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寒冷地区改性沥青SMA路面施工工法

龙建路桥股份有限公司   黑龙江省畅捷桥梁隧道工程有限公司

田玉龙  杨士杰      崔云财  孙志利

1  前言

黑龙江省地处中国最北部,冬季寒冷,最低气温达-37℃,温度骤降和温度反复升降现象经常发生,使路面产生温缩裂缝,随着使用年限的增加,沥青老化,裂缝数量不断增加。水分从裂缝进入,导致基层甚至路基软化,导致路面承载力下降,产生唧浆、台阶、网裂,加速路面破坏,大大降低了路面的使用性能和使用寿命,普通沥青混凝土路面低温裂缝破坏严重,养护费用很高,大修时间较短,造成很大经济损失。

改性沥青SMA路面,能较好地解决寒冷地区沥青路面低温裂缝严重的问题。自2000年以来,黑龙江省相继铺筑了几条SMA路面,龙建路桥股份有限公司、黑龙江省畅捷桥梁隧道工程有限公司在哈尔滨至绥化高速公路、哈尔滨机场高速公路、京哈(哈尔滨至双城段)高速公路改性沥青SMA路面施工中,通过增加改性沥青用量、纤维稳定剂、矿粉改善混合料配合比,针对寒冷地区施工期平均气温较低特点,对施工温度采用高限控制,形成一套适合于寒冷地区改性沥青SMA路面施工工法,提高了路面的使用性能和使用寿命。采用该工法施工的改性沥青SMA路面,经7年多的使用,低温裂缝数量明显减少,裂缝间距加长,无车辙、无坑槽、无水损害、耐久性好、抗滑性能好,路面质量和使用性能经过实践检验效果良好,养护费用大大降低,大修时间明显延长,解决了寒冷地区普通沥青混凝土路面低温裂缝多、裂缝宽度大、养护费用高、大修时间短等问题,为寒冷地区修建使用性能更好的沥青路面奠定了基础,取得了较好的经济效益和社会效益。该工法2003年经黑龙江省交通厅科技成果鉴定,达到国内领先水平,2003年荣获了黑龙江省交通厅科技进步三等奖。本工法经科技查新处于国内领先地位。

2  工法特点

2.1针对寒冷地区低温裂缝病害严重特点,主要考虑低温抗裂性能。在改性沥青SMA混合料配合比设计中,改性沥青用量、纤维稳定剂掺量、矿粉用量采用高限,提高混合料中改性沥青马蹄脂数量,增强结合料拉伸性能,提高混合料的低温抗裂性能。

2.2寒冷地区施工期间平均温度较低,温度散失较快,改性沥青SMA用于表面层,厚度较薄,温度散失快。施工过程中保证混合料温度处于较高状态很关键,沥青加热温度、集料加热温度采用高值,混合料运输严密覆盖,减少混合料温度损失,使混合料摊铺时处于高温状态,压路机紧跟摊铺机碾压,使混合料在高温条件下快速成型,确保SMA路面整体质量。

3  适用范围

本工法适用于寒冷地区高等级公路、城市干道、机场跑道等使用热拌改性沥青SMA路面施工。

4  工艺原理

改性沥青、矿粉、纤维稳定剂采用高限,SMA中改性沥青马蹄脂数量增加,使改性沥青马蹄脂的韧性和柔性更好,混合料低温变形性能增强,结合料的拉伸性能提高,大幅提高混合料的低温抗裂性。

寒冷地区施工期平均气温相对较低,SMA一般用于表面层,温度散失快,混合料温度较低时,影响路面平整度及碾压质量,在拌和、运输、摊铺、碾压过程中强调温度控制,使混合料在高温下快速成型,确保SMA路面的施工质量。

5  施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺(流程如图5.1所示)









































图5.1  改性沥青SMA路面施工工艺流程图

5.2施工准备

5.2.1混合料配合比设计

SMA混合料配合比设计方法与热拌沥青混合料配合比过程大致相同,区别在于SMA混合料马歇尔试验的稳定度、流值并不作为配合比设计接受或者否决的唯一指标,还必须进行谢伦堡析漏试验和肯特堡飞散试验, 室内试验要注意提高温度进行。寒冷地区路面早期破坏主要为低温产生的裂缝,在配合比设计中,沥青、矿粉、纤维稳定剂用量要采用高限,沥青用量采用5.8-6%,矿粉用量采用12%,纤维稳定剂用量0.3%。石料质量、抗剥落剂应严格要求,采用改性沥青,增加沥青玛蹄脂与集料间的粘附性,减小空隙率,提高混合料的低温抗裂性能,减少低温产生的裂缝。另外对构造深度、渗水性能严格检测,保证路面抗滑性能及渗水指标。

