SMA路面抗滑表层的质量控制

SMA路面抗滑表层的质量控制摘要: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混合料，SMA路面因其具有良好的抗滑和抗车辙性能被广泛应用于高速公路的抗滑表层。本文结合国道206烟黄段工程实例，对SMA路面混合料配合比设计、施工及质量监理控制做了详细介绍。关键词：高速公路SMA路面抗滑表层质量控制1概述：沥青玛蹄脂碎石路面（简称SMA），不仅具有较好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性，而且由于粗集料的嵌挤，使其还具有良好的抗滑、抗车辙等性能，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，笔者结合国道206高速公路所搞的SMA路面的工程实例，谈谈SMA路面混合料的配合比设计、施工和质量监理要点。2SMA特性SMA混合料为间断级配，粗集料多、矿粉用量多、沥青用量多、细集料少；粗集料颗粒石-石接触，形成骨架结构，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还具有以下特性：①优良的高温稳定性；②良好的耐久性；③良好的表面特性；④良好的低温抗裂性。3SMA路面混合料配合比设计3.1原材料确定3.1.1沥青结合料:沥青结合料必须符合“重交通道路沥青技术要求”，根据工程的气温条件与交通荷载条件选择沥青结合料性能等级，国道206高速公路SMA路面采用MAC70号（麦克）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1MAC70号改性沥青主要技术指标序号试验项目单位试验结果技术要求试验方法1针入度25℃，100g,5s0.1mm4835～60JTJ052-932针入度4℃，200g,5s0.1mm2112～35T06043软化点（环球法）TR﹠B℃87≥65T06064动力粘度60℃Pa.s7600≥300ASTMD49575闪点（COC）℃344≥230T06116溶解度%99.7≥99T06077密度（15℃）g/cm21.033T06038RTFOR质量损失%-0.05≤1.0T06109后残留物针入度%90≥70T06043.1.2粗集料:SMA中粗集料起嵌挤作用，必须用坚硬、粗糙的硬质石料，其质量技术要求，必须满足表2。经考察,国道206高速公路选用烟台栖霞小方山的10～15mm和5～10mm玄武岩石料,它质地坚硬,表面粗糙,棱角性好,针片状含量9.9%、压碎值7.7%、磨光值55BPN、与沥青的粘附性达到4级，各项指标均达到了技术标准要求。表2SMA表层玄武岩粗集料质量技术标准序号指标单位技术要求1石料压碎值%﹤252洛杉矶磨耗值%﹤303视密度t／m3﹥2.604吸水率%﹤2.05与沥青粘附性级﹥46坚固性%﹤127针片状颗粒含量%﹤158水洗法﹤0.075含量%﹤19软石含量%﹤110石料磨光值BPN﹥4211具有一定破碎面积的碎砾石含量%一个面:100两个面:903.1.3细集料:细集料最好采用质地坚硬的机制砂。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。细集料的质量应符合表3的技术要求。国道206高速公路细集料采用玄武岩机制砂，它具有一定的粗细级配，经检测，各项指标均符合规范要求。表3SMA路面用细集料质量技术要求指标单位技术要求1密度t／m3﹥2.52坚固性%﹤123砂当量%﹥604棱角性%﹥453.1.4填料（矿粉）:用于SMA的填料（矿粉）须使用磨细的石灰岩粉，石粉的质量应符合≪公路沥青路面施工技术规范≫(JTJ032-94)的附录表C.12要求,不要用回收粉。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，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，国道206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木质素纤维质量技术要求及检测结果序号试验项目试验结果技术指标1纤维长度均小于6mm6mm2灰分含量13.9%≤18%且无挥发物3PH值6.86.5～7.54吸油率纤维自身质量的5.82倍不小于纤维质量的5倍5含水量3.5%5%（以质量计）6体积密度26g/L～29g/L25g/L～30g/L3.2目标配合比设计3.2.1本阶段重点要解决两个方面的问题,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,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通过下列筛孔的百分率(%)SMA—131610013.290～1009.550～754.7520～342.3615～261.1814～240.612～200.310～160.159～150.0758～12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22%、25%、28%，三个级配均固定矿粉用量，0.075mm通过率为10%左右，三个级配中9.5mm通过率大体在中值上下波动，选择三个不同的沥青混合料的集料骨架间隙率VMA，以满足大于17%的要求。3.2.2测定粗集料骨架部分的集料间隙率VCADRC根据≪公路工程集料试验规程≫(JTJ058-2000)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VCAMIXVCADRC要求的级配，以4.75mm通过率最大的一组级配为设计级配，应选择VMA稍大于17%的级配。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。国道206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=42：34：14：10：5.8。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冻融劈裂强度比（%）抗车辙（次/mm）飞散损失（%）析漏损失（%）渗水参数（ml/min）92.9558970.040.0334.53.3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选定振动筛的筛孔:筛孔尺寸的选择要根据路面结构类型和原材料的粒径大小并要结合以往成功的经验。3.3.2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。3.3.3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，国道206高速公路最佳沥青用量定为5.7%,结果如表7。表7生产配合比马歇尔试验结果沥青用量(%)沥青混合料最大理论密度ρmm试件的毛体积相对密度ρmb空隙率VV(%)饱和度VFA(%)矿料间隙率VMA(%)沥青混合料中4.75mm以上粗集料骨架间隙率VCAmix合成级配中4.75mm以上粗集料间隙率VCADRC5.72.6632.5544.177.718.237.139.63.3.4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。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，国道206高速公路SMA路面试验段检测结果为：沥青用量5.7%、马歇尔试验空隙率为4.4%、稳定度为8.27KN、流值为24.6mm、残留稳定度为97.4%、压实度99%、现场空隙率为5.4%、摩擦系数为55、构造深度为0.86,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，得以大面积推广。4SMA路面施工4.1施工准备4.1.1检查调试各种施工设备,使其处于性能良好状态。4.1.2对下承层进行清扫，清扫干净后用高压水枪冲洗，污染严重的地方要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，根据摊铺能力确定喷洒段落,若喷洒面积太大、摊铺跟不上时间长了容易造成粘层油污染,层间结合不好，影响油层质量。4.2混合料的拌和4.2.1拌和前将各种集料包括矿粉充分的烘干，沥青加热到180℃，集料加热温度控制在180℃以上，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，混合料的出厂温度不低于180℃。4.2.2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，卸一斗料应挪动一下汽车的位置，一般按拌和站所设标志移动三次，即按车的前、后、中的顺序卸料。运料时任何情况下运料车辆都应加盖苫布或棉被，以防止表面降温结壳。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