18 沥青玛蹄脂(SMA)路面施工工法

PAGE1-沥青玛蹄脂（SMA）路面施工工法GGG（京）B4018-2008张宏建汪华朱富奎曹程王晋（安通建设有限公司新疆昆仑路港工程公司）1前言安徽省高速公路的建设在2000年以前均以水泥砼路面为主，但随着早期建设的水泥路面大中修期的到来，给高速公路的维修带来了极大的不便，艰难的维修工作同时严重的影响着行车的安全性和舒适性，为改变这种被动局面的循环再现，省高管局出台了高速公路黑色化的决策，此决策也得到了交通部的大力支持，2000年10月安徽省第一条沥青砼路面,合徐高速公路南段建成通车，随后，省高管局又提出了在合（肥）安（庆）高速公路路面08标（安庆连接线）铺筑长24.4km2工法特点2.1本工法采用间歇式沥青混合料拌和楼集中拌和、大吨位自卸车运输、履带式沥青混合料摊铺机进行摊铺、双钢轮振动压路机高温碾压成型的机械化流水作业方法，其中拌和时采用专用纤维稳定剂投料装置直接将木质素纤维自动投放，摊铺时采用非接触式平衡梁自动找平。

2.2本工法是多年来在SMA路面的施工实践中总结出的成熟施工方案和施工工艺的基础上，逐步优化而成，可操作性强。2.3由于SMA路面施工工艺要求较高，与其它间断级配混合料一样，它对施工因素的敏感性较强，极易造成质量波动、局部泛油、油斑、透水等，施工人员必须经全员培训掌握SMA路面特性及本工法后，才能上岗。2.4SMA路面对原材料及机械设备的性能要求高，由于混合料生产时各料仓间不平衡、矿粉投放时间加长，以及拌和时间增加（较普通沥青砼长10～15S），产量降低比较明显，因此，必须配备每小时产量达220吨以上的拌和设备。

2.5由于SMA混合料为间断级配，粗集料粒径单一、量多，细集料很少，矿粉用量大，且使用改性沥青，因而SMA路面施工时应充分考虑其沥青玛蹄脂的粘性大及工序间的互动性强引起的施工难度。

2.6本工法受气候条件影响明显，适宜在高温季节施工，施工阶段的各道工序均在高温（较普通沥青砼高10～20℃）状态下进行。3适用范围本工法适用于高速公路、一、二级公路和机场跑道、城市道路、钢桥桥面等SMA路面施工。4工艺原理4.1沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。沥青玛蹄脂碎石混合料的组成特征主要包括两个方面：①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性、抗变形能力强的结构骨架；②细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结在一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。SMA的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。具体讲：①SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70%～80%，矿粉用量达7%～13%，（“粉胶比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的间断级配，很少使用细集料；②为加入较多沥青，一方面增加矿粉的用量，同时使用纤维作为稳定剂；③沥青用量较多，高达6.0%～6.5%，粘结性要求高，并希望选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青（最好采用改性沥青）。所以，沥青玛蹄脂碎石混合料的强度是依靠粗集料在沥青混合料中的骨架嵌挤作用和沥青玛蹄脂胶结料的粘结裹覆作用形成的，因而它更具有很好的耐久性、抗高温稳定性、抗低温开裂性、抗滑性及较好的排水性能。