改性沥青SMA路面与改性沥青砼路面比较

检测指标

改性沥青路面

改性沥青SMA路面

备注

动稳定度 (次/mm)

1583

4500

高温稳定性

浸水马歇尔试验

83.2

89.3

水稳性

低温抗裂

3114

3334

低温抗裂性能

构造深度mm

0.56~0.80

1.02~1.39

抗滑

平整度(均方差mm)

0.44~0.60

0.35~0.45

行车舒适性

透水情况

透水

透水

水损害

低温抗裂性能检测结果

试 验 项 目

试验结果

规范要求

破坏强度(mpa)

6.57

破坏应变(ε)

3334

≥3000

破坏劲度(μpa)

2300.2

采用烘干法进行沥青析漏损失,谢伦堡析漏损失为0.07%,符合要求,肯特堡飞散损失为5.6%,符合要求。

5.2.2拌和站选址及建设

选址合理,具有较好运输条件,能连续拌和供料满足现场摊铺要求。场地应有足够大的空间,符合国家有关环保、安全、环境、消防等规定的要求。防雨设施齐备,保证集料,尤其是细集料、填料的防潮;料场、道路采用粒类材料硬化,保证矿料不被污染,各种集料间要砌筑隔离墙,保证不同规格材料不相互混杂。

5.2.3下承层检查及验收

应对下承层进行检查验收,其各项技术指标均应合格后方可进行摊铺工序。摊铺改性沥青混合料结构层时,应对下层进行认真清理、打扫干净,喷洒透层油或粘层油后进行。在铺筑上层时应对下承层喷洒粘层油,喷洒时严格控制油质和用油量,路面不干净、潮湿,气温低于10℃时禁止喷洒,喷洒与涂刷粘层油时都要均匀,并防止污染,采用乳化沥青粘层油时须等待乳化沥青破乳水分蒸发后,才能进行上面层摊铺。

5.2.4施工放样

改性沥青结构层多为表面层,放样只需控制平面轮廓或行走路线即可。在摊铺机上将摊铺厚度和横坡度控制准确。

5.2.5机械准备

施工前均应对机械设备进行检查和准备,保证机械设备的完好率。

5.3混合料的拌和

5.3.1在满足施工的前提下,沥青的加热温度尽可能不要太高,一般控制在170℃-175℃,防止沥青老化的影响。

根据当时施工现场实测的气温、地温、风速等情况,综合确定集料加热温度为205℃,改性沥青混合料的出厂温度180-190℃,高于200℃废弃。

5.3.2 SMA与普通沥青混凝土不同在于SMA为间断级配,5mm以上粗集料占75%以上,通过试验确定粗集料仓的数量,保证粗集料的供应;SMA矿粉使用比例是普通混凝土的两倍,采用两个螺旋升送器供料,通过试验确定矿粉供料设备和人力安排;废粉通过管道连接到预设水塘后清除,提高拌和机的工作效率;纤维稳定剂在粗集料放料的同时投入纤维,利用粗集料拌和的打击力将纤维打散,同时增加干拌时间10s,纤维稳定剂的投放要专人负责,保证投入的数量、时间准确。

5.3.3拌和机配备配合比和温度的自动检测和记录设备,了解矿料级配和拌和温度的真实数据。

SMA混合料储存不能过夜,当天拌和当天必须使用完毕。

5.4混合料的运输

5.4.1改性沥青混合料的运输应考虑拌和能力、运距、道路情况、车辆吨位等因素,合理确定车辆数量,使用40T以上自卸翻斗车。

5.4.2运输车辆的车厢应严密干净,因SMA的沥青玛蹄脂粘性较大,应在车厢内涂刷或喷洒防粘液(油:水=1:3),喷涂后不能有多余液体聚集于车厢底。每次卸料后,安排专人检查,车厢内必须保证卸料干净。

