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文档简介

SMA技术培训

辽宁省交通勘测设计院二OO七年四月

SMA技术培训

辽宁省交通勘测设计院1主要内容第一部分SMA基本理论及材料要求第一讲SMA的定义第二讲SMA技术的起源和发展第三讲SMA结构的特点及原理第四讲材料质量技术要求第二部分SMA混合料的设计与施工第五讲SMA混合料配合比设计第六讲施工工艺主要内容第一部分SMA2

第一部分SMA基本理论及材料要求第一部分SMA基本理论及材料要求3一、SMA定义SMA为StoneMatrixAsphalt三个英文单词的首写字母,中文意思为沥青玛蹄脂碎石混合料,它是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的矿粉组成的沥青玛蹄脂,填充在间断级配的粗集料骨架的间隙中,组成一体形成的沥青混合料。一、SMA定义SMA为StoneM4沥青结合料

机制砂

矿粉

纤维一、SMA定义沥青玛蹄脂

4.75mm以上碎石骨架SMA沥青混合料沥青结合料

机制砂

矿5一、SMA定义密级配沥青混合料SMA混合料一、SMA定义密级配沥青混合料SMA混合料6二、SMA技术的起源与发展SMA技术是六十年代中期,德国道路工作者为提高路面的抗滑和承载能力而开发的新型沥青混合料结构,从八十年代起SMA技术首先在北欧的瑞典、芬兰等国得到了广泛应用,并很快推广到全欧洲。二、SMA技术的起源与发展SMA技术是六十年7二、SMA技术的起源与发展1990年9月美国派出了21人的大型代表团到欧洲考察沥青路面技术以后,在全国范围内广泛开展了SMA混合料的试验研究,于1991年在23个州铺筑了试验路段。二、SMA技术的起源与发展1990年9月美国8二、SMA技术的起源与发展1992年交通部公路科研所等单位在建设首都机场高速公路过程中率先提出试用SMA技术,长安街、八达岭高速公路、北京四环等工程都采用了SMA结构。二、SMA技术的起源与发展1992年交通部公9二、SMA技术的起源与发展1994年吉林省交通科学研究所在202国道梅河口段首次采用德国JRS公司生产的木质素纤维稳定剂铺筑SMA试验路,2002年在长春-扶余高速公路160公里路面上面层采用SMA技术。二、SMA技术的起源与发展1994年吉林省10二、SMA技术的起源与发展江苏、辽宁、河北等省先后铺筑了试验路段和实体工程,如今在山西、山东、吉林、黑龙江、广东、内蒙古、湖北等许多省的公路和厦门、桂林、广州、首都机场跑道得到应用。二、SMA技术的起源与发展江苏、辽宁、河北11二、SMA技术的起源与发展1997年,交通部重庆公路研究所首次将改性沥青SMA结构应用于广东省虎门大桥钢桥面铺装上,随后汕头海湾大桥、厦门海沧大桥、武汉白沙洲长江大桥以及重庆长江鹅公岩大桥的桥面铺装都应用了SMA结构。二、SMA技术的起源与发展1997年,交12二、SMA技术的起源与发展交通部组织了11个省市参加的联合研究推广项目,先后开展了《SMA性能及指标的研究》、《SMA应用技术的研究》课题,在参照国外经验的基础上,提出了符合中国国情的“公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南”,供全国使用。二、SMA技术的起源与发展交通部组织了1113三、SMA结构的特点及原理1、粗集料用量多,占到矿料总量的70%以上;2、矿粉用量多,8%-12%;3、沥青用量多,5.5%-6.5%,比密级配沥青混凝土大1%左右;4、细集料用量少,一般为10%左右。(一)SMA的特点三、SMA结构的特点及原理1、粗集料用量多,占到矿料总量的714三、SMA结构的特点及原理1、高温抗车辙;2、低温抗开裂;3、抗水损害;4、抗滑性能好;5、耐疲劳,能够延长路面的使用寿命。(二)SMA结构的优点三、SMA结构的特点及原理1、高温抗车辙;(二)SMA结构的15三、SMA结构的特点及原理1、在SMA的组成中,矿料是间断级配,粗集料占到矿料总量的70%以上,粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用,有非常好的抵抗荷载变形的能力,即抗车辙能力。(三)SMA结构的原理三、SMA结构的特点及原理1、在SMA的组成中,矿料是间断级16三、SMA结构的特点及原理2、SMA使用矿粉多,沥青多,又使用纤维作稳定剂,由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面,充分填充在集料间隙,在温度下降、混合料收缩变形时,玛蹄脂有较好的粘结作用,它的柔韧性使混合料有较好的低温变形性能。三、SMA结构的特点及原理2、SMA使用矿粉多,沥青多,又使17三、SMA结构的特点及原理3、SMA混合料的内部空隙率很小(4%左右),混合料渗水很少或几乎不渗水,再加上玛蹄脂与集料的粘结力好,混合料的水稳定性也有较多改善。三、SMA结构的特点及原理3、SMA混合料的内部空隙率很小(18三、SMA结构的特点及原理4、SMA采用间断级配,粗集料含量高,路面压实后表面形成大的孔隙,构造深度大,使雨天高速行车下不易产生水漂,抗滑性能提高,较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时,雨天交通不会产生大的水雾和溅水,路面噪声降低,从而可以全面提高路面的表面功能。三、SMA结构的特点及原理4、SMA采用间断级配,粗集料含量19三、SMA结构的特点及原理5、SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充,沥青用量多,因而沥青混合料的耐老化性能好,耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土。三、SMA结构的特点及原理5、SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂20三、SMA结构的特点及原理6、SMA路面密水性好,对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用,使路面能保持较高的整体强度和稳定性。三、SMA结构的特点及原理6、SMA路面密水性好,对下面的沥21四、材料质量技术要求SMA之所以有较高的高温稳定性,是由于粗集料之间的嵌挤作用,集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性,粗集料的这些性质是SMA成功与否的关键,因此SMA应使用机制洁净的非吸水性集料,石质坚硬,耐磨耗,外观接近立方体,嵌挤良好。