4.2合安路面08标使用的基质沥青系进口壳牌AH-70号重交道路石油沥青，改性剂采用SBS（笨乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段物），SBS为湖北燕化公司“国创一号”星型，剂量5%，由北京国创改性沥青有限公司的LG-8型炼磨式改性设备在拌和厂现场改性，该设备分加工车和储存车两部分，加工车首尾通过管道分别与基质沥青储存罐和改性沥青发育储存罐连接，改性剂SBS经计量装置称量后进入改性车，经高速剪切和多次胶体磨之后泵入改性沥青发育储存车，发育储存罐直接与拌和楼沥青计量罐相连，目前所用改性沥青均可直接使用成品改性沥青。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程（图5.1）5.2操作要点5.2.1认真进行材料调查，准确掌握各种材料的性能、价格、运距等方面的信息，在材料进场前后都要抽样送检，在确保各项指标都合格运输沥青、各种规格料、矿粉至拌和场沥青、骨料、矿粉各种检测配合比试配试拌沥青拌合料全面检验沥青混合料运达工地待卸运输沥青、各种规格料、矿粉至拌和场沥青、骨料、矿粉各种检测配合比试配试拌沥青拌合料全面检验沥青混合料运达工地待卸检测沥青混合料温度和离析情况运料车向摊铺机卸料摊铺机摊铺轻型钢轮压路机初压振动压路机复压终压成型各种检测测量放样浇洒透层油或洒粘层油设置基准线拌合个别不合格沥青拌合料定期检验个别不合格后才能大批量进场和使用，且经选择的材料在施工过程中应保持稳定，不得随意变更。5.2.2施工前对各种施工机具应作全面检查，并经调试证明处于性能良好状态，机械数量足够，施工能力配套，重要机械宜有备用设备5.2.3SMA混合料的配比设计应根据实践经验和马歇尔试验的结果，经过试拌，铺筑实验段论证确定，一般要经过三个阶段：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段；经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。合安高速公路SMA混合料的配比设计图5.2.3-1SMA混合料级配（目标配合比设计）5.2.4SMA混合料必须在沥青拌和厂采用间歇式拌和机械拌制，沥青混合料拌和时间以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度，并经试拌确定；拌和厂的沥青混合料应均匀一致、无花白料、无结团成块或严重的粗细分离现象，不符合要求时不得使用，并应及时调整；按试验段确定的配合比生产且不断进行跟踪检测，改性沥青混合料宜随拌随用，若因生产或其它原因需短时间储存时，时间不得超过24h。5.2.5木质素纤维的添加应使用自动控制的纤维投入设备，管道接至热料仓观察孔处，该设备具有较精确的计量控制系统，添加过程为全图5.3SMA混合料级配（生产配合比级配）自动控制，纤维与沥青同时喷入，试验过程中证明，纤维不会被拌合机内的真空吸尘装置吸走，能够保证按设定剂量添加，观察表明，纤维在混合料中分散十分均匀，无团块。铺筑的每一天应根据实际使用的木质素纤维和SMA混合料产量进行校核。5.2.6SMA混合料的运输应采用较大吨位的自卸汽车，应与摊铺机的数量、摊铺能力、运输距离相适应，在摊铺机前应形成一个不间断的供料车流，运料车应用蓬布覆盖，用以保温、防雨、防污染。5.2.7铺筑SMA混合料前，应检查确认下层的质量、标高及几何尺寸等，合格后方可进行施工作业；沥青混合料必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，同时配以人工找补，摊铺速度应符合2～6m/min的要求5.2.7SMA混合料的压实应按初压、复压、终压（包括成型）三个阶段进行，压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，初压应在较高温度下进行，不得产生推移、发裂，压实温度应满足规范要求，压路机应从外侧向中心碾压，压路机的碾压速度应与摊铺速度平衡，碾压遍数及轮迹重叠宽度应符合规范要求。