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标题 SMA路面在河北高速公路的应用调查
范文 王联芳++焦彦利 ??



摘 要：为了研究SMA在河北省的应用及使用现状，将沥青玛蹄脂碎石（SMA）在河北的应用与发展归纳为3个阶段，并介绍了目前河北省采用的SMA混合料的设计方法、施工工艺。通过对青银高速河北段AC与SMA路面表层病害、车辙和抗滑能力等路用性能的检测数据进行分析，进行了2种路面的对比，证明了SMA路面的优势。可为研究SMA的大范围应用提供参考。
关键词：SMA；混合料设计；施工控制；路用性能
中图分类号：U416.21 文献标志码：B
Research on Application of SMA Pavement in Hebei Province
WANG Lian- fang1，2， JIAO Yan- li1，2
（1. Hebei Provincial Communications Planning and Design Institute， Shijiazhuang 050011， Hebei， China；
2. Hebei Provincial Research Center of Road Structure and Material Engineering Technology， Shijiazhuang 050090， Hebei ， China）
Abstract： Three phases was summarized to describe the application and development state of SMA pavement in Hebei Province， and the mix design and construction technologies of SMA currently used in the region were introduced. Comparison on AC and SMA pavements was conducted by running tests on surface diseases， ruts and skid- resistance ability of Hebei section of Qingdao- Yinchuan expressway， which proves the advantages of SMA pavement and provides reference for the research of its wider range of application.
Key words： SMA； mix design； construction control； pavement performance
0 引 言
沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料是一种密实式嵌挤型断级配沥青混凝土，它的特点是“三多一少”，即粗集料多、沥青用量多、矿粉多、细集料少，具有良好的抗车辙、抗裂、抗滑、耐久性等优点。SMA在20世纪60年代起源于德国，90年代在美国得到迅速发展和改良，并于1999年提出了比较完整的SMA混合料设计方法、施工指南与质量控制方法。1992年，中国将SMA技术首次应用于首都机场高速公路，之后在江苏、浙江、吉林等省多条高速公路也使用了SMA路面。1997年，在保津高速河北段首次铺筑了30 km（双幅）的SMA试验路，从此开启了河北省高速公路应用SMA路面的历程。
1 河北省SMA路面应用基本情况
SMA路面对于原材料选择、配合比设计及施工工艺等环节要求很高，如在某一环节出现疏忽，就会导致SMA路面过早出现病害。SMA混合料在河北高速公路的应用和发展经历了引进、消化、吸收、改进等环节，才得以推广应用（表1），将其发展过程概括为3个阶段。
1.1 第1阶段是摸索阶段（2000年以前）
由于SMA技术引进不久，在这个阶段对SMA技术的理解处在初级阶段，因而其设计大多照搬欧洲或美国的经验和标准。此阶段河北省修建了保津、石黄、京沈高速SMA路面试验段，其级配采用SMA- 16，完全参照美联邦的设计。由于对SMA技
术的理解不深入、不全面，试验段不同程度的存在着问题，例如级配控制不当、油石比过高、纤维人工投放不均匀以及压实度不够引起的泛油、车辙、离析、水损坏问题等。之后，鉴于SMA在中国应用技术不成熟和建设期造价较高，SMA在河北高速公路的应用出现了较长时期的停滞。
1.2 第2阶段是规范阶段（2010年以前）
