高速公路面层SMA-13生产与施工质量控制技术

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  摘要: SMA-13面层的生产和施工具有较高的技术难度。本文依据国家高速公路珠江三角洲环线广东省中山市沙溪至月环段高速公路的实践经验,对SMA-13生产与施工过程中的原材料、配合比、生产工艺、施工工艺等各环节进行严格控制,取得了较好的工程质量。生产与施工过程中相关研究表明,采取以下措施能够有效提高SMA-13面层的质量:控制原材料质量,优化配合比设计,严格控制沥青混合料生产、运输、摊铺、碾压等环节的温度,制定合理的摊铺与碾压工艺,及时有效地调整和控制施工中出现的质量问题。
  关键词:SMA-13;生产工艺;施工工艺;沥青混合料温度;配合比
  
  
  
  1 概述
  自上世纪九十年代我国首条高速公路-沈大高速公路通车以来,截至目前,全国高速公路通车里程已超过6万公里。为提高高速公路路面建设质量,增强高速公路表面层服务性能,多条高速公路的表面层采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA),其中更以SMA-13最为常见。SMA-13路面以其优良的抗滑性、抗车辙性、耐久性赢得好评;但是严格的原材料质量控制、苛刻的施工工艺以及施工条件使得SMA路面的施工技术难度居高不下。为提高SMA-13路面的建设质量,需要从原材料、混合料配比、生产质量、施工工艺等方面进行严格的控制。本文依托国家高速公路珠江三角洲环线广东省中山市沙溪至月环段高速公路建设项目,重点论述高速公路面层SMA-13生产质量的控制技术与施工工艺。
  2 原材料质量控制
  高速公路上面层为达到较好的抗车辙性、耐磨性、抗剥落性,对SMA混合料所使用的原材料提出特别高的技术性能指标。原材料对沥青路面工程质量的影响起决定性作用,选择质量较好的原材料是高质量建设的前提条件。
  SMA-13所使用的原材料通常包括耐磨性较好的碎石、碱性机制砂、高低温性能较好的改性沥青、抗剥落剂和稳定剂。其中沥青多使用较高软化点、较好耐老化性的的改性沥青,以SBS改性沥青最为常见。
  SMA是一种间断级配的骨架密实型结构,各项体积指标和现场检测指标除了要满足规范要求以外,摊铺面的整体效果和渗水指标对路面的寿命起到了至关重要的作用。理想情况下,要求粗颗粒碎石均匀地排列在表面,最好有3~5颗粗颗粒碎石通过玛蹄脂紧密地连在一起,而且不渗水。也正是这种特性,几乎决定了SMA-13的级配的唯一性。要达到这种理想效果,除了控制集料的常规指标如压碎值、针片状含量、磨光值以外,还必须严格控制碎石的颗粒形状和维持级配的稳定性。
  3 配合比优化设计
  3.1 目标配合比与生产配合比关系
  热拌沥青混合料配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段,确定沥青混合料的材料品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。生产配合比根据目标配合比进行矿料级配拟合与调整。生产配合比使用的集料经沥青拌合楼加热和除尘,在热料仓处取料进行筛分。根据筛分试验结果,依据目标级配曲线试配出矿质混合料的合成级配,并绘制级配曲线。
  沥青混合料配合比设计中,为保证混合料在施工后形成良好的骨架结构,矿料合成级配需要连续的圆滑曲线。SMA-13作为上面层,为保证其耐久性,需要较厚的沥青膜包裹在集料表面,因此在SMA-13设计中,0-4.75mm档集料用量较多,尤其控制好关键筛孔4.75mm和0.075mm的通过率。0.075mm筛孔通过率控制在10%左右。
  3.2 本项目目标配合比与生产配合比
  本项目目标配合比使用的原材料包括10-15mm、5-10mm、3-5mm碎石、石灰岩机制砂和矿粉、SBS改性沥青、木质素纤维。在试配的三条级配曲线中,最优目标合成级配如图1中目标合成级配曲线所示。在混合料质量0.35%的木质素纤维掺量下,最佳沥青用量试验结果表明,此级配下最佳油石比为6.0%,SMA-13目标配合比设计检验试验数据如表1所示。
  沥青拌合楼热料仓筛板分0-4mm、4-7mm、7-11mm、11-18mm四种。进行生产配合比设计时,需要在热料仓处取样,进行集料性能试验,并对矿料级配进行拟合。通过筛分拟合,生产合成级配曲线如图1所示。在此级配曲线下,经过最佳油石比验证,最佳油石比为6.0%,在此最佳油石比条件下,生产配合比设计检验试验数据如表1所示。
  
