市政工程新型材料桥梁道路面层Word文档下载推荐.docx

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路面是高等级公路的重要组成部分，公路路面相对于路基而言只是薄薄的一层，但其工程造价却占到了公路工程总造价的15%~25%。

路面作为道路直接与行车发生关系的“界面”，其工程质量具有特殊重要的意义。

目前，在我国已建成的高速公路中，约75%采用了沥青砼路面。

随着国外技术的引进和消化吸收，我国在公路沥青路面修筑，特别是高速公路的沥青路面修筑方面形成了以路面结构、材料、设计、施工和检测为核心的成套技术，基层和面层的工艺水平都有了明显提高。

但是随着高速公路里程的逐年增长，沥青路面普遍存在的技术和质量问题也逐渐暴露出来，其主要表现在两个方面，即沥青路面的耐久性（使用寿命）和路面的早期破坏。

一方面，现有道路的实际使用寿命（5~8年）普遍短于设计使用寿命（15~20年）；

另一方面，随着交通流量的迅速增长，车辆大型化和严重超载，使路面质量面临新的严峻考验。

在新路开放交通一二年内就出现了坑槽、开裂、车辙、抗滑性能不足等早期破坏现象已十分普遍，个别路段早期破坏现象甚至十分严重，不得不过早地进行修复，由此带来巨大的直接和间接的经济损失。

因此，在一些气候条件恶劣和交通负荷特别大的路段（包括桥梁）或一些政治经济特别重要的路段（尤其是桥梁），在使用通常的道路沥青砼仍不能满足使用要求时，为使沥青砼路面达到更长的使用寿命，可以考虑采用SMA路面。

所以研究的目的是：

通过深入分析SMA路面材料组成和特性及SMA路面的结构特性和受力特点，对SMA具有抗车辙、抗裂、抗滑、泌水和耐久的优点进行全面阐述，同时，结合实际工程（九江长江大桥公路桥桥面改造），详细论述SMA沥青砼路面施工技术和施工工艺。

SMA是一种较新型的沥青砼材料，有其优点和长处，但其卓越品质与性能的代价主要表现在以下三个方面：

①较高的材料成本。

因其采用了优质集料和添加剂（矿物纤维、改性剂）；

②较高的生产成本。

表现为较低的生产率（生产复杂性增加）；

严格的温度控制和混合料控制；

③要获得SMA路面的最佳性能并减少养护工作量，SMA混合料须精心设计，并做到精心生产和精心铺筑。

五、SMA材料

采用SMA沥青砼这种新型材料，直接影响其质量的关键因素是SMA沥青砼的组成材料和材料的性能。

所以，下面分别对沥青、集料和矿物纤维进行研究。

1．沥青和改性沥青

尽管各国沥青结合料的规范有着明显差别，但都是以针

入度或粘度来划分沥青等级的，再以软化点、不同温度粘度、针入度指数、法拉斯脆点来确定温度敏感性，并经过老化试验，保证上述特性在容许限度的范围内。

世界上大多数国家，包括我国、欧洲各国、日本均采用25℃针入度指标进行沥青结合料分级。

SMA混合料需要采用比常规AC混合料粘度（稠度）更大的沥青结合料，而且选择改性沥青的越来越多。

SMA沥青结合料的质量必须满足沥青玛蹄脂的性能需要，要有较高的粘度，符合一定的要求，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。

