SMA路面摊铺的技术分析

0 引言
    沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是近年来在国际上出现的一种新型沥青混合料,具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、抗滑性、水稳定性、耐久性及减噪等使用性能,并以优良的抗车辙性能和抗滑性能闻名于世,其维修养护费用少,使用寿命长的优点是普通沥青混合料不能兼顾到各个方面的使用性能以致通常造成路面发生严重的早期破坏现象所不能比拟的。我国大部分地区的气候条件是夏季炎热,冬季严寒,而交通状况却是重载及超载车多,情况严重,对道路沥青路面的高温抗车辙性能,低温抗裂性能等使用性能提出了更高的要求。由于SMA路面具有优良的使用性能,在我国的高速公路、城市道路、大跨径钢桥桥面铺装、飞机场跑道都得到了广泛的应用。然而,在我国铺筑的部分SMA路面试验路段及个别SMA道路路面却出现了泛油、车辙等早期破坏现象,因此,我们不能迷信SMA路面,不能走进“只要铺筑SMA面层就能够解决沥青路面早期破坏”的误区。SMA路面和任何路面工程一样,如果不重视材料选择、配合比设计、施工机械设备人员配置以及拌和、运输、摊铺、碾压等施工工艺,不按科学规律办事,同样会导致SMA路面的使用效果不好,甚至早期破坏。为了更好的吸取教训,总结经验,以便铺筑好SMA路面,确保SMA路面质量,发挥出SMA路面良好的性能,本文结合福(州)银(川)高速公路永寿至咸阳段的SMA路面工程实例,谈谈SMA路面混合料摊铺工艺的技术措施。
4 g& z8 I, A% D5 q* [# ?# m3 L    永寿至咸阳段高速公路是国道银川至福州线的重要组成部分,路线起于永寿县城东南,与陕甘界至永寿高速公路相接,终于咸阳市周陵村以北,接西安咸阳国际机场高速公路,全长65.435公里,按双向准六车道设计,该项目建设对区域经济的发展、对实施西部大开发、促进东西部地区经济全面协调发展具有十分重要的作用。本路段交通量大,重载多,特别是本项目地处陕西省关中咸阳地区,夏季炎热,冬季严寒,为防止沥青路面在大交通量、重载车辆作用下产生车辙等病害,本项工程路面表层全路段采用SMA结构。
    2007年11月13日,永成高速公路路面交工验收委员会对永咸高速公路路面工程验收评定为:“永成高速公路在陕西省第一次全路段、大面积采用SMA新技术路面,采用了合理的施工工艺。经过精心组织和施工,SMA路面原材料控制严格,路面强度、厚度、密实度、弯沉等关键指标符合规范及设计要求。它的成功铺筑,为我省推广应用SMA路面积累了宝贵的实践经验。”
    1 SMA结构特点
    沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)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填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂,填充于间断级配的粗集料骨架的间隙,组成一体形成的沥青混合料。它具有以下几个特点:一是矿料是间断级配,粗集料占到70%以上,颗粒之间有良好的崁挤作用,具有较强的高温抗车辙能力;二是矿粉使用多(8—12%)、沥青多(5.7—6.5%),与添加的纤维组成的沥青玛蹄脂,填充在粗集料中,低温抗裂性大幅提高;三是内部空隙率很小(3—4%),几乎不透水,水稳定性好;四是石料坚硬,粗集料多,构造深度大(0.8—1.3),抗滑性能提高;五是混合料内部空隙率很小,有良好的耐久性。由于以上几种因素的共同作用,SMA结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能,减少维修养护费用,延长使用寿命。尽管初期投资有所增加,但总体上将产生重大的经济效益,对发展我国沥青路面具有重要的意义。
