黑龙江地区SMA沥青路面施工过程常见问题汇总及研究

'黑龙江地区SMA沥青路面施工过程常见问题汇总及研究【摘要】大量工程应用表明，SMA沥青路面在施工过程中对条件变化具有较强的敏感性，容易在施工过程中出现一系列的问题，严重时会导致SMA沥青混合料应用的失败。本文从施工质量控制角度，归纳出SMA沥青路面在施工中容易出现的问题，进行综合分析后给出解决问题的方案。【关键词】SMA,质量控制，问题，分析，方案1.概述(1)SMA沥青路面于上世纪九十年代引入中国，在国内的应用已经有20年的时间。实践及相关研究证明，SMA沥青路面具有优异的高温稳定性和良好的低温稳定抗裂性[1],所以在部分省份的高速公路、市政公路上被广泛采用。但另一方面，由于SMA路面对于级配、沥青用量、纤维用量、拌和时间、碾压温度、碾压工艺等环节有较高的敏感性[2],施工精细程度要求较高，且造价要高于一般改性沥青路面，所以，在一些地区，对于SMA沥青路面的应用比较慎重，有些通过尝试最终获得了丰富的经验，应用比较成功；有些地区尚处在试验阶段或者还没有开展相关的应用研究工作。(2)黑龙江地区在沥青路面气候分区中，依据温度分区处 于夏热冬寒区（2-1、2-2区），显然对于沥青路面的低温性能有较高的要求。根据近期相关道路管理部门的反映及对原有部分沥青路面病害的调查，发现车辙已经成为沥青路面的主要病害形式。另一方面，该地区虽然不属于夏季高温炎热区域，但由于光照时间较长，且地区维度较高，紫外线强度大，夏季路面温度可以达到50〜6（TC,已经超过普通沥青的软化点，接近改性沥青的软化点。这些情况表明，在黑龙江地区，对于沥青路面的高稳定性同样有着较高的要求。为了满足路面对于高温稳定性的要求，同时兼顾低温性能，采用SMA路面无疑是很好的选择。根据调查，SMA沥青路面于2010年开始在黑龙江伊绥高速、齐甘高速、绥牡高速公路大规模应用，2012年在绥满高速公路牡哈段大修工程中，约300公里的沥青路面上面层全部采用SMA路面。初步统计，SMA路面在黑龙江高速公路中的应用已经达到600公里。笔者结合在绥满高速公路牡哈段大修工程中的施工质量管理工作，同时借鉴前期其它项目的SMA施工质量管理经验，对SMA路面在黑龙江省高速公路施工过程中容易出现的问题进行汇总和分析，并给出解决相关问题的方案，为SMA沥青路面的应用补充经验。2.施工过程中出现的问题汇总在SMA施工过程中，可以从两个角度对出现的问进行分类汇总，一是铺面外观出现的问题，二是在试验检测中发现的问题。2.1外观出现的问题。 铺面外观容易出现的问题主要有以下几个方面：2.1.1铺面出现结团。在摊铺现场的铺面上出现混合料细料的结团，结团分为均匀分布的结团和偶然出现、分布无规律的结团两类。2.1.2铺面泛油。铺面泛油分为在两个阶段出现的泛油，第一个阶段是在摊铺时，发现沥青用量较多，粗颗粒表面的沥青有流淌的趋势；第二个阶段是在碾压过程中或碾压结束时出现的泛油现象。2.1.3铺面粗细程度不稳定。在没有改变生产配比和原材料的情况下，铺面粗细程度不稳定，时粗时细。2.2试验检测发现的问题。在进行SMA路面施工过程中，根据规范要求必须对沥青混合料及施工后的路面进行质量检测。由试验检测可以发现的问题主要有以下几点。2.2.1马歇尔试件空隙率过大或过小，不在控制范围。从现场或料车上取回的沥青混合料进行马歇尔试验，发现空隙率不在控制范围，不满足控制要求。2.2.2级配波动较大。 没有发现拌和站改变生产配合比，但抽提试验结果表明矿量级配波动偏大，尤其是9.5mm、4.75mm、0.075mm筛孔通过率波动较大。2.2.3混合料油石比偏低。根据抽提试验，发现油石比偏低。2.2.4现场铺面渗水严重。在进行渗水试验时或雨后，渗水较严重，直接向下渗透。2.2.5现场铺面构造深度不足。铺面表面比较密实，构造深度较小。2.2.6路面摩擦系数过小。用摆式摩擦仪在现场检测发现摩擦系数过小,不满足设计（控制）要求。3.问题的分析及解决方案3.1铺面外观出现问题的原因分析及解决方案。3.1.1铺面出现结团。铺面结团分为均匀分布的结团和偶然出现、分布无规律的结团两类。当出现均匀分布的结团时，为拌和站拌和不均匀、拌和时间过短所致，也可能与纤维分散程度不足有关。需要调整拌和时间，必要时还需要调整投料顺序。若为纤维分散程度不足有关，需要在吹送纤维前，将纤维提前进行初步分散，以提高纤维的分散程度，减少纤维结团。 