗集料用量多路表粗糙抗滑、行车安全n空隙率较小抗水害、耐老化n沥青用量多抗裂性好，耐久性好 二、原材料情况：集料岩性集料岩性细集料石灰岩粗集料玄武岩或辉绿岩等硬质岩石二、原材料情况：材料堆放 n1、不同规格、不同岩性的碎石材料严格分档、隔离堆放，严禁混堆。各档材料间设置高于2m的硬分隔墙，2m以上部分采用软隔离；分隔

3、墙顶面高于料堆坡脚至少50cm以上，料堆形状为梯形n2、上面层材料分三档，其中02.36mm集料设雨棚。n3、拌和场地施工标牌结合监理规程有关原材料及混合料报验制度的规定，在材料堆放处设立原材料品名牌及报验牌，在拌和设备前设混合料配合比标牌，并严格按施工配合比施工。n4、不同规格的材料设置明显的标识牌，原材料报验牌上注明材料品名、用途、规格、产地、检验时间、检验结果、监理工程师是否同意使用等内容。二、原材料情况：材料堆放二、原材料情况：材料要求n1、沥青：采用改性沥青 SBS改性沥青技术指标（表1）检测项目针入度100g,5s25针入度指数PI值软化点(环球法)运动粘度135动力粘度60延度5

4、cm/min5闪点溶解度TOFOT试验163，5h质量变化针入度比25延度5单位单位(0.1mm)Pa.sPa.scm%cm技术技术要求要求4060075380030230990.67020二、原材料情况：材料要求n2、粗集料：采用反击式破碎机轧制的碎石，石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石，进场后按标化工地的要求分档堆放，并满足表2的质量技术要求。 粗集料质量技术要求（表2）指标石料压碎值洛杉矶磨耗损失表观相对密度吸水率粘附性坚固性针片状水洗法（0.075）软石含量磨光值常温高温9.513.2mm4.759.5mm9.513.2mm4.759.5mm单位单位%级级%BPN技术技术

5、要求要求2024282.61.551210100.60.82.544二、原材料情况：材料要求指标表观相对密度坚固性（大于0.3mm部分）砂当量亚甲蓝值棱角性（流动时间）单单 位位%g/Kgs技术要求技术要求2.6012705303、细集料：采用坚固、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的石灰岩细集料，且不得含有泥土杂物，不能采用山场的下脚料。细集料质量技术指标见表3。 细集料质量技术指标（表3） 二、原材料情况：材料要求n4、填料：采用石灰岩经磨细得到的填料。填料必须干燥、清洁，填料质量技术要求见表4。 填料质量技术要求（表4）指标表观密度含水量粒度范围外观亲水系数0.60.150

6、.075单位单位t/m3%技术技术要求要求2.61.01009010080100无团粒无团粒结块结块0.8二、原材料情况：材料要求n5、木质素纤维：采用优良的原生木材生产的絮状木质素纤维，技术指标应满足表5的要求。 絮状木质素纤维质量要求（表5）指标灰分含量PH值吸油率含水率（以质量计）单位单位%/%质量要求质量要求1857.51纤维质纤维质量的量的5倍倍5三、机械设备要求沥青上面层施工机械使用表（表6）设备名称单位数量型号要求备注拌和楼套13000以上木质素纤维投放器台2专用设备摊铺机台3ABG423等一台备用双钢轮压路机台5进口钢轮压路机，自重15吨以上1小型宝马压路机边部碾压自卸车辆30

7、20T以上智能沥青洒布车辆1自动洒布三、机械配合情况 机械设备改造情况（1）、运输设备：采用大吨位的运料车辆进行运输，在运料车的侧面中部设高温专用检测孔，孔口距车厢底部约30cm。运料车尾部加设挡板，以车辆顶升后不接触摊铺机底板并能有效的防止混合料外漏为度。（2）、摊铺设备：a、摊铺机螺旋布料器叶片在支撑处应时行反装。b、摊铺机受料斗采用高强度耐热橡胶挡板。c、摊铺机螺旋布料器前挡板加钢板挡板，避免挡板离地面过高造成混合料离析。 沥青摊铺机改装n按省厅指导意见要求，对沥青摊铺机尾端螺旋进行改装，以防止混合料离析现象的产生沥青摊铺机改装 摊铺机受料斗加装耐热橡胶挡板 摊铺机螺旋布料器前挡板加挡板