# M+ ^8 w; D, j; x) j    2 影响SMA摊铺质量的因素分析
    SMA路面施工工艺与普通沥青路面一样,基本分为拌和、运输、摊铺、碾压等四个关键工序,摊铺是其中关键工序之一,可以说,摊铺的质量好坏与否是直接决定SMA路面铺筑是否成功的关键因素之一。SMA混合料“三多一少”的结构特点(粗集料多、矿粉多、沥青多,细集料少)致使SMA混合料粘度较大,施工温度较高,决定了影响其摊铺质量的因素如下:
    2.1 摊铺时的气候条件;
: @1 U$ S/ k/ r2 J    2.2 摊铺机配置及其摊铺参数设置;
    2.3 摊铺前的准备工作;
    2.4 摊铺温度控制;
: }8 h6 y! Q0 X$ Z) r1 y    2.5 摊铺速度控制;
    2.6 摊铺找平方式;
" z* A5 ?( g  ~3 G! s9 Y    2.7 其它。
    3 SMA路面摊铺技术措施
    3.1 摊铺时的气候条件 SMA路面一般较薄,温度散发很快,且多半使用改性沥青,对大多数聚合物改性剂来说,随着温度的下降,聚合物开始固化,混合料失去施工和易性,使充分碾压成为不可能,SMA路面将不能成功,尤其是在有风及空旷的工地,混合料降温很快,这一点必须特别注意,因此,当气温或下卧层表面温度低于10℃时不得铺筑SMA路面。
! W! I5 P  R" `! K  a1 E9 v- K    SMA混合料在摊铺过程中,应千方百计避免突然遇到降雨情况,尤其是在夏季避免时常有的雷阵雨天气,为此事先要监测天气预报,并与气象局订好合同及早提供天气变化情况,以防措手不及。有时拌和站与摊铺现场距离较远,一方晴空万里,一方雷雨交加,如果碰到了这种情况,立即停止摊铺,将已摊铺的混合料迅速碾压,若碾压成型有困难的,必须毫不留情地铲掉。
    3.2 摊铺机配置及其摊铺参数设置 SMA混合料的粘度较大,摊铺温度高,摊铺阻力要比普通混合料大,加之,在摊铺SMA时,下层必须洒布粘层油,一般的轮胎式摊铺机将会顶不动运料车,产生打滑现象,因此,SMA路面摊铺作业采用履带式摊铺机摊铺。
3 @8 k# q# _% l. K# I" K    SMA混合料具有较多的粗集料,混合料在摊铺时容易离析,因此SMA路面不宜全幅摊铺;加之出于成本考虑,SMA混合料基本上都用于表面层,表面层比中下面层更薄,混合料更容易冷却,需要压缩摊铺机宽度,使混合料的摊铺密度提高,降低降温速率,以赢得更多的施工碾压时间,因此SMA路面铺筑时,一台摊铺机的铺筑宽度不宜大于6米(双车道)~7.5米(3车道以上),通常采用两台或更多台数的摊铺机前后错开5~10米,呈梯队方式同步摊铺,两幅之间应有30~60毫米左右宽度的搭接。
    3.3 摊铺前的准备工作
: s- q' v9 H. n* G1 t+ [0 ?    沥青路面施工过程中,,层间污染使沥青层的各层不能成为一个整体,会导致沥青路面的早期破坏,为此必须仔细安排工序,防止施工交叉污染,两层沥青层的施工间隙中不得进行任何有可能污染沥青层的作业。严禁在铺设完成的沥青层上堆放开挖的土壤杂物,拌制水泥砂浆等。同时为加强沥青层与层之间的粘结,使各层沥青粘结成为一个整体,在摊铺上一层前对下一沥青层必须喷洒粘层油。对于SMA混合料,表面有很大的构造深度,反面同样也有很大的“构造深度”,粘层油不仅可以加强两层之间的粘结,还能将粘层油挤入这些孔隙中,增加接触面积。沥青面层施工过程中必须杜绝工程车辆以外的交通进入路面,施工车辆进入施工场地前轮胎应被清理干净。在摊铺过程中,对下一层面上的局部污染,应在摊铺前将污染彻底清理干净,重洒粘层油后,才能摊铺。
