1、上面层SBS改性沥青配合比优化设计及施工质量控SMA-13上面层（SBS改性沥青）配合比优化设计及施工质量控制王志刚一、 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）的特性及强度机理沥青玛蹄脂碎石混合料是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料，沥青玛蹄脂碎石混合料的构成特性，俗称“三多一少”，即沥青用量多为6%左右，矿粉用量多达812%，4.75mm以上粗骨料用量高达矿料用量的70%80%，4.75mm以下细集料仅占矿料总重的20%30%，其中还含有8%12%的矿粉，实际细集料用量为10%20%，相当少。所以，沥青玛蹄脂碎石混合料的强度是依靠
2、粗集料在沥青混合料中的骨架嵌挤作用和沥青玛蹄脂胶结料的粘结裹覆作用形成的，因而它更具有很好的耐久性、抗高温稳定性、抗低温开裂性、抗滑性及较好的排水性能。下面以徐宿高速公路TS21标SMA-13上面层（SBS改性沥青）施工为例来说明SMA的配合比优化设计和施工质量控制。二、 SMA-13配合比设计1、 原材料选取粗集料SMA的粗集料是指在SMA混合料中形成嵌挤起到骨架作用的集料部分，对SMA-13、SMA-16是指粒径大于4.75 mm的集料，对SMA-10是指粒径大于2.36 mm的集料，SMA的高温稳定性是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，在很大程度上取决于集料石质的坚韧性、颗粒形状和棱角
3、性，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。所以在选取原材料时一定要选取压碎值小、针片状含量少、表面粗糙有一定棱角性的石料。细集料对SMA-13粒径小于4.75mm的集料称细集料，细集料在SMA中的比例虽然很少，但它是形成沥青玛蹄脂的重要组成部分，用以填充SMA的粗集料骨架的间隙，增强路面的防渗能力，同时起到粘结作用，一定要选取表面粗糙、洁净、有一定棱角性和嵌挤能力的机制砂。填料填料必须采用由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，矿粉的主要作用是和沥青、纤维组成沥青玛蹄脂粘结剂，提高沥青混合料的粘结力。回收粉中含有不少尘土，同时粗细集料中的石粉经过明火燃烧、高温处理，会变得发脆，所以回收粉在上面层最好不
4、用，通过改进矿粉填加设备能够保证0.075mm的通过量。下表是矿粉和回收粉对SMA混合料性能的影响（SBS改性沥青）。填料种类填料用量（粉胶比）（%）动稳定度（次/mm）马歇尔试验稳定度（KN）流值（mm）空隙率（%）矿粉6（1.0）2504.092.7210.69（1.5）11494.992.888.812（2.0）54007.502.614.1回收粉6（1.0）3053.742.759（1.5）7254.483.7712（2.0）22625.462.46从上表可以看出，随着矿粉用量的增加，混合料的空隙率减小，动稳定度显著提高，使用回收粉的动稳定度要比使用石灰石矿粉的动稳定度低得多，所以要想
5、形成SMA结构，矿粉的数量不能太少，足够数量的矿粉是形成SMA的先决条件。沥青沥青材料的性质对路面使用性能有多方面的影响，在选取沥青品种时主要考虑高温抗车辙能力和低温抗裂能力，这两个方面在沥青品种选取时趋向相反，应综合平衡考虑。国内外权威机构多年来对沥青的研究表明，改性沥青抗车辙能力明显优于普通沥青，针入度低的普通沥青抗车辙能力优于针入度高的普通沥青，而针入度高的沥青抗低温开裂能力又高于针入度低的沥青，江苏省高速公路一般选取AH70沥青（PG64-22），从高温抗车辙能力和低温抗开裂能力两个角度综合考虑比较适合江苏气候条件，若在同时使用改性沥青就更如虎添翼。纤维稳定剂纤维具有加筋、分散吸附沥青
6、、稳定、增粘等作用，对防止SMA沥青析漏的功效较好，对于木质纤维掺量为沥青混合料总量的0.3%，目前一般采用风送式纤维送料机填加。下面是徐宿高速公路TS21标各种原材料的情况。集料：辉绿岩 产地： 江苏盱眙吴桥采石厂填料：石灰岩矿粉 产地： 江苏徐州矿物局水泥厂沥青：镇江科氏SBS改性沥青（AH70+3%SBS）（PG70-22）木质纤维：进口ARBOCEL牌天然木质纤维素 产地：德国JRS公司抗剥落剂：PAI型 产地：西安（有多年使用经验）矿料试验结果如下表：（冷料）规格针片状（%）压碎值（%）17.075-85300010.420%（3）低温小梁弯曲试验最大荷载（KN）跨中挠度（mm）抗弯
7、拉强度（MPa）劲度模量（Mpa）破坏应变（）1298.90.615210.6033230.03385.9三、 SMA-13混合料的拌和1、拌和温度：沥青加热温度170-175，由于大量冷矿粉的掺入，集料加热温度在210-220，混合料出厂温度为180-190。出厂温度由试验室安排专人检测，发现温度不在此范围及时给拌和楼反馈。2、拌和时间和拌和数量：拌和流程图 骨料进入拌缸的同时，木质素也进入拌缸，开始干拌，几秒后，矿粉和沥青进入拌缸，在沥青放完8秒后，矿粉放完，同时拌缸计时开始，从放骨料到拌缸开始计时约23秒，总生产时间66秒，每小时拌和产量147t。3、木质素纤维填加方式，人工将木质素纤维