2002年《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》及《公路沥青路面施工技术规范》的发布，标志着中国对SMA的应用走上了正轨。河北参照规范并结合当地交通和气候特点，在配合比设计、原材料选择和施工工艺上加以改进，并通过在青银、廊涿高速公路中成功应用，掌握了SMA技术要领，为这一新路面技术的推广应用奠定了良好的基础。
1.3 第3阶段是推广阶段（2010年以后）
经过对青银、廊涿高速SMA路面的长期跟踪观测，发现这些路面使用效果良好，其高温抗车辙、低温抗裂、抗水损害及良好的抗滑性能在应用中得以体现。河北在邢汾高速、京石高速改扩建、石安高速改扩建时，基于沥青路面耐久性的考虑，在表面层设计时都选择采用了SMA路面，里程共计518 km。
2 SMA沥青混合料设计
2.1 矿料组成设计
2000年以前，SMA的配合比设计主要参照美联邦级配。由于采石场一般生产5～10 mm和10～20 mm的石料，若按照前述的级配要求，采用10～15 mm的石料，不仅采石场的技术达不到要求，产量低，而且价格也贵，所以大多采用SMA- 16级配。从实际施工的情况看，SMA- 16容易产生局部离析。SMA公称最大粒径的选用必须与压实层厚度相匹配，压实层厚度不宜小于公称最大粒径的3倍，从这个要求出发，SMA- 16的厚度最好达到50 mm。由表2可知，公路沥青路面施工技术规范（JTG F40—2004）中SMA的级配与美联邦级配相比，4. 75 mm筛孔以上粗集料增多，保津、宝山、石黄高速SMA生产级配比相较04施工规范推荐范围更细。从2000年以后，随着施工技术水平的进步，施工管理和集料生产工艺的改进，中国对相应规范的制定，SMA的应用逐步规范化。河北修建的青银、廊琢、邢汾、京石、石安高速级配改用SMA- 13级配，接近级配范围中值设计，基于原材料的差异性，会有
所不同。自此，基本解决了SMA路面施工离析、车辙等问题。
2.2 集料
粗集料应选用粒径规整和破碎工艺合理的破碎石料，同时严格限制集料中扁平颗粒的含量。要确保所用原材料质量的稳定性，尤其要减少粗集料（主要是指10～15 mm石料和5～10 mm石料）的变异性，对10～15 mm规格集料，建议采用13. 2 mm筛孔，通过率不小于80%。因为SMA是断级配，大于2. 36 mm筛孔以上的石料含量要在75%以上，其构成了SMA的主体骨架结构。此外，要严格控制细集料的质量，避免引起矿粉的变化，甚至使得路面出现局部“油斑”等病害。
2.3 胶结料
SMA混合料中沥青胶结料的质量必须满足沥青玛蹄脂的要求，要有较高的粘度，对于高速公路、重载交通公路，最好采用改性沥青。保津高速一期工程SMA路面采用AH- 90沥青掺加3%SBS改性剂，而三期SMA路面则采用了AH- 70普通沥青。实践证明，普通沥青用于SMA性能还是比较差的，容易导致车辙、泛油等病害的发生。因此，河北修建SMA路面未再使用普通沥青，而是采用SBS改性沥青，改性剂掺量不少于4%。石黄高速SMA路面油石比在5. 4%左右，沥青胶结料明显不足，内部空隙明显，主要病害为水损坏，表现为大面积唧浆、局部坑槽等。之后修建的高速公路油石比在5. 8%～6. 2%之间（表2），芯样密实，成功解决了水损害问题。
2.4 填料
填料对SMA性能的影响很重要，沥青只有吸附在矿粉表面才能形成粘聚力很高的玛蹄脂。矿粉不足会导致自由沥青太多，游离的自由沥青容易使集料产生相对位移；矿粉过多又会使胶泥成团，致使路面胶泥离析，造成不良后果。所以进行SMA混合料设计时一定要适量添加矿粉，矿粉必须洁净且符合相关规范的要求。矿粉用量一般占沥青集料总量的9%～10%，为了增强抗剥落性能，通常用水泥等量替代2%的矿粉。
2.5 纤维
SMA混合料能在运输及摊铺过程中保持高含量的沥青胶结料而不产生析漏，主要是稳定添加剂的作用，常用的是纤维稳定剂。2000年以前，河北多采用进口絮状木质纤维或颗粒状木质素纤维VIATOP，例如保津高速采用德国JRS公司的颗粒状木质素纤维VIATOP66（用量为0. 45%）及美国INTERFIBER公司的松散木质素纤维（用量为0. 3%）。宝山高速使用的掺加剂为德国JRS公司的VIATOP80（用量为0. 375%）等。目前河北省高速常用的添加剂主要是絮状木质素纤维，纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总质量的百分率计算，控制在不低于0. 3%的范围，根据实际情况可适当增加，误差范围控制在±5%以内。
3 SMA沥青混合料施工控制
3.1 SMA混合料拌和控制要点
（1） SBS改性沥青的装车温度应保持在170 ℃左右，运至拌和场的温度不低于160 ℃。在拌和场存储时间不宜超过48 h。
