摘 要在漳龙高速公路SMA面层的配合比设计及施工中，结合福建地区的气候特点和施工条件，引入了美国公路战略研究计划（SHRP）的一些重要成果和相关概念，在材料选择、级配组成、施工控制、性能检测等方面进行了分析研究，这对于确保高速公路沥青路面施工质量，提高在重载大交通量下路面长期使用性能将具有积极的参考价值，也为高等级改性沥青路面的应用提供了有益的探索。
关键词 SHRP SMA 混合料设计 路用性能
1 前言
漳龙高速公路是国家重点干线厦门至昆明公路的重要组成部分，全长117km，双向四车道。工程地处福建西南部，该地区气候炎热潮湿，交通荷载极大，多为运载煤炭或水泥的载重车，轴重大，行车速度缓慢，一个车道累计当量轴载达17，133，470次。为寻求适应于高速公路高服务年限及高性能的沥青混凝土路面的结构类型及施工工艺，漳龙高速公路新祠至和溪段上面层采用4cm厚改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA—13，在试验、设计、施工中除吸收国内外SMA有关技术与经验外，结合工程实际，应用了美国公路战略研究计划（SHRP）关于高性能沥青路面（Superpave）的研究成果，并在改性沥青选择上，根据Superpave结合料性能分级规范确定改性沥青等级，从而避免了现行针入度分级方法的经验性和局限性。在混合料设计与施工质量控制上参考Superpave的体积设计与美国SMA最新规范，使SMA混合料设计与施工质量控制更加合理。
2 材料选择
2.1 沥青结合料
根据漳龙高速公路的使用环境及性能要求，研制性能优良的改性沥青。关于改性沥青性能评价指标和方法，国际上还没有统一标准，现行评价改性沥青性能的方法有三大类：一是采用沥青性能指标的变化程度来衡量，如针入度、软化点、延度的变化程度；二是针对改性沥青的特点开发的试验方法，如弹性恢复试验、粘韧性试验、离析试验等；三是美国公路战略研究计划（SHRP）提出的沥青结合料性能规范。其中SHRP计划提出的沥青路用性能规范（PG）试验与以往规范相比，其分级直接采用设计使用温度表示适用范围，如PG76-22，表示该沥青适用于最高路面设计温度不超过76°C，最低路面设计温度不低于-22°C的地区。沥青PG分级试验还具有明确的力学概念，各项指标与各项路用性能直接相关，如动态剪切流变仪运用粘弹力学理论检测沥青的高温抗车辙性能及抗疲劳性能；弯曲梁流变仪运用小梁低温蠕变来评价沥青的低温抗裂性能；通过旋转薄膜老化来模拟施工短期老化，通过压力老化试验来评价沥青的长期耐久性能。SHRP的沥青PG规范更具有科学性，推动了改性沥青的研究与应用。经调查和搜集漳龙高速公路所处的自然气温、地理位置、交通量组成等特征数据，分析并计算整理，根据我国部颁规范中沥青路面气候分区选用方法，结合沥青PG等级计算原则和方法研究选择改性沥青和PG等级，漳龙高速公路沥青结合料确定为PG76-22级改性沥青。
采用壳牌AH-70重交沥青掺6%SBS在现场制备改性沥青，改性剂为岳阳石化厂791H型的线形SBS。经试验检测，生产的改性沥青性能优良，完全达到PG76-22级的各项性能要求，多项指标超过我国改性沥青规范ID级改性沥青的质量要求。改性沥青PG性能试验结果见表1。
表1 改性沥青PG性能试验结果
2.2 集料
www.tmgc8.com 选用当地优质辉绿岩，坚硬、致密、抗磨耗、耐磨光。本工程SMA13采用100%全破碎集料，共分三种料堆集料，10~15mm粗集料，5~10mm粗集料，0~5mm细集料。集料压碎值9.3%，洛杉矶磨耗值13.3%，磨光值47BPN，表观相对密度2.994，吸水率0.61%。粗细集料的各项指标符合规范要求。
2.3 填料
为了增强集料与沥青结合料的粘附力，采用石灰岩矿粉与消石灰粉质量比80:20的组合填料。填料供应商在生产时将石灰石粉与消石灰粉按比例预混，以方便沥青拌和楼施工。
2.4 木质纤维素