  图1 目标与生产合成级配曲线图
  由图1中目标配合比设计曲线和生产配合比级配曲线可知,两条级配曲线走势基本一致,均为圆顺平滑,无锯齿状交错,无驼峰,满足设计要求。
  表1 SMA-13性能试验数据表
  试验项目 VV VMA VFA MS0 TSR △S △m DS 渗水
  单位 % % % % % % % 次/mm ml/min
  目标配合比 4.2 16.7 75.2 94.2 96.5 4.9 0.06 >6000 不渗水
  生产配合比 4.0 16.7 75.8 91.4 88.9 — — >6000 不渗水
  设计值 3~4.5 >16.5 75~85 ≥80 ≥80 ≤15 ≤0.1 ≥3000 ≤80
  
  由表1中各项试验结果可知,SMA-13目标配合比和生产配合比混合料各项性能中,马歇尔试验结果表明,其各项体积指标(空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度)满足设计文件要求;浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验结果表明,SMA-13水稳定性良好;动稳定度试验结果表明,SMA-13高温稳定性良好。
  4 拌合楼生产质量控制
  沥青混合料拌合楼是一个复杂的综合系统,其生产流程如图2所示,在SMA-13整个拌合过程中,尤其控制好集料加热温度和拌合时间以及成品料的贮存时间。
  4.1 温度控制
  改性沥青现场温度在165℃~170℃范围内,最高温度不超过175℃。集料加热温度为190℃~220℃。填料和木质素纤维不加热。
  4.2 拌合工艺控制
  (1)集料、填料、纤维和沥青材料应按生产配合比规定用量测定和送进拌和机内,在拌和机内及出厂温度为170℃~185℃,混合料最高温度不得高于195℃,超过195℃时,应予废弃。(2)纤维通过一个分开的入口直接进入拌和机上面的称重斗,称重斗的热集料放料时间定为纤维加入时间,要求足够的干拌时间以使纤维与集料
  
  图2 间歇式沥青拌合楼生产流程
  
  充分拌匀,通常干拌时间增加10s~15s,湿拌时间至少延长5s,以保证与沥青的充分拌和。(3)热拌混合料贮存:当热拌混合料拌好,因生产或其他原因不能立即使用时,应贮存于保温的贮料仓,且贮存时间不得超过24h,SMA混合料在任何情况下,不允许贮存过夜作第二天摊铺使用。贮存期间混合料温度降低不超过10℃,且不得发生混合料老化、滴漏以及粗细集料颗粒离析。当由于贮存而引起混合料老化、滴漏、混合料温度降低过多、粗细集料颗粒离析、以及其它影响产品质量情况时,应予废弃。
  5 SMA-13路面摊铺质量控制
  5.1 路面摊铺前准备工作
  施工放样:由测量人员标定标高,并挂设钢丝绳,确定摊铺高度。
  摊铺前应检查中面层质量,有泥土等不洁物时应清扫干净,否则不可摊铺;摊铺机开始工作前应把熨平板预热至100℃以上(以接近摊铺温度为最佳)。
  SMA-13路面摊铺时,采用两台(或三台)摊铺机半幅路并排摊铺施工,平均运距10km,配备至少15台40t运输车。
  5.2 路面摊铺过程控制
  5.2.1 摊铺工艺控制
  SMA混合料的摊铺速度应调整到与供料速度相平衡。摊铺速度控制在2~3 m/min。当供料不足时,应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。摊铺温度宜控制在170℃~180℃之间,不能低于160℃。
  SMA-13混合料在运输、等待及铺筑过程中,注意观察摊铺过程中出现的离析和油斑,及时反馈给拌和楼操作手。摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。使其必须保持缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。如发现有沥青析漏情况,立即分析其原因,并采取适当降低施工温度减少沥青用量或增加纤维数量等措施,摊铺过程中出现摊铺机或拌和机故障而致使摊铺停顿超过20min时,应立即就地设置横向施工缝,暂停摊铺并将已铺混合料碾压密实,对摊铺机中的混合料及已摊铺但无法压实的混合料立即清除。
  5.2.1 碾压工艺控制
  SMA路面在高温下可以很方便地碾压,但由于它是依靠粗集料嵌挤达到稳定的,反复碾压会磨掉石料棱角,破坏集料嵌挤作用,因此施工中防止过碾压。
  碾压时初压用13t双钢轮压路机紧跟在摊铺机后面压1~2遍,复压用13t双钢轮压路机振动碾压3~4遍,最后用10t双钢轮压路机终压一遍。初压不低于160℃,复压不低于130℃,终压不低于120℃。
  压路机碾压SMA-13应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。压路机必须紧跟摊铺机后面碾压速度要慢,不得超过4km/h~5km/h,即压路机的速度和人正常行走的速度大致相同,并采取高频率,低振幅的方式碾压。混合料摊铺后压路机进行紧跟碾压,即碾压时压路机紧跟摊铺机,不预留间隙。碾压遍数宜控制在3~5 遍范围内,以防止过度碾压。在摊铺机连续摊铺过程中,压路机不得随意停顿,在未碾压成型前和未冷却的铺装上压路机不得转向、掉头或停车等候。
  为了防止混合料粘附在轮子上,应适当洒水使轮子保持湿润,水中可掺加少量的清洗洁剂
  5.3 摊铺后养生
  摊铺后立即对路段进行封闭,防止施工车辆进入新铺路面。
  5.4 项目路面施工温度与质量控制
  SMA-13生产过程中较多环节涉及温度控制,施工温度对路面质量产生较大影响,也是施工中较难控制的一个部分。严格控制好各个环节的温度是保证SMA-13路面质量的前提。项目路面施工中,各个环节的温度控制如表2所示。
  
