广东佛开高速公路SMA-13配合比设计及应用

赖灿荣

沥青混凝土路面表层直接承受着交通荷载和气候的双重作用,质量的好坏直接关系路面通车后的路用性能和营运效果。因此沥青路面的抗滑表层不仅要求具有优良的高温抗车辙能力,抗裂、抗水损害的特性,而且要具有良好的抗滑功能。佛开高速公路在沥青结构层设计时,考虑了以上不利因素,沥青结构层设计为抗滑表层4 cm SMA-13+中面层6 cm AC-20+下面层8 cm AC-25沥青混凝土。这种设计克服了沥青层厚与级配的最大粒径不相匹配的缺点,使沥青路面施工均匀性进一步得到保证。

1 SMA-13目标配合比的设计

1.1 原材料的质量控制

1)沥青:佛开高速考虑到交通量和当地的气候条件,使用的沥青为SBS改性沥青,利用高标号的沥青胶结料来进一步保证沥青混凝土的质量。沥青采用业主甲供,但项目部对沥青加大检查力度,每天进行沥青抽检,每车都留有样品,确保沥青质量符合要求。

2)集料的质量控制:SMA之所以具有较多的高温稳定性和抗车辙能力是基于含有较多的粗集料之间的嵌挤作用。这也主要取决于集料的颗粒形状和棱角性,所以粗集料的针片状指标要求不大于10%,同时要求含泥量指标小于1%。对石场派驻了专职试验员,每天对石场开机后的集料进行了控制。要求石场安装一级除尘设备,并在石破后加设过泥筛,确保集料的生产质量从源头抓起。集料采用广东封开石场生产的优质辉绿岩,该集料的料源特性见表1。

表1 集料部分料源特性结果汇总表

3)其他材料:填料采用优质的石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。SMA-13沥青混合料中掺加了0.3%木质纤维稳定剂。为提高混合料的水稳定性,在沥青中掺入0.3%的PA-1型沥青抗剥落剂。

1.2 级配组成

SMA-13型混合料2.36 mm以上的粗集料数量达到80%左右,在佛开高速SMA-13型配合比设计时,我项目部和业主、监理及设计单位的专家一起将级配进行了调整,将2.36 mm以上的集料适当增加,形成较稳定的骨架结构,增大混合料的热稳定性。在配合比设计过程中同时选择粗、中、细三条曲线,见表2。

表2 粗、中、细三条曲线的配合比设计

对以上三种级配我们都采用了预估最佳油石比的击实试验,双面击实各75次。以估计油石比6.0%进行马歇尔试验(见表3),试验结果表明选定级配1各项指标接近设计及规范要求。

表3 三条级配线马歇尔试验物理力学指标测定结果汇总表

从混合料的分析结果可以看出,我部采用级配1为设计级配。

1.3 确定设计沥青用量并验证混合料指标

选用级配1为配合比,以估计油石比6.0%为中值按0.3%间隔变化,取4个不同的油石比。最终确定最佳油石比为6.0%(见表4)。采用该级配曲线VMA也达到设计要求,而且沥青用量也达到6.0%以上。这对沥青混合料的路用性能有所保证。

表4 改性沥青SMA-13配合比设计检验指标结果

2 混合料的拌和

在混合料的生产过程中注意了集料的级配控制,尤其是对4.75 mm,2.36 mm,0.075 mm 3个关键筛孔通过率,同设计的偏差不允许超过规范的要求,确保混合料的生产级配和沥青含量与设计保持一致。从生产过程来看,现代的生产工艺和精确的称量方法确保了混合料的品质。改进型SMA-13型混合料拌合温度175℃～185℃,要求拌和过程中温度不得高于190℃,防止沥青混合料发生析漏现象,造成路面产生油团。

3 混合料的摊铺

在混合料的摊铺过程中,我部要求前场机手:摊铺机的摊铺速度调节至供料,压实速度相平衡,保证连续不断的均匀摊铺。切忌任意快速摊铺和停机等料现象。对摊铺过程中极易出现的离析现象,我部采取许多积极有效的措施,如调整螺旋布料器的大小叶片的安装,尽量减少摊铺机合龙两翼的次数,防止出现刮板输送器露空现象。同时将合龙翼板时翼板角落滑落在路面的冷却料铲走。

4 混合料的碾压

抗滑表层厚度较薄,只有4 cm。混合料摊铺后温度下降很快,尤其是天冷和风大的环境条件下,钢轮压路机的压实温度范围较窄,一般在155℃～165℃之间。当温度降到130℃时就无法压实,有效的压实温度仅为30℃～40℃的下降幅度,所以钢轮压路机必须“紧跟”“振动”“短距”压实才能确保有效的压实度。“紧跟”就是两台钢轮紧跟摊铺机后,还布置1台～2台钢轮紧随前面两台,防止前面压路机退出加水时替代作业。“短距”是指压路机的折返距离保持30 m左右等距较合适,压路机轮迹在作业中呈梯形排列,钢轮每次重叠20 cm～30 cm,行走速度在4 km/h～5 km/h以内。“振动”要求前面两台钢轮采用“高频低振”的振压模式。可以采用前静后振或采用来回振压的方式,由试验路检验确定。

5 结语

1)SMA-13混合料级配是一种断级配骨架密实型混合料,沥青用量较高,掺加纤维稳定剂,具有更优良的抗车辙能力和抗滑能力,而且解决了路面的渗水问题,减少了路面的早期水损害。由于压实混合料的VMA增大,沥青用量也相对增加,对路面的耐久性更加有利。2)SMA-13混合料,要求生产过程严格控制混合料级配,采用钢轮压路机进行碾压,采用“紧跟”“振动”“短距”的原则压实。3)佛开高速公路采用改进型的SMA-13级配,竣工后路面平整、坚实、粗、均匀、美观,基本不渗水,达到优良工程的效果,具有良好的路用性能。

[1] 广东佛开高速公路有限公司,江苏省交通科学研究院.上面层改性沥青SMA-13施工指导意见[Z].2008.

[2] JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[3] 于 虹.喷射混凝土配合比设计[J].山西建筑,2008,34(15):154-155.