应该注意的是，SMA路面碾压不能使用胶轮压路机，应采用全钢轮压路机碾压5.2.85.2.9SMA改性沥青砼应保持连续、均匀、不间断的摊铺；压实应在摊铺以后紧接着进行，不得等混合料冷却以后碾压，在初压和复压过程中，宜采用同类压路机并列成梯队压实，不宜采用首尾相接的纵列方式；振动压路机碾压时轮迹重叠不超过205.2.10当采用二台摊铺机成梯队作业时，纵缝应采用热接缝，两台摊铺机相距宜为10～206材料与设备6.1主要材料统计表6.1.1粗细集料：粗细集料均采用强度高、耐磨性好的玄武岩，碎石加工宜采用反击式破碎机自行加工，小于0.075mm部分要基本除尽。碎石加工质量要严格控制，矿粉必须使用强基性石灰岩磨细的石灰石粉，细度、亲水系数必须6.2主要施工机械（表6.2）主要施工机械表表6.2机械名称型号规格额定功率（KW）或容量m3吨位(t)厂牌及出厂时间数量(台)沥青混合料拌和楼LB300220t/h19991摊铺机ABG-42312.5m19992摊铺机ABG-42312.5m20001压路机DD11012t19993压路机HD11012t19991压路机CC52212t19991沥青洒布车东风牌19981油罐车HQG110099kw19971电子磅秤SCS8080t19991发电机小松牌400kw19991装载机ZL503m19964挖掘机PC220-5C1.0m19931洒水车WX-1404.5t19991压路机CA25S25t19981自卸汽车XZJ527015t199920路面洗刨机Wirtgen1900DC297kw200016.3材料试验、质检仪器设备（表6.3）材料试验、质检仪器设备表表6.3序号仪器设备名称规格型号单位数量备注01全站仪（宾德）PTS－V2台102水准仪DZS3－1台203三米直尺把104电子秤4000g台105电烘干炉101－1型个106托盘天平2000g台107弯沉仪3.6m套208干燥器个109台秤10kg台110取样盘（大、中、小）个各1511电子秤MA110g台112石子标准筛2.5～100mm套113砂子标准筛0.16－5mm套114针片状规准仪套115马歇尔试验仪台116沥青抽提仪台117控温沥青拌和机台118马歇尔脱模器台119恒温水槽（六孔）LSY个120电烘箱101－A2型个121全自动数显沥青针入度仪LZ－S台122沥青针入度仪台123沥青延度试验仪台124沥青软化点试验仪个125摆式磨擦系数仪台126平整密度仪台127钻芯取样机75～100台128沥青马歇尔稳定度试模个129沥青矿料方孔筛0.075～37.5mm套230沥青旋转薄膜烘箱XH－85台131路面平整度测定仪ZJ－79台132谢伦堡沥青析漏仪台133肯塔堡沥青飞散试验仪台17质量控制各工序针对工艺特点参照有关规定，除制定明确的质量标准和检查记录表格，执行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）和《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-2004）等有关规定。7.1改性沥青对SMA路面的贡献率很高，它的质量直接关系着SMA路面的耐久性。施工中对改性沥青的质量控制主要从：改性剂与基质沥青的相容性，改性剂SBS的出厂质量，添加精度，SBS的剪切颗粒大小与基质沥青的胶磨次数，改性沥青的软化点、延度、针入度、薄膜加热等指标的检验，对三大指标的检验要每日随机多次抽检，在施工中，现场试验员用玻璃棒在白纸板上刮拉直观检测改性沥青的加工质量，对于及时发现问题会收到很好的效果。基质沥青进入改性设备的温度应控制在170℃～175℃（不超过175℃），改性后的沥青温度控制在175～180℃（不超过180℃），改性沥青应根据当前的混合料产量生产，储存时间不宜超过24小时，在储存时为防止离析，要不停的搅拌。试验路铺筑过程中基质沥青、改性沥青试验检测结果见表7.1，改性沥青的质量控制情况如图7.1。基质沥青及改性沥青检测结果表7.1技术指标I-D级改性沥青技术指标改性沥青试验结果基质沥青试验结果针入度25C100g5S(0.1mm)大于等于505364延度5C,5cm\min大于等于3040180软化点（环球法）大于等于707546弹性恢复25C大于等于9096密度实测1.01.02图7.1改性沥青的质量控制7.2SMA路面碾压控制，以往有过教训，SMA路面压实遍数少，害怕过碾压造成玛蹄脂上浮，产生油斑，主要是配合比设计时空隙率靠油填充，4.75mm的通过量过大，因而压路机少振动或不振动就可达到规定的压实度和路面空隙率，但通车后在重载交通的作用下，空隙率很快地减小，出现了车辙和泛油现象，这是SMA混合料配合比控制的误区，SMA混合料必须适当降低油石比，增加粗集料用量，减小4.75mm通过率，增大压实功，使通车后路面空隙率减小较慢，提高抗车辙能力。