sma沥青混合料设计和铺面平整度的

PAGEPAGE9SMA沥青混合料设计和铺面平整度的研究摘要：SMA沥青混合料设计现多采用击实成型法，宜改进为振动成型。均匀拌合并且具有适当高温的沥青混合料是保证铺面平整度的前提，连续稳定摊铺是保证平整度的中间关键，合理压实是保证铺面平整度的最终关键。黄黄高速加铺改造，上面层采用SMA设计，这在湖北省还是第一次全线采用SMA大规模施工。鉴于中部地区超载货车多的实际特征、以及I型结构组合导致的车辙问题和SMA试验段的良好抗车辙性能，而车辙远比坑槽的危害性大，并且养护成本高；在黄黄沥青加铺设计时，考虑了C型[1]+SMA的结构组合。但是SMA沥青混合料设计虽然发源很早，但是在我国的成熟应用相对较晚，在湖北省的推广应用尚处于起步阶段。结合笔者对沥青混合料设计的调研与实践，特就SMA沥青混合料配合比设计时细集料选择、纤维选择和沥青用量确定展开探讨；此外就SMA铺面的平整度控制和级配检测给出建议。1．SMA沥青混合料配合比设计的考虑1.1细集料选择与控制虽然设计之初，考虑到玄武岩硬度较高、细集料空隙率较高、粉尘含量低，可以改善铺面的耐久性，主张采用玄武岩细集料，但是在实际施工中，由于玄武岩的密度大于石灰岩密度，单价高于石灰岩，并且本着“因地制宜，就地取材”的原则，采用了武穴当地石灰岩。经过试验发现，在碎石场不开启粉尘抽吸设备时，石灰岩4＃料（石屑）的粉尘含量一般均超过了规范P0.075（0.075mm的通过百分率）的要求，但是玛莲妮拌合炉热仓处理后，粉尘含量又合乎规范要求。经过砂当量试验发现，除尘以后，砂当量明显提高，而关闭除尘设备后，砂当量在门槛值（60％）附近徘徊，具体见表1。因此，黄黄指挥部以及中心试验室和监理经常深入碎石场监督，一旦发现，任一碎石场不按规定操作，即刻停产整顿。事实上，仅仅依靠拌合炉除尘，强制加大风门，即提高除尘效率，在除去粉尘的同时，一部分细集料也清除掉了，并且损伤除尘布袋。表1热仓4＃料、开启除尘设备或关闭除尘设备的冷料对比筛孔尺寸4.752.361.180.60.30.150.075P0.075评评价砂当量热仓1008663.441.423.718.611.0合格83开启除尘10091.269.538.824.514.112.9合格――关闭除尘10093.677.155.235.730.316.6不合格591.2纤维的选择在纤维的选择上，主要考虑纤维种类比选以及纤维用量的比选。纤维种类的比选试验，采用析漏试验，即采用相同级配、相同经验油石比6.0%，相同用量的纤维；析漏损失较小的纤维作为初选纤维，最终确定必须参考“成本－效益”。目前多数实体工程纤维用量一般为0.3%，但是纤维的掺量绝对不是固定不变的；针对不同的纤维，应通过实验研究确定其在SMA中的最佳掺量。首先，多数研究人员发现0.2%的析漏损失可能偏高，理想的做法是，固定油石比6.0%不变，更改纤维用量，比如0.2%，0.4%（纤维与矿料质量比），0.6%，0.8%，考察析漏损失与纤维用量的关系，该曲线的拐点即析漏损失趋于稳定的最小纤维用量作为初选设计用量。根据纤维单价和纤维用量，计算成本，析漏损失小、成本低的产品即是中选纤维品种。最后，在最佳沥青用量下进行车辙试验，合格后，才能终定纤维品种和用量。1.3级配的选择与检测SMA系断级配，级配相对稳定，重点是通过限制2.36通过百分率来确保骨架的形成，对于SMA16和SMA13而言，一般P2.36在15％～28％之间，不允许超过30％。主要是检验：压实沥青混合料里的骨架间隙率（VCAmix）<干捣实状态下的粗集料间隙率（VCADRC）[2]。