5.4.3装车时,应尽量缩小混合料的出口与车厢的距离,装车时按前、后、中三次装满,每装一次移动一次车位,以减少离析。

5.4.4从拌和站到施工现场,无论运距远近,无论气温高、低,都采用两层帆布中间夹棉毯覆盖运料车,混合料摊铺时,不掀开覆盖,以减少运输温度损失。

5.4.5混合料现场等候待摊铺时,现场施工人员应对每车目测检查和温度测量,签收运料单,发现问题立即废弃。

5.5混合料摊铺

5.5.1选择大功率摊铺机(DF145CS),按工程要求选择确定摊铺机熨平板宽度、设定摊铺厚度和拱度,并将其调整准确。

5.5.2摊铺速度一般不超过3m/min。

5.5.3自卸汽车中的混合料经检查符合要求后,卸料车缓慢后退至机前卸料,摊铺机边授料,边将混合料分送到分料室,并按事先选定的摊铺速度推动料车前进、摊铺,卸完混合料立即驶离摊铺机,第二台料车应立即倒至摊铺机前20-30cm,挂空挡等候卸料,以保证摊铺机匀速不停地摊铺,摊铺温度控制在170℃以上。

5.6混合料碾压成型

5.6.1混合料碾压成型是保证改性沥青混凝土路面质量的关键,改性沥青SMA使用在表面层,厚度一般较薄,混合料温度下降较快,高温碾压尤为重要;要特别注意,改性沥青SMA路面只能用钢轮压路机碾压,因为轮胎压路机碾压时的揉搓作用将使玛蹄脂上浮,使构造深度降低,造成泛油,影响路面的抗滑性能;在碾压过程中要严格贯彻“紧跟、慢压、高频、低幅”原则;严格控制碾压速度和碾压遍数,严防过压,造成粗集料棱角的破损。压实标准宜采用马歇尔试验密度97%-98%和最大理论密度93%-97%控制。

5.6.2混合料碾压按照初压、复压、终压三阶段进行。

初压时的温度宜控制在155-165℃的范围内,低温施工时,应提高5-10℃。宜用激振力180KN双钢轮、双振动压路机紧跟碾压,前进时关闭振动装置静压,以2-3km/h的速度碾压,返回时沿前进轮迹振动碾压,速度3-4km/h。

复压宜紧跟初压,与初压交织在一起(无明显界限)在较高温度下进行,利于碾压密实。复压温度控制在145-155℃。通常使用双钢轮、双振动压路机碾压,碾压参数参照试铺段结果,通常2-3遍,碾压速度可以控制在3-4km/h。

终压紧跟复压之后,一般双钢轮静碾1遍,终压结束时温度宜不低于140℃。

为保证不漏压,宜安排专人对压路机进行管理,并设置明显标志,划分出初压、复压、终压区。

5.7接缝处理

SMA接缝处理十分重要,直接影响路面的平整度和外观,施工中要严格控制,保证接缝质量。

5.8开放交通。

SMA路面应待摊铺层完全自然冷却,混合料表面温度低于50℃后,方可开放交通,需要提早开放交通时,可洒水冷却降低路面温度。

6  材料与设备

6.1材料

6.1.1改性沥青

改性沥青是混合料胶凝材料,其品质优劣对改性沥青混凝土路面质量至关重要。成品改性沥青在到达现场储存时,改性沥青罐中必须加设搅拌设备,使用前搅拌均匀,在施工过程中要定期取样检验产品质量,发生质量不合格时不得使用。SMA路面宜采用比当地常用沥青更硬标号的沥青。改性沥青的要求应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中表4.6.2的要求。

6.1.2粗集料

从料源入手,选择优质碱性石料为原料,破碎机采用锤式破碎机破碎,选用酸性石料时要考虑粘附性的要求,掺加适量消石灰或抗剥落剂。粗集料宜用石质坚硬、粗糙、清洁、不易风化的颗粒。严格控制集料的含泥量及表面粉尘量,减少拌和过程中废粉数量,提高拌和机的工作效率。其技术指标应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中表4.8.2的要求。

                        SMA使用粗集料质量要求                 表6.1.2

  •      

    单位

    技术要求

    试验方法

           石料压碎值     不大于

    %

    25

    T0316

        洛杉矶磨耗损失    不大于

    %

    30

    T0317

             视密度       不小于

    t/m3

    2.60

    T0304

             吸水率       不大于

    %

    2.0

    T0304

         与沥青的粘附性   不小于

    4

    T0616

             坚固性       不大于

    %

    12

    T0314

         针片状颗粒含量   不大于

    %

    15

    T0312

    水洗法<0.075颗粒含量 不大于

    %

    1

    T0310

             软石含量     不大于

    %

    1

    T0321

            石料磨光值    不小于

    BPN


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