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徐州地区普通沥青SMA13在G104机场路路面的应用实践

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徐州地区普通沥青SMA13在G104机场路路面的应用实践

作者：yrh

徐州市交通设计院

上传日期 2010-5-6 支持：0人得分：0分

徐州地区普通沥青SMA13在G104机场路路面的应用实践
姚荣华
（徐州市交通工程设计所徐州 221000）
【摘要】：为了充分利用SMA13沥青混凝土结构的高温抗车辙能力和较好的耐久性，提高G104徐州机场路路面使用性能，改善沥青路面行车抗滑性能，减少使用过程中维修养护费用，徐州市公路管理处决定在2007年G104机场路大修改造工程中沥青面层采用SMA13结构。为了节约成本和降低施工难度，沥青尝试采用普通沥青。经过施工单位的精心设计和施工，通车一年来，根据跟踪检测的结果来看，各项指标良好，表明普通沥青SMA13结构在本项目中取得了成功，达到了预期效果。由于用普通沥青做SMA13在苏北还未有成功先例可以借鉴，所以本文着重在普通沥青SMA13沥青面层的配合比设计、施工、通车后的跟踪检测等方面做一总结，为今后类似工程做参考。
【关键词】：SMA13 普通沥青抗滑抗车辙耐久性

1．工程背景
徐州G104机场路大修改造工程老路面为20cm水凝混凝土，对部分损坏严重路段处理后，在整个老路面上加铺20cm水泥稳定碎石基层，基层上加铺1cm的下封层。沥青面层采用4cmSMA13+7cmAC25F结构。该工程路面总长度20km，路面宽度15*2m。该路段为G104与徐州市到观音机场的重叠段，车流量大，半封闭交通，车速快，所以对路面抗滑性能要求较高。
徐州市在全国的气候分区为1-3-2，其特点为夏季炎热，冬季寒冷，而且冬夏持续时间长，春秋持续时间短，雨量集中在7、8月份，年降雨量约1000ml，冬季极端最低气温约-10℃，夏季最高气温为40℃。
2．目标配合比设计
2.1 原材料选择
本次SMA13目标配合比设计采用的沥青为中海沥青（泰州）有限责任公司生产的70号A级石油沥青，纤维采用北京肯特莱公司生产的LOTUS牌木质素纤维（用量为混合料的0.3%），集料为江苏东海县安峰镇出产的玄武岩，填料矿粉为磨细的石灰岩。
2.1.1 沥青：实测沥青各项技术指标如表1
表1 沥青技术指标
沥青品种 25℃针入度（0.1mm）延度（cm）软化点（℃）相对密度(g/cm3)
15℃
A-70沥青 76 大于100 47.5 1.032
质量要求 60-80 大于100 ≥46 0.96—1.04

2.1.2 集料和矿粉的技术指标和筛分结果见表2、表3

表2 集料技术指标测试结果
材料 1# 2# 3# 4# 矿粉
规格（mm） 9.5~16 4.75~9.5 2.36~4.75 0.0~2.36 /
表观相对密度(g/cm3) 3.033 3.006 2.993 2.871 2.722
毛体积相对密(g/cm3) 2.784 2.776 2.770 2.770 /
表观和毛体积相对密度平均值(g/cm3) 2.909 2.891 2.882 2.821 /
压碎值(%) 9.5 / / / /
针片状含量（%） 8.3 10.7 11.6 / /
洛杉矶磨耗值（%） 13.4 13.5 / / /
水洗0.075通过率% 0.7 0.5 0.8 10.0 83.3

表3 各种矿料筛分结果
筛孔
集料通过量（%）
19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
1# 100 100 85.6 22.3 1.0 0.70 0.7 0.7 0.7 0.7 0.70
2# 100 100 100 97.8 9.6 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
3# 100 100 100 100 92.0 2.3 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8
4# 100 100 100 100 100 98.4 59.1 33.0 22.7 15.5 10.0
矿粉 100 100 100 100 100 100 100 99.6 97.2 90.2 83.3

2.1.3. 木质素纤维

表4 木质素纤维质量检测结果
试验项目试验结果《沥青路面施工技术规范》木质素纤维质量要求
纤维长度均小于6mm 小于6.00mm
灰分含量 12.1% 18%±5%
PH值 8 7.5±1.0
吸油率纤维自身质量的5.5倍不小于纤维质量的5倍
含水率 2.5% 小于5%
比重 1.58g/cm3 /
2.2设计矿料级配的确定
本次目标配合比设计采用的级配类型为SMA-13，工程设计级配范围采用ㄍ公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)表５.3.2-3规定的矿料级配范围。
2.2.1混合料级配范围
表5 SMA-13型混合料级配范围
筛孔尺寸通过量（%）
19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
上限 100 100 100 75 34 26 24 20 16 15 12
下限 100 100 90 50 20 15 14 12 10 9 8
2.2.2设计初试级配
确定SMA-13的三种级配A、B、C，4.75mm筛孔通过率分别为24%、27%、30%，三种级配设计见表6。分别测定三种级配的VCADRC，油石比均按6.3%，制作马歇尔试件，测定VCAmix及VMA等指标，在满足VCAmix小于VCADRC和VMA大于16.5%的基础上确定级配，测试结果见表6和表7。级配曲线见图1。