SMA混合料中由于外观添加的沥青、矿粉较多，且有纤维，与一般的改性沥青混合料相比，拌和难度较大，容易出现拌和不均匀、细颗粒结团的现象。在拌和时间设置上，有时简单的延长湿拌时间是不够的，需要首先安排好材料投放顺序，建议在投放热料的同时，添加纤维，有利于将纤维分散，并且在纤维投放完毕后，需要继续拌和，拌和时间宜不少于15秒。在矿粉、沥青全部加入拌锅后，即湿拌开始后,拌和时间宜不少于30秒，从添加第一档热料到完成整个拌和过程并将成品混合料放入料车，这个周期一般应控制在70秒左右。经过这种拌和后，摊铺现场的有规律的结团现象就会消除。对于无规则分布的结团，通常是由于拌和站卸料口或者料车挡板、摊铺机熨平板边角部位细料聚集后脱落导致的，需要人工及时挑除。3.1.2铺面泛油。导致铺面泛油的原因可以分为两大类，一是计量不准确导致的泛油，二是碾压不当导致的泛油。3.1.2.1计量不准确导致的泛油。计量不准确导致的泛油主要有以下几种情况：(1)沥青投放过多。在混合料拌和时，由于拌和站沥青称的计量不准确，导致沥青加入过多，会导致铺面泛油。此时需要对沥青称进行重新校核。判断是否是沥青加入过多导致泛 油的方法是肉眼观测结合混合料室内抽提试验。(1)骨料投放不准确。主要是细骨料(0〜3mm)投放不足,降低了热骨料总体的“吸油”能力，导致沥青流淌，形成泛油。检查方法是仔细查看生产记录，并结合室内抽提试验进行分析。(2)纤维稳定剂投放不足。纤维在SMA混合料中起到吸附沥青与填料一起形成沥青玛蹄脂稳定混合料的作用[3]。如果纤维投放过少，就会导致游离沥青过多，形成泛油。此时需要对纤维的投放量进行标定，达到设计用量。3.1.2.2碾压不当导致的泛油。在黑龙江地区，由于气候条件的限制或钢轮碾压不紧促，导致部分标段在碾压温度偏低时，采用了胶轮压路机对SMA路面进行补充碾压。相关文献表明，用胶轮压路机对SMA路面进行压实也并非不可[4]。补充碾压的温度和遍数很关键，否侧极易出现泛油的现象。在黑龙江的实践证明,碾压段表面温度在70〜9(TC范围内用胶轮压路机进行1〜2遍的补充碾压是可行的，但需要有经验的操作手把握好碾压时机和碾压遍数。3.1.3铺面粗细程度不稳定的原因分析和解决方案。3.1.3.1铺面粗细程度不稳定的原因分析。导致铺面粗细程度不稳定的原因主要有以下三个方面：(1)拌和站计量不准确。拌和站计量不准确，波动过大，尤其是最粗和最细这两 档料的计量波动过大时，容易导致铺面外观的粗细程度不均匀。（2）冷料转速波动较大或冷料规格发生变化。冷料转速对于混合料的影响在连续级配的混合料中表现的不够显著，但对于SMA混合料，影响是显著地，主要表现在铺面外观的粗细程度以及抽提试验中矿料的级配，尤其是9.5mm、4.75mm筛孔通过率。转速的大小决定了冷料进料的比例。如果粗颗粒的集料进入拌和站振动筛的比例较大，经过筛分后，热料仓中粗骨料的整体程度会偏粗型。比如6〜11mm热料仓热料（4.75〜9.5mm粒径），当冷料11〜16mm（9.5〜13.2mm粒径）进入比例大，而冷料6〜11mm（4.75〜9.5mm粒径）相对较少时，那么在热料仓中，6〜11mm热料仓（4.75〜9.5mm粒径）中会有相当一部分颗粒由11〜16mm（9.5〜13.2mm粒径）冷料中筛出得到，改仓骨料总体就偏粗了。反之，则会偏细。在热料比例不变，即生产配比不变的前提下，这种冷料转速的变化，导致了铺面粗细程度的变化。另一方面，如果原材料的粗细程度发生变化，而生产配比又没有进行调整，会直接导致铺面外观的变化。（3）拌和站热料仓骨料发生串仓现象。即相邻两个热料仓的骨料由于热料仓之间隔板的磨损漏洞或仓口挡板过低，出现了串料情况，导致混合料级配异常。此时需要对热料仓进 行检查，修补漏洞，或根据需要加高热料仓之间的挡板髙度。3.1.3.2铺面粗细程度不稳定的解决方案。(1)针对拌和站计量不准确的情况，需要及时对拌和站进行维修。判断是否是计量不准确的方法是查看每盘混合料的生产记录，同时结合混合料抽提试验数据进行分析。(2)冷料转速波动较大或冷料规格发生变化。若是由于冷料转速变化导致的铺面变化，应要求拌和站操作人员尽量维持冷料进料转速的稳定。3.2试验检测过程中发现的问题分析及解决方案。3.2.1室内试件空隙率过大或过小的原因分析及解决方案。