SMA技术在高速公路工程中的应用

　　摘要：高速公路建设工程路面上采用改性沥青SMA结构。本文介绍了原材料、配合比设计、SMA混合料的拌和、摊铺、碾压温度和碾压过程，以及对沥青混和料拌和站及施工现场的质量管理，通过实践证明，SMA技术将会被进一步推广和应用。
　　关键词：SMA，粗集料，拌和，摊铺，碾压
　　
　　1、前言
　　沥青玛蹄脂碎石混合料（缩写为SMA），它是一种间断级配的沥青混合料，是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实沥青混合料，在合徐高速服务区的匝道路面工程中就使用了改性沥青SMA技术，这主要是因为SMA特别适合需要摩擦力好的位置。由于粗集料的碎石相互接触形成的碎石骨架具有良好的传力功能，故SMA有高抗车辙能力。同时SMA有较多的沥青砂胶包裹于集料表面形成相当的厚度，因此SMA有较高的抗疲劳强度、抗老化能力、抗松散性和很好的耐久性。该项目面层结构为4cmSMA-10上面层、6cmSMA-16中面层、6cmSMA-20下面层，厚度共计16cm。
　　建设过程中，从原材料、配合比设计、路面施工工艺、质量管理方面严格控制，建成后的SMA路面，平整密实、不透水、抗滑性能好。SMA路面的施工取得了良好的效果。
　　2、原材料
　　2.1粗集料
　　为了保证SMA混合料骨架支撑作用的形成以及良好的抗车辙能力，粗集料（大于4.75mm）采用玄武岩，对粗集料的压碎值、坚固性、细长扁平颗粒含量在《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的基础上提出了更高的技术要求，粗集料质量检测结果见表1。
　　
　　
　　为保证生产过程中SMA混合料的质量稳定，应控制粗集料单质材料，特别是5-10mm材料中4.75mm筛孔的通过率，使4.75mm通过量控制在0-5%以内，从而有效避免合成级配中2.36-4.75mm筛之间的存料量。
　　2.2细集料
　　普通混凝土所用的细集料为天然砂和石屑，而服务区匝道工程中的细集料采用石灰岩机制砂，质量检测结果见表2，级配要求见表3。
　　
　　
　　
　　2.3沥青结合料
　　在施工中重点控制改性沥青的针入度、软化点、5℃延度、弹性恢复等指标，以保证改性沥青的质量。
　　2.4纤维稳定剂
　　在SMA混合料中，纤维的主要作用是充分吸附（表面）及吸收（内部）沥青，从而使沥青用量增加。沥青膜变厚，提高混合料的耐久性，并能够增加沥青与矿粉的粘附性，提高集料之间的粘结力。纤维质量检测结果见表4。
　　
　　
　　3、配合比设计
　　3.1级配范围：级配类型为SMA-20、SMA-16、SMA-10。
　　3.2配合比设计技术要求，见表5。
　　SMA混合料马歇尔试验配合比设计要求表5
　　
　　
　　3.2.1空隙率（VV）
　　空隙率对于任何一种沥青混料合都是重要的参数，它决定了混合料的服务性能与使用寿命。在服务区工程配合比设计时空隙率按4%控制。
　　3.2.2矿料间隙率（VMA）
　　VMA是对SMA非常重要的指标，没有足够的VMA，混合料就没有足够的空隙用以填充沥青玛蹄脂；但如果VMA过大，填充的沥青玛蹄脂不足，路面将会出现透水现象。通过调整矿粉和沥青用量，使VMA大于18%，既避免了路面透水问题，又保证了SMA相互支撑骨架的形成。
　　3.3沥青用量
　　综合考虑VMA混合料粘聚力及SMA路面保存良好的耐久性、抗疲劳性能及低温抗裂性能以及最小沥青用量的规定，采用油石比为5.7%-6.0%。
　　4、施工工艺
　　4.1SMA混合料的拌和：
　　生产SMA混合料采用间歇式拌和机拌和，拌和机应有防止矿粉飞扬散失的密填充性能和除尘设备，而且配有检测拌和温度的装置。纤维采用专用的带有重量计量的纤维添加设备自动加入拌和机的拌和锅中，添加纤维与间歇式拌和机的拌和周期自动同步进行。拌和的时间通过试拌确定，保证混和料拌和均匀、纤维掺加剂均匀分布在混合料中、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合为度。
　　4.2SMA混合料的摊铺
　　摊铺速度不宜过快，否则颗料间易出现拉疏现象，表面颗粒间有距离，显得不密实。摊铺速度控制在2-3m/min。为了保证路面的平整度，要按照规范要求做到缓慢、均匀、连续不断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。
　　4.3SMA的碾压
　　4.3.1确保摊铺碾压温度：
　　SMA混合料内部有大量沥青玛蹄脂胶浆，粘度大，温度低时很难压实，温度控制要求见表6。
　　SMA碾压温度要求表6
　　施工工艺 摊铺 初压开始 复压开始 碾压结束 开放交通温度
　　温度(℃) ≥150 ≥140 ≥120 ≥110 ≤50
　　
　　4.3.2SMA路面碾压过程
　　SMA路面碾压采用初压1遍（静压），复压2-4遍（振压）、终压1遍（静压）的组合方式，碾压过程中，压路机“紧跟慢压”，即紧跟摊铺机、缓慢匀速不超过5km/h对路面进行碾压。采用振动压路机时，遵循“高频、低振”的原则，即高频率、低振幅。
　　5、质量管理
　　5.1沥青混合料拌和站的质量管理
　　（1）由于SMA对级配的波动非常敏感，所以矿料级配的检查非常重要，必须逐盘打印出各个热料仓的材料质量，矿粉质量及一盘混合料的总质量，随机计算出矿料级配，与标准配合比进行对照。
　　（2）抽提试验测定的油石比的容许误差为±0.3%。
　　5.2施工现场的质量管理
　　施工现场应重点控制SMA混合料的施工温度，摊铺速度、碾压方式和碾压遍数，既要保证足够的压实度，又要防止过度碾压，破坏SMA的骨架支撑作用。
　　6、结语
　　由于SMA路面有较长的使用寿命，其经济效益显著。SMA技术将会被进一步推广和应用。
　　
　　参考文献：
　　1、辽宁省交通科学研究院“高速公路路面SMA技术推广应用的研究”研究报告，2002
　　2、《公路沥青路面施工技术规范》，JTGF40-2004[S]，人民交通出版社，2005
　　3、沈金安，改性沥青与SMA路面[M]，北京，人民交通出版社，1999
　　4、余叔藩，SMA路面设计与施工（M），北京，人民交通出版社，2002