SMA改性瀝青路面在隧道工程中的應用

1、SMA改性瀝青路面在隧道工程中的應用朱紅仙1,黃錫剛2(1.杭金衢高速公路衢州管理處,浙江衢州324000;2.杭州市錢江新城建設管委會,浙江杭州310016摘要:為解決隧道路面的噪音、滲水、養(yǎng)護等問題,通過分析SMA(瀝青瑪蹄脂碎石混合料改性瀝青路面的特性,結合工程實例,介紹了SMA改性瀝青路面在城市隧道中的應用,對材料級配及施工工藝提出了具體要求,對SMA改性瀝青路面在城市高架道路及高速公路隧道工程中的應用提出了改進措施和設想。關鍵詞:隧道;瀝青路面;SMA改性瀝青;施工工藝中圖分類號:U416.217文獻標識碼:B文章編號:1671-2668(200505-0134-03由于隧道內情況復

2、雜,隧道中的路面工程要求與其他路面工程相比相對較高,要求解決噪音、滲水、路面養(yǎng)護等諸多問題。采用水泥砼路面時,車輛在行駛過程中噪音很大,且在下雨天由于洞內外摩擦系數相差很大,極易造成交通事故,路面損壞后修復時間長,給行車帶來很大的安全隱患。采用普通瀝青砼路面時容易形成車轍,受隧道滲水的影響,路面極易破壞。針對這些情況,在杭州市解放路隧道工程中,采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(Stone Matrix Asphalt,簡稱SMA改性瀝青路面,收到了良好效果。1工程概況杭州市解放路延伸工程始于建國路和解放路交叉口,在大學路口以東約30m下挖,采用隧道形式穿越解放路和環(huán)城東路交叉口三角地、環(huán)城東路、滬杭鐵

3、路、貼沙河、杭州清泰自來水廠及凱旋路后出洞走明線,終于錢江新城的錢江路,與新安江路相接。路線全長2635m,其中隧道長686m,隧道兩端U 形槽總長224m。地面道路為雙向6車道,隧道部分為雙向4車道。2改性瀝青的特性瀝青作為一種復雜的高分子碳氫化合物,在一定溫度與荷載作用下表現(xiàn)為典型的彈粘塑性,并且在高溫與紫外線照射下會產生老化現(xiàn)象。因此,加入改性劑的主要目的就是改善瀝青混合料在高溫下的路用性能,提高其抗車轍、抗疲勞、抗老化、抗低溫開裂性能及粘結力和防水性能。SMA是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量細集料組成的瀝青瑪蹄脂,填充間斷級配的粗集料骨架間隙而形成的嚴擠型密實結構混合料。縱觀國內外

4、改性瀝青的研究與應用情況,改性瀝青通常具有如下幾個特點:1具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性,在高溫和重載作用下,道路不易產生車轍、擁包和波浪等病害。2改性瀝青及SMA混合料冷卻后非常堅硬,強度高,具有較好的低溫抗裂和抗反射裂縫的能力。3與普通瀝青砼相比,粘結力與抗水損害能力顯著提高。4具有較長的使用壽命。一套有效的監(jiān)測機制,能及時發(fā)現(xiàn)問題,并能有效地將監(jiān)測單位的建議付諸實施,避免了監(jiān)測的形式化,取得了很好的效果。為在其他工程上實施監(jiān)測工作提供了有價值的參考資料。參考文獻:1中國公路學會隧道工程分會.2003年全國公路隧道學術會議論文集C.北京:人民交通出版社,2003. 2李曉紅.隧道新奧法及其量測技術M

