导读:：近年来在我国被逐渐推广应用到高速公路上。路面配合比设计及施工技术探讨。
关键词：高速公路，SMA路面配合比设计施工技术
1概述：
沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt）简称为SMA。它是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂胶泥混合料，填充并裹覆矿料表面和粗集料骨架空隙体积中，形成沥青混合料。它以其良好的路用性能，近年来在我国被逐渐推广应用到高速公路上。但是由于有的施工单位对SMA路面不正确的配合比设计和施工以及经验不足等原因，造成了已施工的个别SMA路段出现了种种病害。为了更好的吸取教训，总结经验，更进一步熟悉和了解SMA的特性，本文结合沪蓉国道主干线支线石忠高速路面工程实例，对SMA路面混合料配合比设计、施工及质量控制进行探讨。
2 SMA特性
SMA混合料为间断级配，其构成特性为“三多一少”。三多为粗集料多达70%～80%；矿粉用量多达8%～12%;沥青用量多达6%左右；一少则是细集料少；粗集料颗粒石-石接触，形成骨架结构高速公路，再由沥青、矿粉、木质纤维、玛蹄脂填充其空隙，成为一种密实结构的沥青混合料，SMA路面使用的实践表明，与传统的沥青路面相比较具有以下特性：①更好的耐久性；②抗高温稳定性；③抗低温开裂性；④抗滑性能优越；⑤高温车辙变形小；⑥使用寿命长。
3 SMA路面混合料配合比设计
3.1 材料选择
3.1.1沥青:用于SMA的沥青必须符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中道路石油沥青技术要求或聚合物改性沥青技术要求。为了提高SMA的抗高温稳定性和抗低温开裂性能，可优先选用改性沥青。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA路面采用韩国SK-70﹟改性沥青，它是一种化学改性沥青,呈凝胶状,在基质沥青内部形成一个格架结构,从而改善了沥青的弹性性能,较基质沥青粘度明显增大,软化点升高,感温性能减少,抗老化能力增强,试验结果表明各项指标均能满足规范要求，见表1。
表1 韩国SK-70﹟改性沥青主要技术指标
3.1.2粗集料:SMA之所以具有较高的高温稳定性，完全靠含量较多的粗集料相互靠拢嵌挤作用的好与坏，取决于粗集料的石质，宜使用坚韧、粗糙、有棱角、抗压碎值和洛杉矶磨耗值比较小的碎石。这些性质是SMA成功与否的关键。最好采用捶击式或锥式碎石机破碎的玄武岩、花岗岩、石英岩、安山岩等坚硬的酸性岩石加工成的碎石。由于酸性碎石与沥青粘附性差，必须采用掺加石灰、水泥和抗剥落剂等措施中国论文网。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路选用南京玄武岩石料,它质地坚硬、表面粗糙、棱角性好、压碎值小、与沥青的粘附性达到5级，各项指标均达到了技术标准要求，见表2。
表2 SMA表层玄武岩粗集料质量技术标准
3.1.3细集料:细集料最好采用质地坚硬的人工机制砂。当采用普通石屑代替时，采用与沥青粘附性好的石灰岩，且不得含有泥土杂物;与天然砂混用时，天然砂用量不宜超过机制砂或石屑的用量。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路采用人工机制砂，它具有一定的优良特征，经检测，各项指标均符合规范要求，见表3。
表3 SMA路面用细集料质量技术要求
3.1.4填料（矿粉）:用于SMA的填料（矿粉）必须使用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石磨细的矿粉。为提高集料与沥青结合料的粘附性以及沥青混合料的抗水损害能力，在矿粉中应掺加占矿粉总量30%且不超过矿料总量2%的生石灰粉替代矿粉填料。沥青只有吸附在填料表面形成薄模，才能对粗细集料起粘附作用高速公路，在SMA混合料中，矿粉的用量较普通沥青砼要多一倍左右，所以控制好矿粉的质量非常重要。
3.1.5纤维稳定剂:配置SMA必须使用纤维稳定剂，它具有加筋、分散、吸附及吸收沥青、稳定、增粘等多种功能，稳定剂可用木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维等，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路采用了木质素纤维，木质素纤维通常为混合质量的0.3%左右，其技术要求及检测结果见表4。
表4 SMA混合料纤维稳定剂技术要求
3.2 目标配合比设计
3.2.1本阶段由两个重要问题组成,一是确定矿料的级配,二是确定最佳沥青用量。根据国内外的经验及有关规范,结合本路段的实际情况，推荐SMA间断级配如表5.