1、粗集料四、材料质量技术要求SMA之所以有较高的高温稳22四、材料质量技术要求严格限制扁平颗粒含量,非破碎面颗粒含量<5%,石灰石等碳酸盐类集料及任何磨光值不足的集料均不得使用。粗集料施工控制要求分为四档:4.5-9.5mm、9.5-13.5mm、13.5-19mm、7-15mm。SMA表面层对粗集料的质量技术要求见表1。四、材料质量技术要求严格限制扁平颗粒含量,23四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求24四、材料质量技术要求2、细集料细集料在SMA中只占很少的比例,在10%左右,但细集料对SMA性能的影响却不可轻视,SMA应使用机制砂。由于机制砂是采用坚硬岩石反复破碎制成,具有良好的棱角性和嵌挤性能,有利于提高混合料的高温稳定性。

四、材料质量技术要求2、细集料25四、材料质量技术要求机制砂要求防水、防潮、防污染,3mm以上的筛除,0.075mm以下吹掉。SMA面层用细集料质量技术要求见表2。四、材料质量技术要求机制砂要求防水、防潮、防26四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求27四、材料质量技术要求填料必须采用由石灰石磨细的矿粉。矿粉必须保持干燥,能从石粉仓自由流出,其质量应符合表3的要求。3、矿粉四、材料质量技术要求填料必须采用由石灰石磨细28四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求29四、材料质量技术要求纤维的种类很多,大体上可分为木质素纤维、矿物纤维、有机纤维三大类,我们现在使用的是木质素纤维稳定剂。它的作用是:4、纤维稳定剂四、材料质量技术要求纤维的种类很多,大体上可30四、材料质量技术要求(1)分散作用:假如没有纤维,使用大量的沥青和矿粉很可能成为胶团,不能均匀的分散在集料之间,在路面上将出现油斑,纤维可以使胶团适当分散。四、材料质量技术要求(1)分散作用:假如没有纤维,使用大量的31四、材料质量技术要求(2)吸附及吸收沥青:充分吸附和吸收沥青,从而使沥青用量增加,沥青膜变厚,提高混合料的耐久性。四、材料质量技术要求(2)吸附及吸收沥青:充分吸附和吸收沥青32四、材料质量技术要求(3)稳定作用:纤维使沥青膜处于比较稳定的状态,尤其是在夏季高温季节,沥青受热膨胀时,纤维内部的空隙还将成为一个缓冲的余地,不致成为自由沥青而泛油,对高温稳定性很有好处。四、材料质量技术要求(3)稳定作用:纤维使沥青膜处于比较稳定33四、材料质量技术要求(4)增粘作用:增加沥青与矿粉的粘附性,提高集料之间的粘结力。四、材料质量技术要求(4)增粘作用:增加沥青与矿粉的粘附性,34四、材料质量技术要求木质素纤维的质量应符合下列要求:四、材料质量技术要求木质素纤维的质量应符合下列要求:35四、材料质量技术要求1)用于SMA的沥青结合料必须具有较高的粘度,与集料有良好的粘附性,以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。5、沥青结合料四、材料质量技术要求1)用于SMA的沥青结合料必须具有较高的36四、材料质量技术要求2)用于改性沥青的基质沥青,应符合重交通道路沥青技术要求。3)用于SMA的改性沥青的质量应符合表5的聚合物改性沥青技术要求。四、材料质量技术要求2)用于改性沥青的基质沥青,应符合重交通37四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求38第二部分SMA混合料的设计与施工第二部分SMA混合料的设计与施工39第五讲SMA混合料配合比设计1.1SMA混合料的配合比设计应遵循现行规范关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌、试铺验证的三个阶段,确定矿料级配及最佳沥青用量。1.2SMA配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法,配合比设计应遵循下列原则:1、设计原则第五讲SMA混合料配合比设计1.1SMA混合料的配合40第五讲SMA混合料配合比设计

1)SMA必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架,形成石—石嵌挤结构。对SMA16,SMA的粗集料骨架是4.75mm以上的粗集料。矿料级配的VMA在18%左右,马歇尔试件的VCAmix应该小于粗集料骨架捣实状态下的VCADRC。

第五讲SMA混合料配合比设计1)SMA必41

VCAmix:粗集料间隙率,压实沥青混合料试件内4.75mm以上的粗集料骨架部分以外的体积占试件总体积的百分率。

VCADRC:粗集料骨架捣实状态下的粗集料间隙率。

第五讲SMA混合料配合比设计VCAmix:粗集料间隙率,压实沥青混合料42

目前国外对罩面改建设计方法的研究都是针对于后者,类似于我国的补强设计。我国的罩面厚度较薄,相当于国外的“薄罩面”预防性养护措施,即功能性罩面。主要用于消除破损、完全或部分恢复原有路面平整度、改善路面的性能。第五讲SMA混合料配合比设计目前国外对罩面改建设计方法的研究都是针对于后43

VCADRC的测定方法:《公路工程集料试验规程》规定的沥青混合料集料容量筒的规格要求:容量筒容积10L,内径205±2mm,净高305±2mm,底厚5.0mm,筒壁厚度2.5mm。捣棒:直径16mm,长600mm,一端为圆头。第五讲SMA混合料配合比设计VCADRC的测定方法:第五讲SMA混44试验方法:分三次将试样装入符合要求规格的容器中,每次达1/3的高度,由边至中用捣棒均匀捣实25次,捣实深度约至下层的表面。最后一次使集料与容器口齐平,用合适的集料填充表面的大空隙,用直尺大体刮平,称取容量筒与试样的总质量。用水装满容量筒,测量水温,擦干筒外壁的水分,称取容量筒与水的总质量,由此得出筒的容积,并按水的密度对容量筒的容积作校正。第五讲SMA混合料配合比设计试验方法:分三次将试样装入符合要45