5、.北京:科學出版社,2002.3聞富民,魯仁.現(xiàn)代公路、橋梁、隧道常見質量事故與防范、處理及成功實例分析M.北京:當代中國音像出版社,2001.收稿日期:2005-09-09431公路與汽運Highw ays&A utomotive A pplications第5期2005年10月3SMA改性瀝青在隧道工程中的應用解放路隧道埋置較深,施工縫、伸縮縫較多,易滲水;兩端U形槽開口溫差變化大;隧道周邊是密集的居民區(qū);隧道是新城與老城之間的一條交通主干線,交通流量大,隧道內養(yǎng)護困難。針對這些特點,確定采用SMA改性瀝青材料作為隧道內部及U形槽兩端瀝青路面材料。隧道內路面結構為1831.5cm

6、C25砼鋪裝層+8cm粗粒式瀝青砼+4 cm SMA瀝青瑪蹄脂混合料面層。3.1SMA混合料的材料組成解放路隧道路面工程SMA混合料由集料、瀝青、礦物填料和穩(wěn)定添加劑組成。其中,瀝青采用SBS改性瀝青,礦物填料采用9.35%的礦粉,穩(wěn)定添加劑采用0.4%的木質纖維?；旌狭霞壟浣M成及試驗結果見表13。表1礦料篩分結果礦料名稱通過下列篩孔(mm的百分率/%31.526.519.016.013.29.5 4.75 2.36 1.180.60.30.150.0752025mm的礦料10010027.87.9 1.90.50.40.40.40.40.40.40.3 1020mm的礦料1001001009

7、6.948.7 1.40.30.30.30.30.30.30.3 1015mm的礦料10010010010056.0 1.70.40.40.40.40.40.40.3 510mm的礦料10010010010010082.19.5 1.00.90.90.90.90.8 05mm的礦料10010010010010010079.246.938.021.812.88.3 4.7礦粉10010010010010010010010010010010095.090.0表2混合料礦料級配組成礦料名稱配合比/%通過下列篩孔(mm的百分率/%31.526.519.016.013.29.5 4.75 2.36 1.

8、180.60.30.150.0752025mm礦料00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0 1020mm礦料00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0 1015mm礦料2222.022.022.022.012.30.40.10.10.10.10.10.10.1 510mm礦料5353.053.053.053.053.043.5 5.00.50.50.50.50.50.4 05mm礦料1515.015.015.015.015.015.011.97.0 5.7 3.3 1.9 1.20.7礦粉1010.010.010.0

9、10.010.010.010.010.010.010.010.09.59.0混合料10010010010010090.368.927.017.716.313.812.511.310.2級配范圍10010010010090100507520321526142412201016815812中值1001001001009562.526.020.519.016.013.011.510.0表3瀝青混合料馬歇爾試驗(表干法結果試件編號試件平均厚度試件空氣中質量/g試件水中質量/g表干試件質量/g密度/gcm-3瀝青體積百分比/%空隙率/%礦料間隙率/%粗集料骨架間隙率/%瀝青飽和度/%穩(wěn)定度/kN流值/0

10、.1mm163.61167.9660.21171.0 2.28613.7 6.420.241.868.08.7726 263.81170.7662.61176.9 2.27613.6 6.920.542.066.69.2928 363.11159.4653.81165.1 2.26813.77.220.842.365.39.7438 463.51166.7659.41171.6 2.27813.7 6.820.542.066.89.3030注:混合料種類為SMA-13,由1020mm碎石、1015mm碎石、510mm碎石、05mm碎石、礦粉、木質纖維、粗集料、瀝青組成,前5種材料的毛體積密度分

11、別為2.7、2.698、2.655、2.751、2.65g/cm3,前7種材料的比例分別為0、20.57%、49.55%、14.02%、9.35%、0.4%、68.26%,粗集料間隙率為39%,瀝青比重為1.016,用量為6.1%;擊實溫度為170,擊實次數為兩面各50次3.2施工工藝3.2.1SMA拌和廠生產SMA混合料的拌和廠必須滿足AASHTO M156及下列規(guī)定:1礦物填料處理。貯備足夠的干燥礦物填料,要根據設計用量均勻添加要求數量的礦料。本工程531公路與汽運總第110期Highw ays&A utomotive A pplications采用連續(xù)式拌和廠,礦物填料直接加入拌