8、，避免挡板离地面过高造成混合料离析。 四、SMA-13改性沥青混合料配合比设计 n改性沥青SMA-13混合料配合比设计包括：根据规定的材料和混合料指标要求，通过试验选取合适的集料和改性沥青、确定合理的集料配合比例、沥青用量、混合料的最大理论密度、空隙率和沥青饱和度。SMA沥青混合料必须满足稳定度、流值、车辙试验动稳定度的要求。 n(1）配合比设计的原则n选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤n使用强度高、立方体状集料n较多地使用沥青，空隙率为4%nVMA 16.5%n析漏、飞散满足要求n满足高温稳定性要求n满足水稳性要求 四、SMA-13改性沥青混合料配合比设计1、改性沥青SMA-13上面层的设计

9、标准 上面层改性沥青SMA-13集料级配通过率范围（表7） 筛孔尺寸（mm）通过率（%）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075最小1009050201514121098最大1007534262420161512四、SMA-13改性沥青混合料配合比设计改性沥青SMA-13马歇尔试验配合比设计技术要求（表8） 试验项目单位技术要求马歇尔试件击实次数%两面各击75次空隙率%34.5集料间隙率%不小于17.0沥青饱和度%7585稳定度KN不小于6.0流值mm25四、SMA-13改性沥青混合料配合比设计改性沥青SMA-13配合比设计检验指标技术要求（表9）检验项目单位技

10、术要求车辙试验动稳定度次/mm不小于3000水稳定性：残留马歇尔稳定度 冻融劈裂试验残留强度比%85以上80以上渗水系数ml/min不大于50构造深度mm0.91.3 n(4)配合比设计的步骤na初拟级配:选择初试级配，按照下表的级配范围拟定3个试验级配，使其4.75mm的通过量分别为表中级配范围的中值、中值3%。nb测定VCA(粗集料间隙率)n按照T0309-2000或AASHTO TP19的试验方法，测定各试验级配粗集料骨架部分的粗集料间隙率VCADRYnc选择初试沥青用量n在满足最小沥青用量要求的情况下，拟定一个初试沥青用量。根据我省玄武岩的状况，集料的合成毛体积密度约为2.9g/cm3

11、左右，因此最小沥青用量为5.7%(油石比为6.04%)。 nSMA最小沥青用量要求集料的合成毛体积密度g/cm3 最小沥青用量（油石比），%2.56.6(7.07)2.66.3(6.72)2.76.1(6.50)2.85.9(6.27)2.95.7(6.04)3.05.5(5.82) nd确定设计级配n对三个试验级配，采用初试沥青用量，成型马歇尔试验，测试混合料的VMA、VCAmix，n比较三组试验级配，选择满足： VCAmix 150 23km/h复压130 35km/h终压100110 36km/h压路机加装限速装置 轮胎压路机改进装置压路机上增设围裙 沥青路面碾压n5）由于在沥青混合料中

12、掺加了路用纤维，因此对碾压工艺的要求比较高。在碾压过程中要注意碾压温度及碾压方法，特别要遵循紧跟、慢压、低幅、高频、小水的原则。碾压过程中压路机有沥青混合料碾轮现象时，可向碾压轮洒少量水；n6）压路机的折返点要随着摊铺进程向前移动，这样既保持了碾压温度，又不影响平整度。沥青路面碾压n压路机并列碾压方式成型后的SMA沥青路面沥青路面芯样剖面n上面层芯样横向剖面SMA路面的人工处理n(1)尽量把人工操作降低到最低限度；n(2)应供应足够的未离析的混合料到接缝上；n(3)必须注意在人工操作时，不要做多余的工作；在摊铺机离析的部位人工洒一些细料来补平是正常和必要的，但是如果在未出现离析的部位也洒上细料