2)填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青玛蹄脂胶浆必须符合最小沥青用量的要求,马歇尔试件的空隙率必须在要求的范围内。第五讲SMA混合料配合比设计2)填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青玛蹄脂胶浆必须符46第五讲SMA混合料配合比设计2、设计标准2.1SMA的矿料级配采用间断级配,其范围应符合表6的要求。第五讲SMA混合料配合比设计2、设计标准2.1SMA的47铁阜线SMA级配范围第五讲SMA混合料配合比设计筛孔通过量(%)筛孔通过量(%)161002.3615~2311.490~1001.1814~229.570~800.613~198.050~600.311~165.623~310.159~144.7520~280.0758~12铁阜线SMA级配范围第五讲SMA混合料配合比设计筛孔通过48第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计49

2.3SMA设计配合比检验应符合表8各项指标的要求。试验方法应遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)的规定进行。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计50第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计51谢伦堡沥青析漏试验是为了确定沥青混合料有无多余的自由沥青或沥青玛蹄脂而进行的试验,由此确定最大沥青用量。与飞散试验相结合,可以得出一个合理的沥青用量范围。第五讲SMA混合料配合比设计析漏试验谢伦堡沥青析漏试验是为了确定沥青52谢伦堡沥青析漏试验由此控制最大沥青用量谢伦堡沥青析漏试验53肯塔堡飞散试验用以评价设计沥青用量是否不足,在交通荷载作用下,路面表面集料脱落散失的程度,以马歇尔试件在洛杉矶试验机中旋转撞击规定的次数,沥青混合料试件散落材料的质量的百分率表示。第五讲SMA混合料配合比设计飞散试验肯塔堡飞散试验用以评价设计沥青用54肯塔堡飞散试验由此控制最小沥青用量肯塔堡飞散试验55用路面渗水仪测定碾压成型的沥青混合料试件的渗水系数,以检验沥青混合料的配合比设计。第五讲SMA混合料配合比设计渗水试验用路面渗水仪测定碾压成型的沥青混563.1SMA混合料目标配合比设计按图1的步骤进行。生产配合比确定和检验,根据目标配合比设计的结果,按《公路沥青路面施工技术规范》的规定进行。第五讲SMA混合料配合比设计3、设计步骤第五讲SMA混合料配合比设计3、设计步骤57SMA讲课教学课件58SMA讲课教学课件59SMA讲课教学课件603.2按试验规程规定的方法精确测定各种原材料的相对密度,其中粗集料为毛体积密度,细集料、矿粉为表观相对密度。3.3调整各种矿料比例设计3个不同粗细的初试级配,3个级配的4.75mm通过率应分别为22%、25%、28%左右,必须符合所选择的标准级配范围的要求,3个级配的矿粉数量宜相同,使0.075mm通过率为10%左右。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计613.4选择制作马歇尔试件的初试油石比。3.5按照选择的初试油石比和矿料级配制作SMA试件,SMA马歇尔试件的毛体积相对密度由表干法测定。3.6从3组初试级配的试验结果中选择设计级配时,必须符合VCAmix<VCADRC及VMA>18%的要求,当有1组以上的级配同时符合要求时,以4.75mm通过率大且VMA较大的级配为设计级配。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计62计算矿料的平均毛体积相对密度式中:

CA4.75mm以上粗集料的毛体积相对密度;

S按本方法测定的粗集料的松方毛体积相对密度(g/cm3);计算矿料的平均毛体积相对密度式中:63计算混合料的理论最大相对密度,其中纤维的比例不得忽略。计算混合料的理论最大相对密度,其中纤维的比例不得忽略。64SMA试件的毛体积相对密度采用表干法测定;计算混合料的体积指标:SMA试件的毛体积相对密度采用表干法测定;65式中:—4.75mm以上粗集料的平均毛体积相对密度;—沥青混合料试件的实测毛体积相对密度(g/cm3);

Pca—沥青混合料中大于4.75mm的颗粒含量占沥青混合料的比例。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计663.7根据所选择的设计级配和初试油石比试验的结果,以0.2—0.3%为间隔,调整4个不同的油石比,制作马歇尔试件。3.8进行马歇尔稳定度试验,检验稳定度和流值是否符合要求。3.9根据4%的设计空隙率,综合考虑其它体积指标确定最佳油石比。

第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计67改性沥青SMA混合料的施工温度应按表9规定的范围选择。气温较低时,施工温度应适当提高。但经试验段或施工实践证明表中规定温度不符合实际情况时,容许做适当调整。

第六讲施工工艺1、施工温度

改性沥青SMA混合料的施工温度应按表9规定的范围68第六讲施工工艺第六讲施工工艺692.1生产SMA应采用间歇式沥青拌和机拌和。拌和机必须配备有材料配比和施工温度的自动检测和记录设备。当采用现场制作的改性沥青时,应按规定的技术要求进行生产。需要短时间储存时,应进行不间断地搅拌,在储存期间改性沥青不得降低使用效果。

第六讲施工工艺2、SMA沥青混合料的拌和

2.1生产SMA应采用间歇式沥青拌和机拌和。拌和机必须配70第六讲施工工艺第六讲施工工艺712.2SMA混合料采用专用的带有自动重量计量的纤维添加设备自动加入拌和机的拌和锅中,添加纤维应与间歇式拌和机的拌和周期自动同步进行。

第六讲施工工艺2.2SMA混合料采用专用的带有自动重量计量的纤维添加722.3纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计算,使用松散纤维,用量不少于混合料总量的0.3%。

第六讲施工工艺2.3纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计73第六讲施工工艺第六讲施工工艺742.4纤维必须在喷洒沥青前加入拌和缸中,干拌时间为15秒,喷入沥青后的湿拌时间为40—45秒,保证纤维能充分均匀地分散在混合料中,并与沥青结合料充分拌和。由于增加拌和时间,投放矿粉时间加长等原因而减少拌和机生产率的影响,应在计算拌和能力时充分考虑到,以保证不影响摊铺速度,造成停顿。