表6 级配的设计组成结果
级配
类型通过量（%）
19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
A 100 100 92.5 59.0 24.0 21.3 16.5 13.4 12.0 10.5 9.2
B 100 100 93.1 62.2 27.0 21.6 17.4 14.6 13.3 11.8 10.5
C 100 100 94.0 66.8 30.0 23.9 18.5 15.0 13.3 11.7 10.2

表7 VCADRC测试结果
级配类型松容重（g/cm3）粗集料毛体积合成密度（g/cm3） VCADRC%
A 1.66 2.754 39.6
B 1.67 2.756 39.3
C 1.66 2.758 39.7

表8 初试级配的体积分析
级配类型油石比
（%）理论相对密度（g/cm3）毛体积相对密度（g/cm3）空隙率（%） VMA
(%) VFA(%) VCAmix
(%)
A 6.30 2.501 2.439 2.5 17.3 85.7 35.0
B 6.30 2.527 2.446 3.2 17.1 81.3 35.1
C 6.30 2.537 2.453 3.3 16.7 80.3 36.8
由表7和表8得出级配A、级配B、级配C 的VMA和 VCAmix满足要求，级配A和级配B的VMA很相近，级配C的VMA偏小，故选定4.75mm通过率较大的级配B为设计级配。
2.3 确定设计沥青用量
按比例称取矿料配制级配 B，采用6.0%，6.3%， 6.6%三种油石比，制作马歇尔试件，进行马歇尔试验，试验结果列于表9。
表9 沥青混合料马歇尔试验结果
级配
类型油石比（%）稳定度（KN）流值
(0.1mm)
空隙率（%） VMA
(%) VCAmix
(%) VFA
(%) 毛体积相对密度相对理论密度

SMA13 6.00 6.83 21 3.8 17.0 35.0 77.8 2.442 2.538
6.30 7.53 23 3.2 17.1 35.1 81.3 2.446 2.527
6.60 6.21 20 2.7 17.1 35.1 84.2 2.452 2.520
规范要求 >5.5 20-50 3-4 >16.5 <39.7（VCADRC） 75-85 / /
根据设计规范要求，6.00%和6.30%的油石比均满足要求，根据工程实际情况和以往施工经验，选择6.30%为最佳油石比。
2.4配合比设计检验
2.4.1 热稳定性检验: 残留稳定度为88.5%
2.4.2 动稳定度试验
试验条件：在60°C，0.7MPa条件下进行车辙试验，检测高温稳定性。动稳定度试验结果如表10所示。

表10 动稳定度试验结果
混合料类型油石比（%）动稳定度（次/mm）
1 2 3 平均要求
SMA-13 6.30 1909 1800 1853 1854 ≥1500
2.4.3 谢伦堡析漏试验：试验条件：试验温度170°C保温1小时后进行析漏试验。
表11 析漏试验结果
级配类型油石比
（%）析漏1（%）析漏2（%）析漏2（%）平均（%）要求
（%）
SMA-13 6.30 0.05 0.07 0.07 0.07 ≤0.1

2.4.4 肯特堡飞散试验
试验条件：将马歇尔试件在20°C水中浸泡20小时。然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300次进行飞散试验。
表12 飞散试验结果
级配
类型油石比
（%）飞散率A（%）飞散率 B（%）飞散率 C（%）飞散率 D（%）平均值（%）规范要求（%）
SMA-13 6.30 6.5 5.0 3.6 4.3 4.9 ≤20