表5 沥青玛蹄脂碎石混合料矿料级配范围
以上表级配范围为基础，组合3种试验级配，使混合料4.75mm筛通过率为23.7%、27.2%、30.7%，三个级配均固定矿粉用量为10%。
3.2.2测定粗集料骨架部分的集料间隙率VCADRC
根据?公路沥青路面施工技术规范?(JTGF40-2004)中有关试验规程测出4.75mm以上部分的捣实状态粗集料骨架的间隙率VCADRC。
3.2.3选择初试沥青用量
一般可根据粗集料毛体积相对密度选择,例如毛体积相对密度为2.9左右，选用油石比为5.8%；毛体积相对密度为2.8左右,选用油石比为6.1%；毛体积相对密度为2.7左右，选用油石比为6.4%。还可根据公式计算沥青用量。另外也可根据以往成功路段的实践经验或参考析漏试验的结果选择沥青用量。
3.2.4进行马歇尔试验，根据VMA和VCA确定设计级配
按确定的初试沥青用量，用三组初试级配拌和，在确定的压实温度下制作试件，击实采用正反击50次，计算出VV、VMA、VFA、VCAMIX指标，将三组初试级配的试验结果VCAMIX与VCADRC，比较，选择符合VCAMIX<VCADRC要求的级配高速公路，以4.75mm通过率最大的一组级配为设计级配。根据空隙率VV确定沥青用量。混合料级配选定后，即需要增加或减少沥青结合料含量来获得混合料的设计空隙率,SMA混合料的设计空隙率为3～5%,一般确定为4.5%。 以初试沥青含量±0.5%制作试件, 根据试验结果，得出一种沥青含量时混合料的马歇尔特性VV、VMA、VFA、VCA以及马歇尔稳定度与流值。作出这些指标分别与沥青含量的关系曲线, 在空隙率与沥青含量的关系曲线上，找出对应于设计空隙率4.5%的沥青含量即为最佳沥青用量，并在此沥青含量从其余指标与沥青含量的关系曲线上找出相应的VMA、VFA、VCA与马歇尔稳定度值，如这些数值均符合技术要求，VMA≥17%、VFA=70%～85%、VCA≤VCADRC马歇尔稳定度≥6KN，此沥青含量即为设计沥青用量。沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA最终目标配合比确定为：10～20mm：5～10mm：机制砂：矿粉：沥青用量=44：32：14：10：5.6。
3.2.5SMA目标配合比检验
SMA混合料在由马歇尔试验确定了矿料级配和沥青用量后，还必须进行下列试验确认和验证：用谢伦堡析漏试验检验沥青用量、用肯塔堡飞散试验检验沥青用量、用车辙试验进行高温稳定性检验、用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行水稳定性检验、透水性检验、表面构造深度检验。经检验，各项指标均能满足技术要求（见表6）。
表6目标配合比验证试验结果
3.3生产配合比设计
生产配合比设计是配合比设计的核心，它的成果将直接应用于生产，设计时应以目标配合比为设计基础。
3.3.1确定热料仓的比例:从二次筛分的热料仓中取样,取样时开始几锅应废弃,待拌和站生产稳定时再取样筛分,根据筛分结果确定各热料仓的比例,其遵循的原则和方法同目标配合比设计。
3.3.2按确定的最佳沥青用量及热料仓的比例进行试拌,取样进行马歇尔试验,并完成以下几项内容:抽提并计算沥青用量、筛分、理论最大相对密度、毛体积相对密度、4.75mm以上粗集料占矿料总量的比例、4.75mm以上粗集料占沥青混合料的比例、空隙率VV、计算VMA、计算VFA。由于马歇尔试验结果和现场碾压工艺不同,产生的效果也不同,而且沥青拌和机也存在一定的误差,所以为防止泛油和空隙率偏低沥青用量应减少0.1个百分点，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路最佳沥青用量定为6.0%,结果如表7。