（2） 控制好拌和温度。SMA混合料在拌和时，温度过低，不易拌和碾压；温度过高，改性沥青会老化，失去黏结力，影响混合料质量。
（3） 木质素纤维的投放控制在12 s以内，避免影响拌和楼的产能。投放机放料的同时，人工尽可能使压缩的木质素纤维分散为较小的块状物，再通过投放机的搅拌与提升，使得木质素纤维均匀分散到沥青拌和搂中。
（4） 拌和时间与普通混合料相比要适当加长，干拌时间不少于15 s，湿拌时间不得少于45 s。
3.2 SMA混合料运输控制要点
（1） 汽车车厢的前、后、左、右箱体均应采取保温措施。
（2） 车厢体内应清理干净并均匀喷洒植物油。
（3） 为避免粘泥轮胎自身对路面的污染，运至现场摊铺现场前应用高压水枪冲洗轮胎，防止污染路面。
3.3 SMA混合料摊铺控制要点
（1） 确保螺旋布料器转动速度均衡且与摊铺速度相匹配，布料深度不小于送料器的2/3，以减少混合料的离析现象。
（2） 熨平板清理干净，加热熨平板时温度应大于130 ℃后方可进行摊铺。气温较低时，摊铺过程应持续加热熨平板。
（3） 摊铺机摊铺速度应与拌和楼供应能力相匹配，做到均匀、连续有序的摊铺。
（4） 采用双机联铺进行SMA- 13上面层的铺筑容易导致接缝处出现间断带状油斑，这是由于摊铺机自身的缺陷造成的，建议对现场的油斑现象用刮刀（或泥子刀）进行人工剔除，必要时补充一定量的混合料。
3.4 SMA混合料碾压控制要点
（1） 采用双钢轮压路机进行碾压，极少采用胶轮压路机进行碾压。
（2） 碾压中的钢轮压路机要严格控制喷水量，达到碾压中少水的目的。避免压路机急停时水量过大造成局部区域温度降低过快而使现场出现透水现象。
（3） 碾压遍数一般为6次，不能过压或少压。初压：静压1次（前静后振）；复压：用振动压路机振压3次和振荡压路机振压2次；终压：用振动压路机静压收面。
（4） 碾压原则一般采用“紧跟慢压、高频低幅、先低后高、均匀少水”的十六字方针。
（5） 在联机摊铺搭接处和摊铺断面边缘部位应多碾压1遍，确保横断面内碾压均匀。
（6） 接缝碾压时首次碾压宽度为20 cm，此后逐次伸入20 cm。直至1 m左右时呈45°向两边碾压。
4 路用性能
2007年，青银高速河北段在12、13标铺筑了SMA表面层，其余标段主要采用AC- 13表面层，运营7年后各路段的路用性能优良。该条高速的交通量和气候差异性较小，本文将青银高速SMA与AC表面层的病害、车辙和抗滑能力做了对比分析。
4.1 路面病害调查结果对比
2014年对青银高速进行了病害调研，表3为石家庄方向调查结果。通过调查可知SMA路面应用初期出现的车辙、泛油、水损害问题基本得到了解决。与AC- 13路面病害数据对比可知，SMA能够有效地解决纵向疲劳裂缝的问题，并降低了反射裂缝的密度，横缝多以1～3m长的浅层温缩裂缝为主，间距在 30 m左右。
4.2 车辙对比
从数据和钻芯结果可知，车辙多为压密型车辙。与AC- 13表面层相比，SMA的粗集料骨架结构能明显减少混合料的二次压密，从而降低车辙对重载交通的敏感度。因此，在交通量重载车较多的情况下选用SMA作为表面层具有性能上的优势。
图1 SMA- 13与AC- 13抗车辙性能对比
4.3 抗滑能力对比
由图2数据可知，SMA- 13的抗滑能力优于AC- 13。2007年，SMA的横向力系数是AC的1. 17倍，2010年SMA- 13的横向力系数与AC- 13 2007年的数值相当，并且在道路运行后期SMA较好的粗构造仍能保证路表优秀的抗滑性能力，很少出现由于抗滑能力不足提前罩面的情况。
图2 SMA- 13与AC- 13抗滑性能对比
5 结 语
SMA在河北经过20余年的应用与发展，积累了丰富的设计、施工和管理经验，已经发展成为一项非常成熟的技术，但仍然存在一些问题需要我们去解决。例如近年来粗集料质量出现下滑的趋势，哪些指标是关键指标不能松懈，哪些指标可以放松而不会对SMA的质量产生影响？这些研究将有利于降低SMA成本，进一步促进其推广应用。
参考文献：
[1] 李爱国，郭 平，郝培文.SMA路面施工与病害防治技术[M].人民交通出版社.2012.
[2] 王玲玲.河北省SMA沥青路面使用状况调查与分析[J].公路交通科技：应用技术版，2006（7）：71- 74.
[3] JTG F40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
[责任编辑：杜卫华]
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更新时间：2024/12/23 3:12:38