根据设计要求,九江长江大桥公路桥桥面改造所采用的沥青其三大技术指标如表1所示,且该沥青须符合”重交通道路沥青技术要求”（应用于炎热地区）。

沥青三大技术指标表1

25℃针入度/0.1mm

5℃延度/mm

软化点/℃

51

30

75

最终选定的沥青为鄂州科氏沥青产品有限公司生产的改性沥青，其主要技术指标如表2：

沥青（聚合物改性沥青）主要指标表2

项目

单位

检测结果

要求

针入度,25℃,100g,5s

mm

65

≥40

针入度指数,PI

0.4

≥0.2

延度,5cm/min,5℃

cm

40

≥20

软化点（R&

B）

℃

86

≥60

闪点（COC）

315

≥230

离析试验,软化点差

≤2.5

弹性恢复,（25℃,10cm,60min）

%

98

≥70

旋转粘度,135℃

Pa.s

1.7

≤3

溶解度（三氯乙烯）

99.5

≥99

旋转薄膜烘箱后残留物

质量损失

0.01

≤1.0

25

≥15

针入度比,25℃,100g,5s

80

≥65

2.集料

由于SMA沥青砼路面（桥面）优良的抗车辙性能主要来源于集料体高度的内摩阻力,故对粗细集料提出了比常规沥青砼更高的要求。

粗集料：

粗集料是构成SMA混合料骨架结构的主体材料。

要求选用质地坚硬、表面粗糙、抗磨耗、形状接近立方体的碎石料。

SMA混合料不得使用易磨光或相对纯的碳酸盐集料。

采用的集料可为花岗岩、玄武岩、片麻岩和石英岩等，即要求集料要有足够的硬度和耐久性，最终选定采用玄武岩碎石作为粗集料。

针对上述要求，选择了两处料场的碎石进行对比试验，这两处料场分别是湖北阳新和江苏花山，其碎石均为玄武岩。

经检验，两处玄武岩碎石试验结果及对比如下表3、表4和表5所示：

湖北阳新玄武岩碎石试验结果表3

检验项目

计量单位

检验结果

表观密度

g/cm³

2.912

针片状颗粒含量

7．6

堆积密度

1.501

压碎指标值

28．7

紧密密度

1.643

坚固性

含泥量

1．78

有机物含量

泥块含量

1．4

岩石强度

Mpa

97．2

含水量

1．6

SO3含量

吸水率

2．21

碱活性

江苏花山玄武岩碎石试验结果表4

12．5

172

磨耗率

13．6

0．8

玄武岩碎石主要力学性能对照表表5

技术规范要求

湖北阳新产

江苏花山产

>

120MPa

压碎值指标

≤28%

≤2%

<

30%

--

通过试验检测和对比，最终选定采用江苏花山生产的玄武岩碎石。

其集料筛分试验数据如表6～9所示：

江苏花山玄武岩碎石集料筛分试验记录表6

集料名称：

玄武岩

集料规格：

16.0～9.5

集料试验前干燥质量m1（g）

2000

集料水洗后干燥质量m2（g）

1994.0

P0.075

（%）

0.3

干

筛

法

分

结

果

筛号（mm）

各号筛上的筛余量（%）

分计筛余（%）

累计筛余（%）

通过量（%）

筛分曲线图

19．0

O

100

通过量%

16．0

16．8

0．7

99．3

13．2

445．0

17．4

18．1

81．9

9．5

1887．0

73．8

91．9

8．1

4．5

194．8

99．5

0．5

筛底

4．6

0．2

99．7

0．3

玄武岩碎石集料筛分试验记录表7

9.5～4.75

1994.1

385.3

19.2

80.8

1512.2

75.4

94.6

5.4

96.6

4.8

99.4

0.6

5.3

99.7

玄武岩碎石集料筛分试验记录表8

4.75～2.36

1996

0.2

13.2

9.5

8.8

0．4

99．6

4.75

1892.1

94.4

94.8

5.2

2.36

96.1

99.6

3.0

99.8

玄武岩碎石集料筛分试验记录表9

集料规格2.36～1.18

1000

27.3

2．7

97．3

914.1

91.1

93.8

6.2

1.18

54.4

99.2

0.8

1.1

0.1

99.3

0.7

0.15

2.9

3．细集料

细集料是指2.36mm筛孔以下的集料。

细集料应采用专门制砂机生产的机制砂。

当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，且不得含有泥土、杂物。

本次SMA沥青砼采用的是玄武岩细集料，其筛分试验结果如表10：

表10

2.36～0.075

试验次数

P0.075（%）

P0.075（%）平均值

细度模数Mx

平均细度模数Mx

1

500

448.7

10.3

10.5

2.47

2

446.6

10.7

2.46

水

洗

筛余量（g）

累计筛余%）

平均值

100.0

90.0

80.0

70.0

60.0

50.0

40.0

30.0

20.0

10.0

0.0

4.752.361.180.60.30.150.075

15.6

2.1

3.1

2.6

97.4

154.3

150.0

30.9

33.0

33.1

66.9

110.4

104.6

22.1

20.9

55.1

54.0

54.6

45.4

91.5

92.3

18.3

18.5

73.4

72.5

73.0

27.0

52.0

53.1

10.4

10.6

83.8

83.1

83.5

16.5

0.075

29.6

30.8

5.9

89.7

89.3

89.5

4．填料

磨细天然石灰岩粉末，是各国SMA沥青砼混合料最通常采用的填料。

本次SMA沥青砼采用的填料为由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。

作填料的矿粉必须保持干燥，能从石粉仓自由流出，其技术要求如下所示：

表11

指标

技术要求

视密度

t/m³

≥2.50

≤1

粒度

范围

90~100

75~10

外观

无团粒,不结块

亲水系数

塑性指数

≤4

5．稳定剂

与传统的沥青砼相比,SMA沥青砼通常具有较高的沥青含量和较多的粗集料.因此,SMA混合料必须含有适当类型和数量的稳定剂,以便在混合料的储存、运输和摊铺过程中保持住沥青结合料，防止其发生析漏。