表7 生产配合比马歇尔试验结果
3.3.4生产配合比验证
生产配合比通过铺筑试验段的结果来进行验证,通过试验段还可解决指导施工的其他问题,主要包括以下内容:①生产能力与材料供应、运输车辆、摊铺进度、碾压设备的匹配。②摊铺速度的确定。③碾压速度、压路机型、碾压组合中国论文网。④松铺系数的确定。⑤平整度、高程等指标的现场控制措施。⑥摩擦系数、构造深度、渗水情况以及压实效果等。⑦室内马歇尔指标。⑧级配检验等。试验段施工中要严格控制拌和温度、出厂温度及碾压设备的配置和碾压遍数，沪蓉国道主干线支线石忠高速公路SMA路面试验段检测结果为：沥青用量6.0%、马歇尔试验空隙率为4.3%、稳定度为9.86KN、流值为27.8mm、残留稳定度为97.6%、压实度99.2%,各项指标都比较理想,而且混合料的和易性较好、无离析、无析漏，碾压时无推移，效果比较明显，为后续大面积施工提供了实践依据。
4 SMA路面施工
4.1 施工准备
检查调试各种施工设备,使其处于性能良好状态。对下承层进行清扫，清扫干净后用高压水枪冲洗，污染严重的地方根据规范要求进行特殊处理。下承层表面冲洗干净水分蒸发后喷洒粘层油.并防止再次遭到污染以利摊铺。
4.2 混合料拌和
拌和前将各种集料包括矿粉充分的烘干，沥青加热控制在155～165℃，集料加热温度控制在190～220℃，拌和时间一般控制在50～60秒之间，根据出料情况拌和时间可适当延长高速公路，混合料的出厂温度控制在145～165℃。拌和出厂的混合料应均匀，无花白料、冒青烟、纤维团、离析和结块现象，对于过度加热的混合料或已经炭化、起泡或含水的混合料都应废弃。
4.3 运输
4.3.1SMA粘性较大，自卸车槽内要清理干净、排干积水并在车厢底部和车厢四周涂上一层隔离剂，防止混合料粘在底板上或车厢上。从拌和机向自卸车上卸料时，应多次挪动汽车位置，平衡装料，以减少混合料离析。运料时任何情况下运料车辆都应加盖苫布或棉被保温、防雨、防污染。轮胎应洗净进入工程现场。
4.3.2运输途中不得随意停歇，残留在车上的低于规定摊铺温度的混合料应予以废弃。运到现场的混合料温度不低于145℃。
4.4 混合料的摊铺
4.4.1摊铺温度控制在135～165℃最高不超过165℃，摊铺机保证在摊铺过程中摊铺速度和供料速度基本平衡，缓慢、均匀、连续不间断的摊铺，摊铺速度控制在1～3m/min，杜绝停机待料现象发生，摊铺机前2～3辆待铺。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿，争取作到每天收工停机一次，以减少横向施工缝。
4.4.2摊铺时要保持摊铺机两侧搅笼内的混合料高度一致。以免发生离析或厚度不均的问题。摊铺机熨平板在摊铺前必须预热到100℃以上，并在熨平板下面拉线测校，保证熨平板的平整度，铺筑过程中应开动熨平板的振动或捶击等夯实装置，摊铺采用一台摊铺机半幅全宽路面摊铺，抗滑表层严禁留纵向接缝。若采用两台摊铺机梯队作业时，两机前后错开间距不宜大于10～20m，以保证纵向接缝质量高速公路，不留痕迹。两幅之间应有3～6mm的搭接宽度，应将先铺沥青混合料部分预留10～20cm暂不碾压，作为后摊铺沥青混合料的基准面用。碾压前应仔细清除平整，最后跨缝碾压。
4.4.3摊铺后的沥青混合料不宜用人工反复修复修整，当不得不有人工作局部找补或更换混合料时，需仔细进行，特别严重的缺陷应整层铲除。