7.3配合比的质量控制，在配合比设计时虽然由于油石比小造成马歇尔空隙率和饱和度指标不满足要求，但主要还是应以成型路面的实测指标为依据，通过增大压实功来降低路面空隙率，保证大吨位的振动压路机强振不推移且有足够的构造深度而不渗水，这是成功控制SMA混合料配合比的关键所在。7.4SMA混合料的质量检测施工的每一天均要进行室内马歇尔试验，谢论堡析漏试验，抽提试验和体积指标检验，确保VCAmin(最小骨架间隙率)小于VCADRC(粗集料骨架间隙率)实现石－石嵌挤结构。在配合比设计阶段还要进行肯它堡飞散试验，车辙试验，水稳定性检验，对施工结束后的路面应进行钻芯试验，检测现场压实度和现场空隙率，确保现场空隙率小于6.0%。因SMA混合料中有木质素纤维，不宜使用燃烧炉测试SMA的油石比。试验室从拌合站取样，在165℃击实温度下，以上下面各击实50次制作马歇尔试件，抽提试验（最佳油石比6.2%）及矿料级配筛分结果（平均值）见表7.4-1。在试验路铺筑前的线外试铺时，使用了三种油石比进行了试铺，选定6.2%为最佳油石比，马歇尔试验结果见表7.4-2。SMA粗集料间隙率VCADRC=42.5%(VCAmin分别为37.6、37.2、37.3)混合料油石比通过下列筛孔（mm)的百分率（%）名称（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075SMA-166.23%10098.680.658.126.818.415.8141311.99.2混合料抽提及矿料级配筛分结果（平均值）表7.4-1油石比（%）粗集料合成毛体积相对密度合成集料的毛体积相对密度沥青混合料最大理论相对密度空隙率%沥青矿料稳定度KN流值0.1mm饱和度（%）间隙率（%）62.4682.3564.574.717.98.6729.26.12.7012.7062.4642.3584.376.117.99.2930.26.22.4612.3634.077.717.812.7932.3规范值//计算法求得实测3-475-85>16.5>6.520-50SMA-16马歇尔试验结果表7.4-28安全措施8.1建立安全保证体系，由项目经理部设安全领导小组，各级生产机构配齐专职安全员，实行岗位责任制，把安全生产纳入竞争机制，纳入承包内容，逐级签订包保责任书。明确分工，责任到人，奖罚分明，作到齐抓共管。抓管理，抓制度，抓队伍素质，盯住现场，跟班作业，抓住关键，超前预防。8.2把职业健康安全管理体系落到实处，通过定期召开安全生产工作会议、广泛组织工地夜校和工前教育、要求专业岗位人员持证上岗等有效措施，使安全管理程序化、规范化、制度化，从而进一步提高全员的安全生产意识，使大家能自觉遵守各项安全生产法令和规章制度。8.3施工现场做到布局合理，施工规范，防范严密，工地做到管线齐全，灯明路平；标志醒目，防护设施齐全；在施工现场悬挂有关施工安全标语，设立醒目警示牌，高空作业配戴安全帽，安全带，配置安全网。机械施工时设专人现场调度，确定合理的车辆机械行走线路。并设立明显安全标志。8.4做好交通疏导、管理工作8.4.1路面施工经常会遇到路段半幅分段封闭、半幅正常通车情况，因此要充分做好交通疏导管理工作。要在封闭段前后2008.4.2施工人员应在施工作业段内活动，不得随意横穿车辆行驶车道，以确保人员安全。8.4.38.4.48.4.58.4.6施工中注意保护好防汛设施，不损坏沿线排水系统,不因施工而削弱河流、堰塘、堤坝的抗汛能力，并注意疏通河道沟渠，不削减过水断面，确保水流畅通。汛期到来前将施工机械设备、材料物资转移到高处，并昼夜巡查，发现险情迅速消除。