12、和器中。由于SMA要求礦物填料數量大,要特別注意設備是否能提供數量精確的礦粉。2纖維添加。貯備足夠的干燥木質纖維添加劑,均勻添加要求數量的纖維進入混合料。采用連續(xù)式拌和廠時,纖維應加入滾筒式拌和機以保證充分拌和。加入松散纖維時,應使用單獨纖維供給系統(tǒng),使纖維能精確、均勻地進入拌和機。添加速率不局限于通?；旌狭仙a速率,但任何時候不能在集塵室或返回的粉塵中發(fā)現(xiàn)纖維。3熱拌混合料貯存。熱拌混合料拌好后不能立即使用時,必須有合適的貯存設備。任何情況下不允許貯存過夜、第二天攤鋪使用。3.2.2施工現(xiàn)場控制1場地處理。改性瀝青鋪設前查看隧道地層是否有滲漏水,若有滲水,必須設置通水路徑將水引至排水明溝,上

13、覆隔離層。2場地清掃。清除地面上的雜物,均勻鋪灑粘層油。3.2.3攤鋪與整平輸送到攤鋪機上的混合料溫度不應低于143,在卡車傾倒混合料前應測量混合料溫度?；旌狭蠎獢備伜驼?以達到設定的坡度和標高。攤鋪速度應適時調整,以便有足夠時間進行壓實操作和連續(xù)工作。3.2.4壓實1鑒于SMA混合料的性質,攤鋪后必須立刻碾壓。壓路機采用9t的鋼輪碾,充氣輪胎碾不得用于SMA。在終碾溫度達到116前,消除所有輪跡并達到最小密度。2一旦達到足夠的工地密度,應停止壓路機作業(yè),因為過量的壓實會引起瀝青析出并填充到已壓實的路表間隙中去。3在路面溫度冷卻到60或以下之前,不得開放交通。3.3問題探討3.3.1施工時間

14、的選擇要求施工溫度不低于10,最好在有太陽的條件下作業(yè),在高溫條件下碾壓完成。3.3.2施工機械的選擇由于場地狹小,在采用大型攤鋪機及壓實機械施工隧道內的路面時,必須配備小型壓實機械并配合人工,碾壓到邊。3.3.3滲水處理由于隧道施工縫、伸縮縫、后澆帶的設置及砼自身裂縫的存在,導致瀝青底層易受水侵蝕,因此,瀝青路面施工前處理滲水是保證隧道內改性瀝青路面施工達到使用要求的關鍵。3.3.4減少噪音由于隧道口呈喇叭狀,車輛快速通過后產生的噪音影響周邊居民的生活,因此,必須采取措施減少噪音。在隧道口處設置吸噪音隔離裝置;進一步改進改性瀝青材料的性能,加入橡膠改性材料,如天然橡膠(NR、丁苯橡膠(SBR

15、、氯丁橡膠(CR、丁二烯橡膠(BR、乙丙橡膠(EPDM、廢舊汽車輪胎等。用加入廢舊汽車輪胎碎末的改性瀝青所實施的高速公路在臺灣取得到較好效果。4結束語解放路隧道工程竣工通車1年多來,路況不錯,養(yǎng)護管理部門對隧道的路面使用情況非常滿意。SMA改性瀝青在隧道工程中的應用,既消除了水泥砼路面噪音大、維修工期長、難度大的弊端,又克服了普通瀝青砼極易形成車轍的弱點,在實際應用中取得了一定效果。鑒于隧道工程的特點,SMA改性瀝青路面雖然造價較高,但可解決噪音、隧道滲水導致路面破壞、路面車轍、擁包、波浪等病害,延長路面使用壽命,在目前的城市隧道和高速公路隧道中可推廣使用。同樣,在城市道路,特別是高架道路上,SMA改性瀝青路面也可大力推廣使用。摻加適量減少噪音的橡