第六讲施工工艺2.4纤维必须在喷洒沥青前加入拌和缸中,干拌时间为15秒752.5拌和时,矿粉投入能力应符合配合比设计数量的需要。

2.6SMA混合料严禁使用回收废弃的粉尘。

第六讲施工工艺2.5拌和时,矿粉投入能力应符合配合比设计数量的需要。

2762.7沥青混合料出厂由专人检查,如发现结合料老化、拌和不匀、离析、花白料、混合料降温过多以及其它影响产品质量的情况时,不准出厂,予以报废。

2.8拌和的SMA混合料可在储料仓中存放,以不发生沥青析漏和降温10℃为准。

第六讲施工工艺2.7沥青混合料出厂由专人检查,如发现结合料老化、拌和77注意事项:

1)SMA与普通的热拌沥青混合料生产的最大的不同是各个料仓之间可能不平衡。因为SMA为间断级配,粗集料粒径单一、量多,细集料很少,矿粉用量多。为此应该在筛孔、料斗、料仓的安排上下功夫。

第六讲施工工艺注意事项:

1)SMA与普通的热拌沥青混合料生产78

2)SMA的矿粉需要量大,一个螺旋升送器往往来不及供料,要在矿粉设备及人力安排上特别注意。第六讲施工工艺2)SMA的矿粉需要量大,一个螺旋升送器往往来不及供料,793.1运料车应与摊铺能力、运距相适应,形成不间断的供料。运料车在开始运输前,应在车厢及底扳上涂刷一层隔离剂(不能用石油产品),使改性沥青和SMA不致与车厢粘结。

第六讲施工工艺3、运输3.1运料车应与摊铺能力、运距相适应,形成不间断的供料。803.2运料车应前后移动三次装料,防止混合料离析。

3.3混合料运输过程中必须加以覆盖,以防止混合料降温超标和结壳。

3.4运料车在运输途中,不得随意停歇。

3.5运料车卸料必须倒净,否则必须及时清除。

3.6运料车到达现场后,应检查SMA混合料温度,必须满足摊铺温度要求。

第六讲施工工艺3.2运料车应前后移动三次装料,防止混合料离析。

3.3814.1在铺筑SMA之前摊铺表面应清扫干净,对于污染的路面必须洒布改性乳化沥青粘层油,用量不能超过0.3kg/m2,对路面缺陷应及时进行处理后才能进行SMA表面层施工。

第六讲施工工艺4、摊铺

4.1在铺筑SMA之前摊铺表面应清扫干净,对于污染的路面824.2SMA混合料的摊铺速度应调整到与供料速度平衡,必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。摊铺机的摊铺速度通常为3—4m/min,容许放慢到1—2m/min。

第六讲施工工艺4.2SMA混合料的摊铺速度应调整到与供料速度平衡,必83第六讲施工工艺第六讲施工工艺844.3为了做到均匀、连续不间断地摊铺,在摊铺机前至少有4辆以上的运料车等候卸料。卸料时在距摊铺机前20—30cm处空档停车,不得碰撞摊铺机。铺筑中由摊铺机顶推车辆同步前进。

第六讲施工工艺4.3为了做到均匀、连续不间断地摊铺,在摊铺机前至少有854.4当路表面温度低于15℃时,不宜摊铺改性沥青SMA混合料。

4.5SMA混合料的松铺系数应通过试铺确定。

第六讲施工工艺4.4当路表面温度低于15℃时,不宜摊铺改性沥青SMA混865.1SMA混合料必须在摊铺后在尽可能高的温度状态下碾压,不得等候。不得在低温状态下反复碾压,防止磨掉石料棱角,压碎石料,破坏集料嵌挤。

第六讲施工工艺5、压实

5.1SMA混合料必须在摊铺后在尽可能高的温度状态下碾压875.2SMA混合料宜用10t以上钢轮压路机初压,静压0.5—1遍后,再使用振动压路机振压。如发现初压有明显推拥,应检查混合料的矿料级配及油石比是否合适。

第六讲施工工艺5.2SMA混合料宜用10t以上钢轮压路机初压,静压0.885.3SMA面层复压宜采用振动压路机碾压。压路机的吨位以不压碎集料、又能达到规定的压实度为度,钢轮压路机的吨位不宜小于12吨。终压宜紧接在复压后静压。

第六讲施工工艺5.3SMA面层复压宜采用振动压路机碾压。压路机的吨位以不895.4SMA面层初压、复压不得采用轮胎压路机碾压,以防搓揉过度造成沥青玛蹄脂挤到表面而达不到压实效果。在路面温度降到70—90℃时,采用轮胎压路机进行辅助碾压。第六讲施工工艺5.4SMA面层初压、复压不得采用轮胎压路机碾压,以防搓905.5采用振动压路机碾压SMA应遵循“高温、紧跟;匀速、慢压;高频、低幅;先边、后中”的方针。即压路机必须紧跟在摊铺机后面碾压,并采取高频率、低振幅的方式碾压。

第六讲施工工艺5.5采用振动压路机碾压SMA应遵循“高温、紧跟;匀速、915.6SMA正确碾压的标志能否在高温状态下用重型振动压路机碾压而不产生推拥是鉴别骨料有没有形成良好的嵌挤,是不是真正的SMA的第一个重要标志。路表面有没有足够的构造深度又基本上不透水是鉴别是不是碾压适当,是不是真正的SMA的第二个重要标志。5.6SMA正确碾压的标志能否在高温状态下用重型振动压路机926.SMA的风险1、成本增加20%~30%(含改性沥青)2、拌和厂混合料生产率降低10%~20%3、施工要求高,尤其是间断级配混合料的施工质量的敏感性较大。6.SMA的风险936.SMA的风险(1)材料要求提高,材料不合格,效果受影响例如:石质不坚硬、针片状含量高,嵌挤不能形成;最好要机制砂;最好不要用回收粉;最好用改性沥青。6.SMA的风险(1)材料要求提高,材料不合格,效果受影响946.SMA的风险(2)级配变异性,可能影响使用质量,例如:矿粉数量不足,造成泛油细集料数量少,受潮后加料困难人工添加纤维,量不够、时间不合适热料仓不平衡,人工调整,影响级配6.SMA的风险(2)级配变异性,可能影响使用质量,例如:956.SMA的风险(3)施工不好尤其是碾压,最容易碾压,又最难控制,例如:压实不足:温度不够、碾压未紧跟摊铺机过碾压:玛蹄脂上浮;石料压碎:温度过低,反复碾压使棱角磨掉压实度检查困难,主要靠观察及经验控制改性沥青:粘度大接缝困难6.SMA的风险(3)施工不好尤其是碾压,最容易碾压,96第六讲施工工艺第六讲施工工艺975.6SMA的碾压速度不得超过5Km/h。