试件空隙率波动较大，超出控制范围时，通常是由于矿料级配或沥青用量发生明显波动所致。空隙率是混合料体积指标中最为关键的一项，它与饱和度、VMA等指标相互关联,对路用性能有着重要的影响，需要高度关注。当空隙率波动较大时，应观察拌和站的生产记录、分析抽提试验结果。若抽提试验能够反映出沥青用量不足或者级配波动偏大，应在拌和站生产过程中查找原因。首先排查是否是拌和站操作人员刻意降低沥青用量所致。若从生产记录上不能发现沥青用量减少，在生产记录真实的前提下，应对沥青称量进行校核。若级配发生明显变化，应首先查看计量是否准确，排除计量不准确的因素后，应观察原材料尤其是0〜3mm细集料 的变化情况，结合热料筛分结果，重新合成级配，可以通过级配微调来实现空隙率的回归。3.2.2混合料级配波动过大的原因分析及解决方案。在没有改变生产配合比的前提下，混合料级配波动过大的原因分析及解决方案如下。3.2.2.1拌和站称量不稳定。如果拌和站称量不稳定，相当于生产比例在不停的变化，级配也会发生波动。此时需要对拌和站进行检修，使称量系统恢复至稳定状态。3.2.2.2冷料转速变换频繁。转速变化会导致热料仓中单仓热骨料的级配发生变化，从而影响到混合料的级配。要求拌和站操作人员在进行混合料的生产时，尽量维持稳定的冷料转速。3.2.2.3原材料的粗细程度发生变化。若原材料粗细程度发生变化，会导致合成级配发生变化。在混合料生产过称中，应避免更换原材料。3.2.3混合料油石比偏低的原因分析及解决方案。导致混合料油石比偏低的原因主要有两个方面，一是拌和站沥青称计量不精确或沥青添加时间间隔过短，导致沥青投放不足；二是在生产混合料过程中，存在人为降低沥青用量的情况。针对上述情况，首先要查看是否是人为降低沥青用量所 致。可以通过查看生产记录来发现。若不是人为降低沥青用量所致，需要对沥青投放时间进行延迟，并校核沥青称的准确度。3.2.4现场铺面渗水严重的原因分析及解决方案。现场渗水系数偏大可能会有两个影响因素，一是现场碾压控制不佳，碾压遍数少或混合料温度过低，导致压实度不足；另一方面是混合料级配出现问题，室内试验空隙率过大,现场难以压实。出现以上情况时，首先要根据室内试验的情况来排查是否为混和料的问题，如果混合料体积指标没有问题，多为施工过程中碾压不及时或混合料摊铺温度过低所致。若为混合料的问题，应首先将混合料体积指标回复到正常值，再进行观察。若为现场碾压或温度控制不佳所致，应建议施工单位加强管理力度，规范施工工艺。3.2.5现场铺面构造深度不足的原因分析及解决方案。构造深度过小通常与级配偏细有关，需要将混合料级配整体调粗。同时要保证体积指标满足设计要求。3.2.6路面摩擦系数偏小的原因分析及解决方案。摩擦系数偏小通常受到两个因素的影响，一是混合料级配偏细，路面表面被细颗粒填充过于密实，构造深度丧失；二是与岩石的坚硬程度有关，主要评价指标为粗集料的磨光值。要增大摩擦系数，一方面可以从调整级配着手，将级配整体调粗；另一方面，在选择集料时，优先选择磨光值大的 集料。4.结论工程实践证明，影响SMA路面施工质量的因素较多，SMA路面施工对于条件变化的敏感性是有其配合比组成决定的，要想成功应用这一类型的沥青混凝土路面，需要提高施工的规范化和精细化。施工过程中需要特别关注以下几点：(1)设置合理的拌和时间和投料顺序。(2)纤维投放量要力争控制准确。(3)碾压过程控制要适度，碾压要及时，碾压遍数要充分，但不能过度碾压，否则会导致沥青玛蹄脂的上浮，出现泛油，同时损失了构造深度。(4)在黑龙江地区，使用胶轮压路机进行补充碾压是完全可行的，但要严格掌握碾压时机，也不可过度碾压，碾压遍数不应超过两遍。(5)拌和站生产过程过程要稳定，重点控制拌和站计量准确性、温度、冷料转速的稳定性以及除尘能力的大小。参考文献[1]苏洲等，SMA混合料体积结构影响因素的试验研究(J),公路交通科技，2006年11期第40页.[2]中国工程建设标准化协会公路工程委员会，SHCF40- 01-2002公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南[S].[2]付冠华等，SMA路面推广应用研究(交通部重点科技项目：95-05-56-07)(J)・[3]吕伟明，SMA路面的泛油及其空隙率(J),石油沥青，2001.6,第15卷，第2期22页.'