8、投入纤维填加设备中，利用机械将纤维打碎，再利用空压机将打碎的纤维吹入拌缸和骨料、矿粉、沥青一起搅拌均匀，木质素纤维填加数量为沥青混合料总重量的0.3%。4、抗剥落剂填加方式，根据沥青储罐中沥青的数量，按沥青质量的0.4%投入热熔沥青中，用强制搅拌法使抗剥离剂渗配均匀。5、由于2#料中含有13%左右的3#料，而SMA-13路面3#料需求量相当少，3#料过多会造成路面碾压过程中推移，所以在生产过程中有40%13%2%=3.2%的3#料溢料，由于3#料溢料，就需预备装载机及时清掉废料仓中的3#料。6、细集料一定要搭棚覆盖以免受潮，因为SMA混合料需要的细集料非常少，不超过15%，所以冷料仓的斗门开启
9、度很小，如果细集料遭雨淋，就会造成集料干湿程度不同，遇到湿料时下得慢遇到干料时下得快，这样会严重影响4.75mm的通过率控制的精度，另外1#料和2#料用量大，我们各设置两个冷料仓供料。四、 SMA-13混合料的运输SMA-13混合料的运输应注意以下几个问题：1、要采用大吨位的运输车运输，运输前在车厢及重板上喷洒一层油水混合物，使混合物不致与车厢粘结。2、在任何情况下，运输车在运输过程中都应加盖蓬布，以防表面混合料降温结硬壳，我们采用的是两层蓬布之间夹一层棉被，并在摊铺过程中也不揭蓬布，施工效果非常明显，温度对照见后。3、要及时清掉运料车剩余的残留物。4、到场温度要控制在180以上，前场安排专人
10、检测到场温度，发现温度低于此要求也及时反馈到拌和楼。五、 SMA-13混合料的摊铺和碾压我项目分别于6月14日、6月16日和6月19日做三次试铺段，下面简要介绍一下三次试铺的情况。1、K24+680K24+940右幅配合比：振动筛1#（12-20mm）：2#（5-12mm）：3#（3-5mm）：4#（0-3mm）：矿粉=41.5：38：2：8：10.5油石比：6.0%，4.75mm通过率25%，摊铺速度：2.3m/min，混合料到场温度182，采用单层蓬布覆盖，摊铺时揭开蓬布，摊铺完温度163，松铺系数1.15，松铺厚度4.5cm，熨平板振级5级，夯锤振级4级，纵缝处两机搭接宽度35cm,厚度
11、控制采用18m长接触式平衡梁，碾压方案：两台DD110成梯队来回强振2遍，两台酒井来回强振1遍，静压1遍，在碾压一开始，靠中央分隔带一侧的DD110先骑纵缝来回强振一遍，并保证纵缝处要多碾压1遍，使纵缝接缝美观并且不渗水。混合料试验结果:（马歇尔空隙率范围放宽为3%-5%）油石比(%)马氏密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间系率(%)饱和度(%)粗集料骨架间隙率(%)6.172.4685.017.972.140.26.0-6.33-51775-8541.7矿料级配1613.29.54.752.360.07510093.762.825.920.410.410090-10050-7522-3216
12、-278-12路面检测结果:平整度(mm)马氏压实度（%）理论压实度（%）路面空隙率（%）构造深度(mm)渗水系数0.4499.994.95.11.2正常路段不渗水0.89894-96.53.5-60.8-1.250ml/min外观无石料压碎现象，无玛蹄脂上浮现象。存在问题：下面一些部位存在不同程度的渗水现象（1）两摊铺机接缝左右各50cm范围内。（2）靠近路缘石50cm范围内直渗（3）靠近路肩50cm范围内直渗（4）摊铺机中间部位（5）摊铺机拢料摊铺的部位分析：（1）、（2）、（3）是因为螺旋布料器把混合料从摊铺机中间输送到两侧，造成料温降低较多,.约差8,另外由于平衡梁的影响使压路机不能及
13、时碾压两方面因素的影响造成该处渗水,（4）是因为固定螺旋布料器的支架挡料造成级配离析。（5）是因为拢料的料温低，而且级配也存在离析，造成摊铺后渗水,另外，由于摊铺速度慢，温度散失快，造成整体空隙率高。2、第二次试铺K24+010K24+680由于路面空隙率5.1%，构造深度1.2mm，我们对级配进行了微调，4.75mm通过率在2526之间，配合比1#：2#：3#：4#：矿粉=42：37：2：9：10，油石比6.1%，另外，上午提高摊铺速度到3m/min，尽量缩短两个摊铺机距离以保证纵缝处能尽可能早碾压，另外又调来一台德国产12t戴纳派克振动压路机增大压实功，缩短有效压实时间。碾压方案：两台DD
14、110并列强振2遍，戴纳派克强振1遍，洒井静压12遍。混合料试验结果:油石比(%)马氏密度(g/cm3)空隙率(%)矿料间系率(%)饱和度(%)粗集料骨架间隙率(%)6.172.4714.717.873.640.26.0-6.33-51775-8541.7矿料级配1613.29.54.752.360.07510092.562.226.420.39.410090-10050-7522-3216-278-12平整度马氏压实度（%）理论压实度（%）路面空隙率（%）构造深度(mm)渗水系数0.4799.594.85.21.1正常路段不渗水0.89894-96.53.5-60.8-1.250ml/min外观无石料压碎现象，无玛蹄脂上浮现象。第一次试铺的几个渗水部位虽然有所好转，但依然存在渗水现象。3、第三次试铺K23+417K24+010从前两次试铺可以看出，要想提高路面整体空隙率，改善几处薄弱环节的渗水情况只能是从降低施工过