5.7压路机应该紧跟摊铺机向前推进地碾压,碾压段长度大体相同。

第六讲施工工艺5.6SMA的碾压速度不得超过5Km/h。

5.7压985.8为了防止混合料粘附在轮子上,应适当的洒水使轮子保持潮湿,但应尽量少喷水,且应呈雾状。

5.9SMA混合料未压实前,严禁压路机停留或转急弯调头等。

5.10SMA的碾压应严格控制碾压遍数,使压实度不小于98%,现场取样的路面实际空隙率不大于6%。

5.11压路机轮迹的重叠宽度为半轮。

第六讲施工工艺5.8为了防止混合料粘附在轮子上,应适当的洒水使轮子保持99第六讲施工工艺第六讲施工工艺100第六讲施工工艺第六讲施工工艺101第六讲施工工艺第六讲施工工艺102第六讲施工工艺第六讲施工工艺103第六讲施工工艺第六讲施工工艺104SMA路面施工结束2天后,方容许开放交通。当发现有的改性沥青SMA面层在开放交通后,有发软的迹象或大吨位运料车转弯时出现掉粒、轮印等情况时,要加强早期交通的控制。

第六讲施工工艺6、开放交通

SMA路面施工结束2天后,方容许开放交通。当105SMA路面施工前,必须铺筑试验段,长度不小于200m,以检查混合料是否符合要求,验证矿料级配及油石比,试验铺筑方法,压实工艺,检查SMA表面的构造深度和透水情况。

第六讲施工工艺7、试验段铺筑

SMA路面施工前,必须铺筑试验段,长度不小于2106

铺筑试验段后,应该提出配合比设计及试验段铺筑报告,确定标准配合比及最佳油石比,经主管部门批准,下达开工令后才能正式铺筑。

第六讲施工工艺铺筑试验段后,应该提出配合比设计及试验段铺筑报107

SMA施工难度较大,施工工艺不当,有一定的风险,所以规定必须通过试验段取得经验以后,才能较大规模的铺筑SMA工程。第六讲施工工艺SMA施工难度较大,施工工艺不当,有一定的风108

谢谢!谢谢!109

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辽宁省交通勘测设计院110主要内容第一部分SMA基本理论及材料要求第一讲SMA的定义第二讲SMA技术的起源和发展第三讲SMA结构的特点及原理第四讲材料质量技术要求第二部分SMA混合料的设计与施工第五讲SMA混合料配合比设计第六讲施工工艺主要内容第一部分SMA111

第一部分SMA基本理论及材料要求第一部分SMA基本理论及材料要求112一、SMA定义SMA为StoneMatrixAsphalt三个英文单词的首写字母,中文意思为沥青玛蹄脂碎石混合料,它是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的矿粉组成的沥青玛蹄脂,填充在间断级配的粗集料骨架的间隙中,组成一体形成的沥青混合料。一、SMA定义SMA为StoneM113沥青结合料