13、那将是画蛇添足，尤其对于SMA来说，将导致碾压成型的路面出现油斑。 六、工程实例及典型病害案例n (一)甬台温高速公路台州院桥试验段99年n (二)320国道嘉兴段 2000年 （三）甬台温高速公路平苍段试验路段 （四）杭金衢高速公路常山段试验路段n（五）丽龙高速公路莲都段试验路段n（六）杭浦高速公路n（七）02省道余杭段 n（一）甬台温高速公路平苍段n2005年、2006年均出现深度车辙，最大车辙达5-10cm且出现松散现象；n2006年8月，实施试验段，中面层SUP-20，上面层SMA-13；n经2006年、2007年度两个最不利季考验，2007年10月再次观测，车辙最深部位只有0.5cm

14、左右。 n（二）杭金衢高速公路常山段：n2006年出现车辙，最深部位达5-8cm；n2006年11月实施试验段，中面层SUP-20，上面层SMA-13；n经2007年最不利季节考验，2007年10月再次观测，车辙最深部位只有0.6cm左右。 n（三）丽龙高速公路莲都段试验路段：n下面层AC-25使用50号沥青，中面层SUP-20使用岩沥青等四种结构，上面层采用SMA-13添加木质素纤维；nSMA-13主要技术指标：n渗水系数：基本不渗水n构造深度：1.1-1.4n摩擦系数：55-65n油石比6.2%，孔隙率4%,间隙率17.8%，饱和度77.5%；n4.75mm通过率27%；0.075mm通过

15、率11%左右； n（五）02省道余杭段路面n共进行了8次试验段，其中地方道路上5次，主线上3次，其中两次返工处理；n调整了5种不同配合比； n案例1：n为追求大的构造深度，4.75mm通过率控制在27%，9.5mm通过率控制在52%(下限50%)，0.075mm通过率控制在10%左右；n结果：级配偏粗，表面构造深度过大（1.3-1.5），渗水系数不合格；n结论：该级配9.5mm通过率偏小，导致构造深度偏大；单独调整9.5mm通过率不可行； n案例2：n为追求大的构造深度，4.75mm通过率控制在25%，9.5mm通过率控制在55%(下限50%)，0.075mm通过率控制在11%左右；n结果：级

16、配偏粗，表面构造深度过大（大于1.3），渗水系数仍然不合格；n结论：该级配4.75mm通过率偏小，导致构造深度偏大；单独调整4.75mm通过率也不可行； n案例3：n4.75mm通过率控制在27%，9.5mm通过率控制在52%(下限50%)，0.075mm通过率控制在11.3%左右；n结果：表面构造深度大（1.1-1.3），基本不渗水,各项技术指标均符合要求；n结论：4.75mm通过率不变，调整9.5mm与0.075mm通过率，相当于增加矿粉填充9.5mm以上增加的孔隙；使用效果比较满意；该配比属于适用的粗型； n案例4：n4.75mm通过率控制在27%，9.5mm通过率控制在55%左右(下限

17、50%)，0.075mm通过率控制在10%左右；n结果：表面构造深度适中（1.0-1.2），基本不渗水，各项指标均符合要求；n结论：各筛孔均按照目标配合比设计的结构来控制，使用效果最理想；该配比属于适用的中型（传统型）。 n案例5：n采用粗型级配，但是纤维添加时间控制不严，干拌时间不足，矿粉和纤维添加次序颠倒n结果：路面摊谱后开始碾压时出现油量离析，导致路面出现条状翻浆；n结论：纤维在SMA中起到吸油、加筋、增密作用，对SMA的使用效果影响很大，必须保证纤维的质量与添加工艺及效果； n案例6：n采用粗型级配，但是为防止再次泛油，盲目减低沥青用量，盲目降低施工温度；n结果：路面压实度不足，孔隙偏大，渗水系数大于500，局部达到1000多；n结论：SMA对沥青用量敏感，最佳沥青用量最大只有0.2%的可调整余地；SMA对温度敏感，如果温度不能保证，就不能称做SMA，使用效果甚至比一般的沥青混凝土还要差； n试验结论：nSMA路面的施工，必须做到以下几点，才能保证施工质量：n1、严格控制9.5mm、4.75mm、0.075mm筛孔的通过率；n2、保证矿粉的添加量，掌握合适的添加时机；n3、保证纤维的质量、添加工艺、添加设备与添加效果；n4、保证准