    为防止沥青混合料粘结料斗,摊铺前应对摊铺机的受料斗涂刷植物油与水的混合物防粘剂。
    摊铺机开工前应提前0.5~1小时预热熨平板不低于100℃。
" i. k, G# l4 ~& l8 ]    正式大面积摊铺SMA路面前,应通过试验段铺筑确定熨平板的振捣或夯锤压实装置的适宜的振捣频率和振幅,以提高路面的初始压实度,并确定好混合料的松铺系数。熨平板加宽连接应仔细调节至摊铺的混合料没有明显的离析痕迹。
* K0 k2 N& h, ?7 ?  I9 A  p1 O) r    3.4 摊铺温度控制 SMA路面一般较薄,温度散发很快,混合料很容易失去施工和易性,使充分碾压成为不可能,SMA路面将不能成功。SMA混合料的最低摊铺温度应根据铺筑层厚度、气温、风速及下层表面温度按下表执行,且每天施工开始阶段宜采用较高温度的混合料。
    3.5 摊铺速度控制 由于SMA生产影响拌和机生产率,摊铺机的摊铺速度应放慢,SMA混合料宜放慢至1~3米/分钟,做到SMA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。当供料不足时,宜采用运料车集中等候,集中摊铺的方式,尽量减少摊铺机的停顿次数。为了尽量减少摊铺机的停顿次数,拌和机的能力必须匹配,运料车也要有富余,一般要求在摊铺机前至少要有3台以上的运料车等候。必须做到“宁可运料车等候摊铺机,也不能让摊铺机等候运料车”。实践证明,摊铺机的速度是否均匀,有没有停顿,是影响平整度的最主要的因素。摊铺机的停顿,一方面会造成摊铺机下存留的混合料温度会下降,使摊铺层的压实厚度受到影响;同时摊铺机摊铺时,熨平板都向前倾斜有一个角度,如果速度不均衡,熨平板倾斜角也跟着发生变化,势必对平整度有影响。摊铺速度不均匀,甚至停顿,势必在该处留下一个坎,形成跳车。停顿的时间太长将使摊铺机跟前没有碾压的混合料温度降低,再次摊铺以后不能很好压实,成为早期损坏的祸根。
- b# d4 l, E/ W' f    3.6 摊铺找平方式 目前我国的SMA混合料基本上都使用在表面层,表面层的摊铺对路面的平整度影响极大。摊铺机必须有良好的自动找平功能。SMA表面层铺筑时,宜采用非接触式平衡梁摊铺厚度控制方式。非接触式平衡梁没有轮子直接接触摊铺层,与沥青混合料粘结少,便于压路机紧跟摊铺机碾压,铺筑面的平整度能够得到进一步的提高。施工结束后可以折叠,搬运很方便。尤其适合于一些特殊的路段,如转弯半径小、起步、终点、匝道。
    3.7 其它 在摊铺过程中,当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时,应及时分析原因,予以消除。
& _  D/ j) e' i" q* }5 U/ F    在摊铺过程中应随时检查摊铺层厚度及路拱、横坡。
5 v2 |7 C/ }& {- I$ G- p    在摊铺机摊铺混合料的过程中,不宜用人工反复修整。当不得不由人工作局部找补或更换混合料时,须仔细进行,特别严重的缺憾应整层铲除。
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) e* G( B/ v7 n+ I+ c    SMA混合料摊铺是SMA路面施工中的最关键的工序之一,其摊铺质量直接影响到路面质量及路面平整度等使用功能,因此,对于SMA摊铺作业,应特别重视气候条件、摊铺机配置及其参数调整、摊铺准备工作、摊铺温度与速度控制及自动找平方式等,确保SMA路面摊铺质量,为下步碾压工序打下坚实的质量基础。