4.4.4不得在雨天、下承层潮湿、气温低于15℃的情况下铺筑SMA沥青混合料。已摊铺的沥青层因遇雨未压实的应予铲除。
4.5 混合料的压实
4.5.1压实分为初压、复压和终压三个环节，SMA混合料的初压温度不低于130℃，终压温度不低于70℃，须采用钢轮压路机，不能用胶轮压路机，因为SMA混合料的粘性大，易粘轮，轮胎揉搓碾压会使马蹄脂上浮，造成构造深度降低，甚至泛油中国论文网。
4.5.2混合料摊铺后，应紧跟着在尽可能高的温度下碾压，不得在低温状态下反复碾压SMA，以防止磨掉石料棱角或压碎石料、破坏石料嵌挤。
4.5.3初压采用刚性碾静压，长度一段不大于20m，采用两台压路机同时进行。初压遍数为一遍，复压紧跟在初压后进行，采用重型振动压路机高速公路，碾压应遵循“高温压实、紧跟慢压、高频低幅”的原则，碾压遍数不少于3～4遍，终压采用刚性静压，紧接在复压后进行以消除轮迹。防止过度碾压，过度碾压会出现弹簧现象，混合料无法稳定，当发现构造深度小，马蹄脂有上浮现象时，应立即停止。
4.5.4为防止混合料粘附在轮子上，应适当洒水使轮子保持湿润，严格控制水量，以不粘轮为度。碾压应纵向进行，并由摊铺路幅的低边向高边进行，相邻碾压段重叠至少50cm，初压时始终让从动轮在后，避免由于温度高轮前易留下波浪影响平整度。碾压应均衡地进行，碾压速度不得超过3.5km/h,倒退时要关闭振动，端部方向要渐渐地改变，严禁急转弯。严禁在新铺的混合料上转向、调头、突然刹车或停机休息，不得在当天铺筑的路面上长时间停留或过夜；防止矿料、油料和杂物散落在面层上，造成对面层污染。
4.6 接缝
4.6.1SMA抗滑表层严禁纵向接缝，横向施工采用平接缝，平接缝切缝在混合料尚未在空气中冷却结硬之前进行高速公路，切缝后用水冲洗干净，待干燥后，途刷粘层油，方可铺筑新混合料。
4.6.2为保证横向接缝处的平整度，应用钢轮压路机进行横向碾压，从先铺路面上跨缝逐渐移向新铺面层，初压后用人工找平，用3m直尺检测控制。直到平整度满足要求为止，并注意上、下层横向接缝要错开1m以上。
5 开放交通
由于SMA沥青混合料的施工受温度限制，只有终压后表面温度低于50℃情况下才能开放交通, 为防止污染面层，竣工验收前应进行交通管制。防护、交通绿化、标志标线等工程施工时，严禁造成对沥青面层污染。
6 结束语
SMA沥青混合料路面抗滑表层是路面施工中的最后一道工序，其配合比设计和施工技术水平直接影响路面的质量和使用寿命。所以，施工时重点要在原材料选用、级配和施工工艺水平上下工夫，确保路面工程质量。
参考文献
[1]交通部公路科学研究所．JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．
[2]公路工程沥青与沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）．北京：人民交通出版社，2000
[3]徐培华，王安玲．公路工程混合料配合比设计与试验技术手册[M]．北京：人民交通出版社．
[4]郭金敏，王小召，汪建立．国内改性沥青的研究与应用[J]．建筑技术开发，2005，32(2)：48-50．
[5王奕鹏，杜洪波．SBS改性沥青路用性能的研究[J]．公路，2005，1：151-155．
[6]王国清．公路工程质量问题与防治措施败问百问[J]．北京：人民交通出版社，2002，1．
[7]于本信．沥青混凝土配合比设计指南．1998
[8]于本信．怎样修好沥青混凝土路面．2005(11)
[9]沈金安．改性沥青与SMA路面．北京：人民交通出版社，1998
[10]胡长顺．高等级公路路基路面施工技术．北京．人民交通出版社，1994