虽然，施工技术规范[3]在附录中规定大于等于13.2mm的SMA混合料以4.75mm分界，但是实践中，一般是小于等于13.2mm的均以2.36mm分界，只是公称最大粒径大于等于19mm的沥青混合料才必要采用4.75mm分界，因此，对于SMA混合料，由于多为SMA13.2或者SMA16，所以采用2.36作为分界点更为重要，它不仅决定了混合料的骨架程度，也影响了混合料的体积程度。由于SMA沥青混合料矿粉和沥青含量大，如果采用溶剂抽提，不仅消耗大量溶剂污染环境，而且由于矿粉的蒸发过滤可能引起较大的试验误差。因此，采用燃烧法可能更加快捷方便。但是，由于矿粉含量大，干筛筛分时的试验误差较大，干筛与水筛的差别相去较大。主要表现是：干筛法相对较粗，水筛法相对较细；干筛法P0.075通过百分率相对较小，水筛法P0.075通过百分率相对较大。对于SMA混合料，干筛法的结果一般存在较大错误，比如设计时0.075的通过百分率8～12％，水筛法可以达到8～10％，而干筛法一般只有4～8％。对于每一个燃烧炉，需要采用设计油石比、以及设计油石比±0.3%，采用热仓混合料拌合燃烧后，进行修正。当原材料和设计油石比不变时，修正系数一经确定，不宜改变。表2为干筛法与水筛法检测SMA级配的对比。表2SMA混合料干筛法与水筛法对比筛孔1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075干筛100986827.917.915.312.610.58.94.9水筛10093.656.825.919.616.114.91311.29.91.4沥青用量的确定SMA开始击实温度宜与摊铺后温度或初压前温度相一致。现规范采用马歇尔击实成型法，考虑3～4.5%的设计空隙率，以及VMA和VFA等体积指标要求。由于击实成型作用多发生竖向位移，受装模操作和实际击实温度影响较大，装料操作的时间以及具体插捣方法和次数、击实环境等还没有量化，实际击实温度难以把握和测量，因此不同操作人员之间难以对比。事实上，击实虽然由一定冲击作用，但是与振动相比，仍然有较大差距，SMA铺面要求采用振动而非静压是不推崇击实成型的有力证据。对于SMA马歇尔设计，偌能够振动成型，可能效果更好。不论采用那种成型方式，析漏试验和飞散试验都必须用来检验设计油石比是否合格。对于插捣工艺一般要求从试模边缘向中间均匀插捣，多年实践发现，沿试模边壁均匀插捣8次，试模中心插捣1次，每次均深入试模底部；插捣棒采用4～5mm加热铁丝即可。对于实际击实温度难以把握，可以考虑待击实材料置于烘箱中“预养护[4]”,并且插入温度计，一般预养护温度高于击实温度10～20℃，这个偏差可以由操作人员装模后，实测击实前的混合料温度，找出系统偏差。另外两个需要量化的指标是装模操作时间和击实环境。待击实沥青混合料从“预养护”烘箱中取出到开始击实的时间，应该有一个限制，一般1分钟内比较合适；击实时宜采用室温20～25℃无风室内环境为主，因为调研中多数试验人员发现冬天的击实与夏天的击实效果是不一致的，这主要是环境温度作怪。2铺面平整度影响因素与改善措施2.1均匀拌合与合适高温SMA混合料是间断级配、粗集料多、细集料少、矿粉用量多、沥青用量也多，单从级配来讲，是比较容易离析的，但是由于粗集料被丰富的沥青玛蹄脂均匀包裹，难以随意迁移，从而排除了粗细集料由于动力特性不一致而导致的客观离析。事实上，有研究显示[5]，与AC类、super类沥青混合料相比，SMA沥青混合料级配更为稳定，摊铺机边缘和中部的级配偏差最小。因此，在拌合炉内部，有效的拌和时间确保矿料和沥青均匀拌合是防止或减少SMA沥青混合料离析的关键。