2.4.5目标配合比设计结论
经检验，各项指标均符合规范要求。故确定B级配为设计级配，最佳油石比为6.30%。
3. 生产配合比设计
3.1 拌合机为英国产ACP3000型，设四个热料仓，振动筛筛网尺寸分别为22mm、11mm、6mm、3mm，另设自动纤维投放机。
3.2 调整好冷料仓进料比例，分别取四个热料仓的集料进行筛分，按目标配合比确定的级配B进行试配，热料仓配比为：
4#仓：41.0%， 3#仓：30.9%， 2#仓：5.0%，1#仓: 12.1%，矿粉： 11.0%，纤维： 0.3%
3.3 SMA-13沥青砼生产配合比马歇尔试验
生产配合比马歇尔试验中沥青用量按目标配合比确定的最佳油石比6.00%、6.30%和6.60%三个油石比，沥青加热温度160℃，集料加热温度175℃，拌和锅加热温度163℃，击实温度155℃。马歇尔试验物理力学及体积技术指标表13所示，
表13 马歇尔试验物理力学及体积技术指标
油石比毛体积密度理论
密度 VV
(%) VMA
(%) VCA
(%) VFA
(%) MS
(KN) FL
(0.1mm)
6.00 2.405 2.538 5.2 18.1 37.9 71.0 6.82 22
6.30 2.441 2.534 3.7 17.1 37.2 78.6 7.36 22
6.60 2.454 2.516 2.5 16.9 37.0 85.4 6.64 23
马歇尔试验结果各项指标符合设计要求，确定最佳油石比为6.30%。
3.4热稳定性检验
马歇尔残留稳定度为95.4%，符合公路沥青路面施工技术规范的要求。
3.5动稳定度检验
采用确定的最佳油石比6.30%制作车辙试件，在60℃试验温度，碾压轮接地压强为0.70Mpa的试验条件测定动稳定度为1759次/mm.符合规范所规定的要求。
3.6构造深度及渗水检验
采用确定的最佳油石比6.30%制作车辙试件，脱模后进行构造深度及渗水试验，结果为构造深度1.3mm，基本上不渗水。
4.混合料试拌，试验段铺筑
4.1一切准备工作就绪后，2007年7月6日在G104K808+000~K808+500铺筑500米试验段，试拌采用英国产的ACP3000型拌合机进行，每次拌合容量为3000kg，普通沥青加热温度为155℃，集料加热温度170℃，混合料出场温度控制在155~170℃之间。
4.2 普通沥青SMA13混合料采用两台ABG423摊铺机梯队摊铺，松铺系数为1.08，压路机采用4台Ingersollrand D-110双钢轮振动压路机，初压静压一遍，复压振动碾压四遍，压实度能达到要求。在碾压过程中，发现混合料能在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥，碾压成型后表面有足够的构造深度又基本上不透水，构造深度基本在1.3mm左右。经业主和监理一致认可，认为试拌试铺取得成功。
5 配合比设计结论
通过三阶段SMA的配合比设计，可以得出结论，所配制的普通沥青SMA混合料的矿料级配合理，符合我国及美国AASHTO关于SMA规范建议的标准，各项指标均符合要求。施工碾压过程所表现出来的粗集料嵌挤作用良好，碾压成型后基本上不透水，表面有1.3mm左右的构造深度，达到了采用SMA结构作为抗滑表层的目的。说明各种材料适用，得出最佳油石比6.3%及所提供的级配可作为标准配合比使用。2007年7月8日业主下达了开工令，普通沥青SMA13沥青表面层正式全面施工。2007年10月1日，全长20km，宽15*2m的沥青上面层摊铺完毕。
6 通车后的跟踪检测
为了监测普通SMA13沥青路面在徐州地区的适用性，尤其要考查其高温稳定性，低温抗裂性，抗滑能力的衰减速度等指标是否符合要求，为此，通车后，重点对路面的构造深度，渗水系数，平整度，车辙等指标每月检测一次，并对试验数据进行分析，以便了解路面使用性能的变化情况。
6.1 构造深度检测结果

由图2构造深度衰减趋势图可以看出，SMA13面层经过一个冬天和一个夏天的行车，构造深度随时间而变小，在变小的工程中，受气温的影响较大，从2008年2月到2008年8月这一个夏季变化幅度较大。这与普通沥青的温度敏感性以及普通沥青软化点低有关，从2008年8月以后，构造深度趋于稳定，保持在0.9mm左右。这一构造深度完全能满足干线公路的行车要求，从耐久性角度来看，普通沥青SMA13结构的路面使用性能也可以达到要求。
6.2 渗水系数、平整度、车辙检测结果
路面通车后，每月定期对渗水系数，平整度，车辙三个指标进行了跟踪观测，发现路面渗水系数没有变化，基本不渗水，平整度也没有变化，未出现明显的车辙。这说明这一结构的路面使用性能的耐久性符合要求。
7. 结束语
经过施工单位的精心设计和施工，以及一年多的跟踪检测分析，成功实现了普通沥青SMA13在苏北地区的应用实践。为这一结构在苏北地区的施工积累了第一手资料。为业主实现了既节约了成本，又改善了路面使用性能的目标，同时克服了普通沥青AC结构构造深度偏小且衰减快的缺陷。

参考书目
1.《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)
2.《改性沥青与SMA路面》沈金安人民交通出版社1999

附图1
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