稳定剂通常是指外掺的纤维，主要有木质纤维和矿物纤维，本次SMA沥青砼采用的稳定剂为Fiberand矿物纤维。

（1）Fiberand矿物纤维

Fiberand矿物纤维系采用玄武岩和石灰岩在1600℃高温熔融、编纺抽丝、并经表面上胶而成。

纤维直径约5μm，纤维长度平均为6mm,通过250μm筛为95%及通过63μm筛为65%。

Fiberand矿物纤维特性（和木质纤维相比）

①扩散快速，使矿物纤维能够均匀混合于沥青料中；

②混合于沥青料中具有100%资源回收能力；

③矿物纤维较任何其它添加剂具有更佳耐高温性能；

④矿物纤维不吸收沥青；

⑤矿物纤维混合搅拌于沥青料中不论用现场搅拌机具或工厂拌合均可；

⑥矿物纤维本身具有高温不易软化，低温不易硬化龟裂性能；

1、矿物纤维不会受发霉、潮湿、腐蚀及虫害影响。

Fiberand矿物纤维功能

①增加沥青胶泥的黏滞度，增加其韧性、耐久性，具有提高沥青砼的劲度、耐磨性；

2提升路面的透水能力，确保路面的抗摩擦能力，提高行车安全；

③加入矿物纤维的沥青砼，因其透水性能良好，故不易发生路面积水、水花四溅及形成雾状的现象，能够提高行车安全度；

④矿物纤维与沥青混合后，在粒料表层形成较厚的沥青膜，使水份不易侵入骨料，减低路面粒料剥脱分离；

⑤矿物纤维不溶于沥青，但可利用其高度的黏贴性，可吸住沥青使其黏贴于骨料，防止因高温所造成的垂流和流失，可相对提高沥青含油量，可减低路面氧化、老化，增加路面稳定性及增加使用寿命。

6．聚炳烯纤维

根据设计要求，在弯道处采用增强SMA沥青砼，增强材料采用聚炳烯纤维，其目的是防止沥青砼出现裂纹。

本次SMA沥青砼采用的聚炳烯纤维为美国杜拉纤维。

杜拉纤维是一种新型的砼防裂纤维，也被称为“次要增强筋”，其主要功能是抑制沥青砼的路面（桥面）塑性裂缝的产生。

六、SMA沥青砼混合料配合比设计

SMA沥青砼混合料配合比设计，根据交通部颁布的JTJ032-94《公路沥青路面施工技术规范》中关于热拌沥青混合料配合比设计的规定，热拌沥青混合料配合比设计应分三个阶段，分别是目标配合比、生产配合比和验证配合比。

（1）目标配合比

目标配合比委托东南大学交通学院试验室设计。

具体试验结果如下：

（2）原材料试验

1、矿料:

（1）集料1#、2#、3#料为江苏花山产玄武岩，4#为石灰石机制砂。

（2）各矿料试验结果见表12：

表12

技术指标

试验结果

规范要求

1#料视密度（g/cm³

）

2.989

2#料视密度（g/cm³

3.006

3#料视密度（g/cm³

2.936

4#料视密度（g/cm³

2.705

矿粉视密度（g/cm³

（3）各矿料筛分试验结果见表13：

表13

名称

通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%）

19.0

16.0

1#料

99.1

68.5

6.9

2#料

98.5

13.6

3#料

2.7

4#料

93.4

45

28.8

18.8

12.1

6.3

矿粉

90

②沥青：

（1）沥青为科氏PG76-22型改性沥青。

（2）沥青试验结果见表14：

　　　　　　表14

密度（25℃）（g/cm³

1.029

实测

（3）矿料配合比设计

①沥青混合料SMA-16（掺矿物纤维0.4%）型配合比设计见表15及图1:

表15

SMA-16上限

92

72

38

31

26

22

17

15

11

SMA-16下限

95

54

14

10

9

8

SMA-16中值

97.5

82

63

24

20

13

11.5

合成

级配

87.7

63.3

37.7

26.8

17.0

13.8

11.8

8.5

矿料比例为1#:

2#:

3#:

4#:

矿粉=39:

27:

6:

20:

图1:

SMA-16级配曲线图

②增强型沥青混合料SMA-16（掺矿物纤维0.3%,杜拉纤维0.35%）配合比同上。

（4）马歇尔稳定度试验

按表15的矿料配合比称取矿料,分别采用五种不同的油石比配制沥青混合料,按规定要求加温后制作