8.4.7做好季节性劳动保障：根据季节变化夏季作好防暑降温工作，配齐防暑劳保用品，备足防暑药品。冬季作好防寒工作，配齐保暖设施，备足取暖的材料，并注意防止煤气中毒。9环保措施在施工中，坚持国家有关环境保护政策，以预防为主。积极同当地环保部门配合，加强本单位的环保宣传教育，增强施工人员的环保意识。发动群众，调动一切积极因素，切实做好施工期内的环保工作。9.1建立健全环保体系9.1.19.1.2严格执行当地现行的环保条例和排污管理办法的有关规定。9.1.3根据支队制定的环境管理体系，分析和识别路面施工各工序对周围环境的影响程度，进行有效的治理与预防9.1.4积极主动与沿线群众沟通，听取群众的合理建议，不断改进施工方法。9.2施工各环节中的环保措施9.2.19.2.2保护农田排灌系统设施，不得随意将农田灌溉沟渠作为工程水源，应与地方群众协商处理。9.2.39.2.49.2.5加强施工便道维修，施工便道保持畅通整洁，经常洒水，保持湿润，减少扬尘。对利用原乡村道路的地段，我部会实施定期养护，对破坏严重的地段，采取提高路面等级的方法给予无偿修筑，保证当地群众的交通方便。尽可能改善工艺措施，选择优良设备，要尽量减少噪音；路线距离村庄较近处应加强对施工噪声的控制。在夜间及居民休息时间，学校上课时间尽量避免作业，对噪声较大的施工机械采取安装消声器的方法降低其噪音污染。9.2.69.3按照设计要求认真做好环保绿化工作。永久用地范围内裸露地表用植被覆盖。临时用地使用完后，要恢复原场地，便于群众复垦，对群众有困难修筑的灌溉、便道等工程可安排我部相应的机械设备加班无偿援助。9.4在工程施工中和完工后，对破坏的环境要及时整治，防止水土流失和适时进行植被恢复，接受各级环保部门对本工程环境保护工作的日常监督管理。10资源节约沥青玛蹄脂技术是近年来随着对资源及环境保护的重视而发展起来的，它采用改性沥青、木质纤维，与传统的技术相比，具有强度高、抗磨损、低噪音、防滑等优势。从道路结构设施的性能指数分析来看，过于重视一次性投资，而忽视了其耐久性，造成了道路结构设施早期损坏现象严重，浪费了大量的资金用来养护和维修，影响了城市的发展。因此，在新建与改建的道路结构设施中，应尽力采用新材料、新工艺，提高其耐久性。沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种路用性能好，耐久性高的沥青路面。它是一种由沥青、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集料骨架间隙组成一体的沥青混合料，应该进一步研究并大力推广应用。在道路建设发展的同时，由于道路里程逐年增加，由此对路面维修养护的需求也日益提高，同时也随着维修养护工程而产生大量的沥青路面废料，所以对路面废料的再生利用应进一步开展，可提高效益、节约能源、减少废物；我国大部分城市的道路设施的早期损坏现象严重，因此加强研究道路桥梁各类病害的预防和治理的新工法，选择SMA混合料对加强城市桥梁的维修养护、及时治理病害，延长道路结构设施的使用寿命，以及对城市的可持续发展都会产生影响。11效益分析11.1该工法与相似类型沥青路面相比具有以下优势和经济效益：①抗滑耐磨，具有良好的抗疲劳和抗车辙性能；②提高路面的抗拉与结合强度；③延长路面使用寿命，减少养护费用；④降低噪音、符合环保要求；⑤具有良好的排水性。而且SMA路面较一般沥青路面黑亮，表面观感较好，符合景观大道对外观的要求。同时从路面使用全寿命周期的综合效益评价来看，SMA路面虽然初期投资较高，但使用寿命延长，养护费用减少，使用质量较高，社会效益较好。11.2SMA混合料的优越性SMA属简断级配，大于4.75mm的碎石用量一般在70~75%左右，SMA属石石嵌挤结构，不同于AC型的悬浮结构，在SMA的施工中，混合料的松铺系数一般在1.02~1.05之间，碾压过程中可以发现，SMA混合料在初压时即没有轮迹，在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥（这也是判断混合料是不是SMA的直观标准），碾压成型后表面有足够的构造深度又基本