在SMA混合料中添加纤维稳定剂的作用是使混合料在运输摊铺过程中将沥青胶泥保持在粗集料上，防止其从混合料中离析。工程采用吉林汇源牌松散型木质纤维素作为SMA混合料的稳定剂，其质量符合我国SMA技术指南要求。混合料拌和时木质纤维素由专用风送式木质纤维素添加机添加。
3 SMA—13混合料设计
SMA混合料级配体现SMA间断级配骨架型密实混合料的基本特征，是区别其他类型沥青混合料的标志。矿料级配直接影响混合料的各项体积参数，进而影响到SMA路面服务性能，因而对SMA的矿料级配有着严格要求。本工程SMA混合料设计中，结合美国SHRP计划成果Superpave设计原则及其体积分析原理，进行SMA混合料矿料级配调整及混合料体积参数的试验研究，进一步提高沥青路面的长期使用性能，力求使SMA配合比设计更加合理可行。
3.1 矿料级配选择
根据各料堆集料的颗粒组成与级配范围，按试配法组成三种试验级配，一组级配位于规定级配范围的中值附近，另外两组级配接近级配范围的上、下限，按关键筛孔2.36mm、4.75mm与0.075mm的通过率进行控制，2.36mm通过率按中值与中值±3%控制，4.75mm通过率按中值与中值4%控制，三种级配0.075mm通过率均控制在10%左右。选择三组级配的目的是选择三个不同的沥青混合料的集料空隙率VMA，以满足VMA大于17%的要求。满足VMA大于17%的要求对于充分发挥SMA混合料中粗集料的嵌挤作用，确保足够的间隙供玛蹄脂填充是至关重要的。确定每一种试验级配混合物组合集料的毛体积比重Gsb、视比重Gsa、粗集料组分毛体积比重GCA，并测定粗集料组分的干捣实密度ρs、干捣实空隙率VCADRC。
3.2 选择初试沥青用量
考虑SMA对最小沥青用量的规定，并根据合成集料毛体积相对密度、预期VMA值、设计空隙率4%，以经验公式计算初试沥青用量可取6.1%。
3.3 进行马歇尔试验，根据VMA和VCA确定设计级配
3.3.1 拌和沥青混合料试样
对三组矿料级配以初试沥青用量分别拌和成型马歇尔试件。由于改性沥青已达PG76-22级，其性能非常优良，且粘度很高，室内击实与拌和温度相应提高，拌和温度选定为180±5°C，击实温度选定为160±5°C。每一试样都按规定的集料组分与确定的沥青用量6.1%及纤维素用量3‰拌和均匀。
3.3.2 试样短期老化
www.tmgc8.com 将拌和好的试样放入烘箱，在混合物的压实温度160±5°C保持2h，进行短期老化。对拌和好的沥青混合料试样进行短期老化，是为了模拟施工现场沥青混合料在生产、储存、运输与摊铺过程中的高温老化。在这一施工热老化的过程中，不仅沥青结合料的部分轻质组分将挥发，因而粘度将增大，而且集料对沥青结合料的吸收也将增加。沥青粘度的增加与集料对沥青吸收量的增加，都会对沥青混合料的体积特性与性能造成直接的影响。因此，在沥青混合料拌和完成后，不像以往那样立即进行试件压实，而先进行短期老化，然后进行压实，这样室内试验将更加符合工程实际。SHRP计划关于混合料设计规定在拟定的压实温度进行2h的短期老化，这是对以往室内混合料试验的重大改进，是完全必要的。
3.3.3 压实制件并选定设计矿料级配
对试样在确定的压实温度下进行压实，按双面每面夯击50次制成马歇尔试件，测定毛体积相对密度Gmb及理论最大相对密度Gmm。压实混合料的空隙率的准确值主要取决于混合料的理论最大密度，应注意理论最大密度按真空法实测。我国以往对于SMA混合料的理论最大密度是通过组合集料的毛体积密度计算而得，但因未考虑集料表面具有空隙，总是或多或少地吸收部分沥青这一重要特性，所以计算得出的结果用于沥青混合料设计会造成实际空隙率偏大及沥青用量偏小，这是不少SMA路面设计不渗水而实际渗水的原因，对路面的各项使用性能带来不利影响，因此，按SHRP计划的设计方法，为了确定混合料空隙率等体积参数，并正确进行混合料设计，必须采用真空饱水法实测沥青混合料的理论最大密度，而放弃用计算法求算。
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