机制砂

矿粉

纤维一、SMA定义沥青玛蹄脂

4.75mm以上碎石骨架SMA沥青混合料沥青结合料

机制砂

矿114一、SMA定义密级配沥青混合料SMA混合料一、SMA定义密级配沥青混合料SMA混合料115二、SMA技术的起源与发展SMA技术是六十年代中期,德国道路工作者为提高路面的抗滑和承载能力而开发的新型沥青混合料结构,从八十年代起SMA技术首先在北欧的瑞典、芬兰等国得到了广泛应用,并很快推广到全欧洲。二、SMA技术的起源与发展SMA技术是六十年116二、SMA技术的起源与发展1990年9月美国派出了21人的大型代表团到欧洲考察沥青路面技术以后,在全国范围内广泛开展了SMA混合料的试验研究,于1991年在23个州铺筑了试验路段。二、SMA技术的起源与发展1990年9月美国117二、SMA技术的起源与发展1992年交通部公路科研所等单位在建设首都机场高速公路过程中率先提出试用SMA技术,长安街、八达岭高速公路、北京四环等工程都采用了SMA结构。二、SMA技术的起源与发展1992年交通部公118二、SMA技术的起源与发展1994年吉林省交通科学研究所在202国道梅河口段首次采用德国JRS公司生产的木质素纤维稳定剂铺筑SMA试验路,2002年在长春-扶余高速公路160公里路面上面层采用SMA技术。二、SMA技术的起源与发展1994年吉林省119二、SMA技术的起源与发展江苏、辽宁、河北等省先后铺筑了试验路段和实体工程,如今在山西、山东、吉林、黑龙江、广东、内蒙古、湖北等许多省的公路和厦门、桂林、广州、首都机场跑道得到应用。二、SMA技术的起源与发展江苏、辽宁、河北120二、SMA技术的起源与发展1997年,交通部重庆公路研究所首次将改性沥青SMA结构应用于广东省虎门大桥钢桥面铺装上,随后汕头海湾大桥、厦门海沧大桥、武汉白沙洲长江大桥以及重庆长江鹅公岩大桥的桥面铺装都应用了SMA结构。二、SMA技术的起源与发展1997年,交121二、SMA技术的起源与发展交通部组织了11个省市参加的联合研究推广项目,先后开展了《SMA性能及指标的研究》、《SMA应用技术的研究》课题,在参照国外经验的基础上,提出了符合中国国情的“公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南”,供全国使用。二、SMA技术的起源与发展交通部组织了11122三、SMA结构的特点及原理1、粗集料用量多,占到矿料总量的70%以上;2、矿粉用量多,8%-12%;3、沥青用量多,5.5%-6.5%,比密级配沥青混凝土大1%左右;4、细集料用量少,一般为10%左右。(一)SMA的特点三、SMA结构的特点及原理1、粗集料用量多,占到矿料总量的7123三、SMA结构的特点及原理1、高温抗车辙;2、低温抗开裂;3、抗水损害;4、抗滑性能好;5、耐疲劳,能够延长路面的使用寿命。(二)SMA结构的优点三、SMA结构的特点及原理1、高温抗车辙;(二)SMA结构的124三、SMA结构的特点及原理1、在SMA的组成中,矿料是间断级配,粗集料占到矿料总量的70%以上,粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用,有非常好的抵抗荷载变形的能力,即抗车辙能力。(三)SMA结构的原理三、SMA结构的特点及原理1、在SMA的组成中,矿料是间断级125三、SMA结构的特点及原理2、SMA使用矿粉多,沥青多,又使用纤维作稳定剂,由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面,充分填充在集料间隙,在温度下降、混合料收缩变形时,玛蹄脂有较好的粘结作用,它的柔韧性使混合料有较好的低温变形性能。三、SMA结构的特点及原理2、SMA使用矿粉多,沥青多,又使126三、SMA结构的特点及原理3、SMA混合料的内部空隙率很小(4%左右),混合料渗水很少或几乎不渗水,再加上玛蹄脂与集料的粘结力好,混合料的水稳定性也有较多改善。三、SMA结构的特点及原理3、SMA混合料的内部空隙率很小(127三、SMA结构的特点及原理4、SMA采用间断级配,粗集料含量高,路面压实后表面形成大的孔隙,构造深度大,使雨天高速行车下不易产生水漂,抗滑性能提高,较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时,雨天交通不会产生大的水雾和溅水,路面噪声降低,从而可以全面提高路面的表面功能。三、SMA结构的特点及原理4、SMA采用间断级配,粗集料含量128三、SMA结构的特点及原理5、SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充,沥青用量多,因而沥青混合料的耐老化性能好,耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土。三、SMA结构的特点及原理5、SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂129三、SMA结构的特点及原理6、SMA路面密水性好,对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用,使路面能保持较高的整体强度和稳定性。三、SMA结构的特点及原理6、SMA路面密水性好,对下面的沥130四、材料质量技术要求SMA之所以有较高的高温稳定性,是由于粗集料之间的嵌挤作用,集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性,粗集料的这些性质是SMA成功与否的关键,因此SMA应使用机制洁净的非吸水性集料,石质坚硬,耐磨耗,外观接近立方体,嵌挤良好。

1、粗集料四、材料质量技术要求SMA之所以有较高的高温稳131四、材料质量技术要求严格限制扁平颗粒含量,非破碎面颗粒含量<5%,石灰石等碳酸盐类集料及任何磨光值不足的集料均不得使用。粗集料施工控制要求分为四档:4.5-9.5mm、9.5-13.5mm、13.5-19mm、7-15mm。SMA表面层对粗集料的质量技术要求见表1。四、材料质量技术要求严格限制扁平颗粒含量,132四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求133四、材料质量技术要求2、细集料细集料在SMA中只占很少的比例,在10%左右,但细集料对SMA性能的影响却不可轻视,SMA应使用机制砂。由于机制砂是采用坚硬岩石反复破碎制成,具有良好的棱角性和嵌挤性能,有利于提高混合料的高温稳定性。

四、材料质量技术要求2、细集料134四、材料质量技术要求机制砂要求防水、防潮、防污染,3mm以上的筛除,0.075mm以下吹掉。SMA面层用细集料质量技术要求见表2。四、材料质量技术要求机制砂要求防水、防潮、防135四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求136四、材料质量技术要求填料必须采用由石灰石磨细的矿粉。矿粉必须保持干燥,能从石粉仓自由流出,其质量应符合表3的要求。3、矿粉四、材料质量技术要求填料必须采用由石灰石磨细137四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求138四、材料质量技术要求纤维的种类很多,大体上可分为木质素纤维、矿物纤维、有机纤维三大类,我们现在使用的是木质素纤维稳定剂。它的作用是:4、纤维稳定剂四、材料质量技术要求纤维的种类很多,大体上可139四、材料质量技术要求(1)分散作用:假如没有纤维,使用大量的沥青和矿粉很可能成为胶团,不能均匀的分散在集料之间,在路面上将出现油斑,纤维可以使胶团适当分散。四、材料质量技术要求(1)分散作用:假如没有纤维,使用大量的140四、材料质量技术要求(2)吸附及吸收沥青:充分吸附和吸收沥青,从而使沥青用量增加,沥青膜变厚,提高混合料的耐久性。四、材料质量技术要求(2)吸附及吸收沥青:充分吸附和吸收沥青141四、材料质量技术要求(3)稳定作用:纤维使沥青膜处于比较稳定的状态,尤其是在夏季高温季节,沥青受热膨胀时,纤维内部的空隙还将成为一个缓冲的余地,不致成为自由沥青而泛油,对高温稳定性很有好处。四、材料质量技术要求(3)稳定作用:纤维使沥青膜处于比较稳定142四、材料质量技术要求(4)增粘作用:增加沥青与矿粉的粘附性,提高集料之间的粘结力。四、材料质量技术要求(4)增粘作用:增加沥青与矿粉的粘附性,143四、材料质量技术要求木质素纤维的质量应符合下列要求:四、材料质量技术要求木质素纤维的质量应符合下列要求:144四、材料质量技术要求1)用于SMA的沥青结合料必须具有较高的粘度,与集料有良好的粘附性,以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。5、沥青结合料四、材料质量技术要求1)用于SMA的沥青结合料必须具有较高的145四、材料质量技术要求2)用于改性沥青的基质沥青,应符合重交通道路沥青技术要求。3)用于SMA的改性沥青的质量应符合表5的聚合物改性沥青技术要求。四、材料质量技术要求2)用于改性沥青的基质沥青,应符合重交通146四、材料质量技术要求四、材料质量技术要求147第二部分SMA混合料的设计与施工第二部分SMA混合料的设计与施工148第五讲SMA混合料配合比设计1.1SMA混合料的配合比设计应遵循现行规范关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌、试铺验证的三个阶段,确定矿料级配及最佳沥青用量。1.2SMA配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法,配合比设计应遵循下列原则:1、设计原则第五讲SMA混合料配合比设计1.1SMA混合料的配合149第五讲SMA混合料配合比设计