  表2 热拌SBS改性沥青混合料的施工温度
  沥青种类 SBS聚合物改性沥青 测量部位
  改性沥青现场制作温度 165~180℃ 改性沥青车
  成品改性沥青加热温度 不高于175℃ 改性沥青车或储存罐
  集料加热温度 不高于190~200℃ 热料提升斗
  混合料最高温度(废弃温度) 195℃ 运料车
  混合料贮存温度 贮存过程中温度降低不超过10℃ 储存罐及运料车
  摊铺温度 不低于160℃ 摊铺机
  初碾温度 不低于150℃ 摊铺层内部
  复碾温度 不低于130℃ 碾压层内部
  开放交通温度 路面冷却后,不高于70℃ 路表面
  
  SMA-13路面施工后,待路面温度下降,施工质检部门应立即对路面进行质量检测,检测内容包括压实度、厚度、平整度、弯沉值、透水性等。经过控制各个环节施工质量,国高珠环线高速公路SMA-13路面质量检测如表3所示。
  表3 路面质量检测数据表
  试验项目 压实度 厚度 平整度 弯沉值 透水性
  单位 % cm mm 0.01mm ml/min
  检测值代表值(平均值) 98.9 43 99.5(合格率) 10.5 98.9(合格率)
  设计值 98 40 1.2 17.3 120
  6 结论
  SMA-13沥青路面生产与施工技术要求较高,各个环节控制要求较严格,通过实体工程的产与施工,关于高速公路SMA-13路面生产质量控制技术与施工工艺总结结论如下。
  1.严格选取符合质量要求的原材料,尤其碎石的加工工艺必须要求使用反击破碎石机,并且要求三级破碎及以上破碎工艺流程。
  2.根据目标配合比进行生产配合比验证,并在SMA-13生产时严格按照生产配合比进行生产,并根据试验室检测结果和摊铺现场反馈信息及时调整温度和拌合时间。
  3.及时将生产的热料运送至前场摊铺机进行摊铺,保证热料摊铺温度和碾压温度,严格按照预定碾压方法和碾压次数进行碾压,保证路面压实度。
  4.严格控制SMA-13生产与施工过程中各个环节温度,对不符合温度要求的混合料应予废弃。
  5.配备足够的运输车辆,防止拌和机停转、摊铺机待料,以减少混合料质量变异。
  6.SMA-13在生产过程中实时监测混合料的质量,摊铺过程中及时发现存在的问题,以及在施工完成后及时检测相关技术指标,为混合料生产质量控制与调整提供及时有效的信息。
  
  参考文献
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