考虑到，SMA沥青混合料摊铺温度要求较高，一般宜在165℃以上，温度过低，玛蹄脂粘度升高，会导致压路机粘轮，从而影响铺面外观与表面平整度，偌人工局部修补加强局部碾压后，又会影响外观，见图1。一般SMA表面层采用40mm设计，按照规范[3]要求，32mm的极值厚度，也能满足；但是厚度越薄，散热越快，因此铺面厚度宜在代表值以上。为防止低温粘轮损伤平整度，必须控制出料温度170～190℃（环境温度高时，偏相于中下限；环境温度低时，宜偏向于中上限；≥195℃坚决废弃移作它用），摊铺温度宜在160℃以上，环境温度低时，摊铺温度宜在170～175℃左右，压实终了路表温度宜在100℃左右。图1温度偏低粘轮后局部修补加强碾压致外观缺陷2.2连续摊铺摊铺速度可能影响平整度和行驶舒适性。首先，运料车应该倒退至摊铺机前面0.3m左右置于空挡，由摊铺机推动运料车前进，决不允许运料车撞击摊铺机。摊铺机行走速度一般应该在4m/min以下，在环境温度较低或者沥青混合料产量不足时，摊铺机行走速度更加宜降低至2～3m/min，以提高摊铺机预压实度，以便于第一遍压实采用振动压实。不论以哪个速度摊铺都应该保持平稳连续，不宜更改摊铺速度，必要时需要渐变。在实际施工检测中，发现即将下雨时，摊铺机手快速提高摊铺速度，降低了铺面的平整度。合理安排施工区间，有效施工区段不宜过短否则，施工横结缝过多，将影响平整度的发挥。某工程某标段由于遇雨、机械故障或沥青短缺等原因，施工区间相对较短，大约300～1000米以内，上面层施工横接缝较多，存在部分“接缝跳车”，降低了平顺性。多次平整度检测表明，施工区间较长的连续路段标准差多在1.2以下，施工区间较短的不连续路段，标准差多在1.3~1.7浮动。2.3合理压实压路机的随意调头、转向，会损伤铺面平整度；倒车时宜先停振，起步后再振动。SMA铺面较薄，降温较快，采用紧跟碾压，可以利于较高温度下获得压实效果。如果全幅摊铺（对于双向4车道铺面），采用“2＋2＋2/1”的压实组合，前面两台钢轮“半并进”交错由低向高“紧跟”碾压，比如一台从外侧向内侧碾压，另外一台则从内侧向外侧碾压；不论去行还是回行，压路机第一遍就宜采用振动压实。工作时，视线宜好，一般晚上不宜施工，否则会漏压，发生压实离析。图2是某工地中面层夜晚施工压路机的残留轮迹。钢轮碾压洒水会导致表面温度大约下降10℃左右，宜探讨非降温性隔离剂，以防止沥青混合料的热量散失。图2某工地夜晚施工压路机的残留轮迹2.4SMA胶轮碾压的取舍规范[3]规定“正常情况下，SMA施工不宜开展胶轮碾压”，这说明规范并没有否定或静止SMA胶轮碾压的应用。那么在特殊情况下，又该如何对待？在黄黄高速加铺现场，进入2005年11月份后，气温较低，部二局施工标段积极地开展了胶轮碾压的试验，在复压完毕之后施加胶轮。外观上，SMA铺面表面玛蹄脂好像被胶轮搓揉提起；客观芯样测试和现场渗透试验发现，胶轮碾压后，空隙率和构造深度有轻微降低，但是封水效果明显改善。由于规范指出SMA铺面不宜采用胶轮碾压，最终没有大规模推广。但是，胶轮碾压可能也是一个不可回避的问题，尤其是低温施工、水泥混凝土桥面施工（海沧大桥钢桥面采用了胶轮碾压，黄石长江大桥也采用了胶轮碾压）。3．结语（1）细集料选择重点考察冷料0.075mm通过百分率以及砂当量，主要检验碎石场除尘抽吸设备是否连续开启。纤维选择宜根据性能和成本综合评价，纤维用量不宜凭经验决定，宜根据析漏试验的拐点加以确定。（2）SMA沥青混合料设计马歇尔击实法宜改进为振动成型，装模时插捣操作宜量化，成型温度宜和摊铺温度相一致，采取“预养护”措施，找出“预养护”