1)SMA必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架,形成石—石嵌挤结构。对SMA16,SMA的粗集料骨架是4.75mm以上的粗集料。矿料级配的VMA在18%左右,马歇尔试件的VCAmix应该小于粗集料骨架捣实状态下的VCADRC。

第五讲SMA混合料配合比设计1)SMA必150

VCAmix:粗集料间隙率,压实沥青混合料试件内4.75mm以上的粗集料骨架部分以外的体积占试件总体积的百分率。

VCADRC:粗集料骨架捣实状态下的粗集料间隙率。

第五讲SMA混合料配合比设计VCAmix:粗集料间隙率,压实沥青混合料151

目前国外对罩面改建设计方法的研究都是针对于后者,类似于我国的补强设计。我国的罩面厚度较薄,相当于国外的“薄罩面”预防性养护措施,即功能性罩面。主要用于消除破损、完全或部分恢复原有路面平整度、改善路面的性能。第五讲SMA混合料配合比设计目前国外对罩面改建设计方法的研究都是针对于后152

VCADRC的测定方法:《公路工程集料试验规程》规定的沥青混合料集料容量筒的规格要求:容量筒容积10L,内径205±2mm,净高305±2mm,底厚5.0mm,筒壁厚度2.5mm。捣棒:直径16mm,长600mm,一端为圆头。第五讲SMA混合料配合比设计VCADRC的测定方法:第五讲SMA混153试验方法:分三次将试样装入符合要求规格的容器中,每次达1/3的高度,由边至中用捣棒均匀捣实25次,捣实深度约至下层的表面。最后一次使集料与容器口齐平,用合适的集料填充表面的大空隙,用直尺大体刮平,称取容量筒与试样的总质量。用水装满容量筒,测量水温,擦干筒外壁的水分,称取容量筒与水的总质量,由此得出筒的容积,并按水的密度对容量筒的容积作校正。第五讲SMA混合料配合比设计试验方法:分三次将试样装入符合要154

2)填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青玛蹄脂胶浆必须符合最小沥青用量的要求,马歇尔试件的空隙率必须在要求的范围内。第五讲SMA混合料配合比设计2)填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青玛蹄脂胶浆必须符155第五讲SMA混合料配合比设计2、设计标准2.1SMA的矿料级配采用间断级配,其范围应符合表6的要求。第五讲SMA混合料配合比设计2、设计标准2.1SMA的156铁阜线SMA级配范围第五讲SMA混合料配合比设计筛孔通过量(%)筛孔通过量(%)161002.3615~2311.490~1001.1814~229.570~800.613~198.050~600.311~165.623~310.159~144.7520~280.0758~12铁阜线SMA级配范围第五讲SMA混合料配合比设计筛孔通过157第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计158

2.3SMA设计配合比检验应符合表8各项指标的要求。试验方法应遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)的规定进行。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计159第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计160谢伦堡沥青析漏试验是为了确定沥青混合料有无多余的自由沥青或沥青玛蹄脂而进行的试验,由此确定最大沥青用量。与飞散试验相结合,可以得出一个合理的沥青用量范围。第五讲SMA混合料配合比设计析漏试验谢伦堡沥青析漏试验是为了确定沥青161谢伦堡沥青析漏试验由此控制最大沥青用量谢伦堡沥青析漏试验162肯塔堡飞散试验用以评价设计沥青用量是否不足,在交通荷载作用下,路面表面集料脱落散失的程度,以马歇尔试件在洛杉矶试验机中旋转撞击规定的次数,沥青混合料试件散落材料的质量的百分率表示。第五讲SMA混合料配合比设计飞散试验肯塔堡飞散试验用以评价设计沥青用163肯塔堡飞散试验由此控制最小沥青用量肯塔堡飞散试验164用路面渗水仪测定碾压成型的沥青混合料试件的渗水系数,以检验沥青混合料的配合比设计。第五讲SMA混合料配合比设计渗水试验用路面渗水仪测定碾压成型的沥青混1653.1SMA混合料目标配合比设计按图1的步骤进行。生产配合比确定和检验,根据目标配合比设计的结果,按《公路沥青路面施工技术规范》的规定进行。第五讲SMA混合料配合比设计3、设计步骤第五讲SMA混合料配合比设计3、设计步骤166SMA讲课教学课件167SMA讲课教学课件168SMA讲课教学课件1693.2按试验规程规定的方法精确测定各种原材料的相对密度,其中粗集料为毛体积密度,细集料、矿粉为表观相对密度。3.3调整各种矿料比例设计3个不同粗细的初试级配,3个级配的4.75mm通过率应分别为22%、25%、28%左右,必须符合所选择的标准级配范围的要求,3个级配的矿粉数量宜相同,使0.075mm通过率为10%左右。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计1703.4选择制作马歇尔试件的初试油石比。3.5按照选择的初试油石比和矿料级配制作SMA试件,SMA马歇尔试件的毛体积相对密度由表干法测定。3.6从3组初试级配的试验结果中选择设计级配时,必须符合VCAmix<VCADRC及VMA>18%的要求,当有1组以上的级配同时符合要求时,以4.75mm通过率大且VMA较大的级配为设计级配。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计171计算矿料的平均毛体积相对密度式中:

CA4.75mm以上粗集料的毛体积相对密度;

S按本方法测定的粗集料的松方毛体积相对密度(g/cm3);计算矿料的平均毛体积相对密度式中:172计算混合料的理论最大相对密度,其中纤维的比例不得忽略。计算混合料的理论最大相对密度,其中纤维的比例不得忽略。173SMA试件的毛体积相对密度采用表干法测定;计算混合料的体积指标:SMA试件的毛体积相对密度采用表干法测定;174式中:—4.75mm以上粗集料的平均毛体积相对密度;—沥青混合料试件的实测毛体积相对密度(g/cm3);

Pca—沥青混合料中大于4.75mm的颗粒含量占沥青混合料的比例。第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计1753.7根据所选择的设计级配和初试油石比试验的结果,以0.2—0.3%为间隔,调整4个不同的油石比,制作马歇尔试件。3.8进行马歇尔稳定度试验,检验稳定度和流值是否符合要求。3.9根据4%的设计空隙率,综合考虑其它体积指标确定最佳油石比。

第五讲SMA混合料配合比设计第五讲SMA混合料配合比设计176改性沥青SMA混合料的施工温度应按表9规定的范围选择。气温较低时,施工温度应适当提高。但经试验段或施工实践证明表中规定温度不符合实际情况时,容许做适当调整。

第六讲施工工艺1、施工温度

改性沥青SMA混合料的施工温度应按表9规定的范围177第六讲施工工艺第六讲施工工艺1782.1生产SMA应采用间歇式沥青拌和机拌和。拌和机必须配备有材料配比和施工温度的自动检测和记录设备。当采用现场制作的改性沥青时,应按规定的技术要求进行生产。需要短时间储存时,应进行不间断地搅拌,在储存期间改性沥青不得降低使用效果。

第六讲施工工艺2、SMA沥青混合料的拌和

2.1生产SMA应采用间歇式沥青拌和机拌和。拌和机必须配179第六讲施工工艺第六讲施工工艺1802.2SMA混合料采用专用的带有自动重量计量的纤维添加设备自动加入拌和机的拌和锅中,添加纤维应与间歇式拌和机的拌和周期自动同步进行。

第六讲施工工艺2.2SMA混合料采用专用的带有自动重量计量的纤维添加1812.3纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计算,使用松散纤维,用量不少于混合料总量的0.3%。

第六讲施工工艺2.3纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计182第六讲施工工艺第六讲施工工艺1832.4纤维必须在喷洒沥青前加入拌和缸中,干拌时间为15秒,喷入沥青后的湿拌时间为40—45秒,保证纤维能充分均匀地分散在混合料中,并与沥青结合料充分拌和。由于增加拌和时间,投放矿粉时间加长等原因而减少拌和机生产率的影响,应在计算拌和能力时充分考虑到,以保证不影响摊铺速度,造成停顿。

第六讲施工工艺2.4纤维必须在喷洒沥青前加入拌和缸中,干拌时间为15秒1842.5拌和时,矿粉投入能力应符合配合比设计数量的需要。

2.6SMA混合料严禁使用回收废弃的粉尘。

第六讲施工工艺2.5拌和时,矿粉投入能力应符合配合比设计数量的需要。

21852.7沥青混合料出厂由专人检查,如发现结合料老化、拌和不匀、离析、花白料、混合料降温过多以及其它影响产品质量的情况时,不准出厂,予以报废。

2.8拌和的SMA混合料可在储料仓中存放,以不发生沥青析漏和降温10℃为准。

第六讲施工工艺2.7沥青混合料出厂由专人检查,如发现结合料老化、拌和186注意事项:

1)SMA与普通的热拌沥青混合料生产的最大的不同是各个料仓之间可能不平衡。因为SMA为间断级配,粗集料粒径单一、量多,细集料很少,矿粉用量多。为此应该在筛孔、料斗、料仓的安排上下功夫。

第六讲施工工艺注意事项:

1)SMA与普通的热拌沥青混合料生产187

2)SMA的矿粉需要量大,一个螺旋升送器往往来不及供料,要在矿粉设备及人力安排上特别注意。第六讲施工工艺2)SMA的矿粉需要量大,一个螺旋升送器往往来不及供料,1883.1运料车应与摊铺能力、运距相适应,形成不间断的供料。运料车在开始运输前,应在车厢及底扳上涂刷一层隔离剂(不能用石油产品),使改性沥青和SMA不致与车厢粘结。

第六讲施工工艺3、运输3.1运料车应与摊铺能力、运距相适应,形成不间断的供料。1893.2运料车应前后移动三次装料,防止混合料离析。

3.3混合料运输过程中必须加以覆盖,以防止混合料降温超标和结壳。

3.4运料车在运输途中,不得随意停歇。

3.5运料车卸料必须倒净,否则必须及时清除。

3.6运料车到达现场后,应检查SMA混合料温度,必须满足摊铺温度要求。

第六讲施工工艺3.2运料车应前后移动三次装料,防止混合料离析。

3.31904.1在铺筑SMA之前摊铺表面应清扫干净,对于污染的路面必须洒布改性乳化沥青粘层油,用量不能超过0.3kg/m2,对路面缺陷应及时进行处理后才能进行SMA表面层施工。

第六讲施工工艺4、摊铺

4.1在铺筑SMA之前摊铺表面应清扫干净,对于污染的路面1914.2SMA混合料的摊铺速度应调整到与供料速度平衡,必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。摊铺机的摊铺速度通常为3—4m/min,容许放慢到1—2m/min。

第六讲施工工艺4.2SMA混合料的摊铺速度应调整到与供料速度平衡,必192第六讲施工工艺第六讲施工工艺1934.3为了做到均匀、连续不间断地摊铺,在摊铺机前至少有4辆以上的运料车等候卸料。卸料时在距摊铺机前20—3

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