SMA沥青混凝土路面设计及施工质量控制要点

SMA沥青混凝土路面设计及施工质量控制要点

李大钊

李大钊（江苏省连云港市政工程有限公司江苏连云港222000）

中图分类号：U416.217文献标识码：A

摘要：SMA是近年来一种新型的沥青混合料结构形式，它能显著地提高沥青混凝土路面的路用性能，特别适于重交通道路。就SMA的结构形成特点、材料选择及设计进行具体的探讨。

关键词：SMA混凝土设计施工质量控制

沥青玛蹄脂碎石混合料是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂结合料，填充间断级配的粗骨料骨架间隙而组成的沥青混合料。使用情况表明，SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。沥青结合料主要提高沥青混凝土的感温性（即高温稳定性和低温韧性）、防止混合料分散并提高路用性能，通常采用改性沥青。

一、SMA的结构强度机理、优点及材料选择

SMA属于间断级配的沥青混合料，它既有一定数量的粗集料形成骨架，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空隙中去。沥青用量比普通混合料高1%以上，因此使它同时具有较高的粘结力和内摩阻力。SMA明显特点是三高一低一剂：即高用量的轧碎粗骨料，以提高抗车辙能力；高沥青用量和高矿粉用量，促使沥青膜加厚，混合料孔隙小，其耐水性、耐老化性能和耐久性能都有提高；低的细集料含量；添加纤维稳定剂，在混合料中起加筋、分散、吸附、吸收沥青和稳定的作用，并通过增加沥青与矿料之间的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力，改善胶结剂（玛蹄脂）的高低温性能，增强混合料的抗裂、耐磨能力。这也是SMA混合料组成设计必不可少的前提条件和依据。

材料的选择

1.粗骨料的石、石接触和紧密嵌挤形成了SMA骨架结构。为防止骨料在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗骨料有严格的质量要求。要求粗集料采用坚硬、粗糙、耐磨的优质石料。石料压碎值应不大于25％，洛杉矶磨耗损失不大于30％。粗骨料采用辽阳地区捶击式破碎机生产的玄武岩碎石。

2.细骨料(小于4.75mm的颗粒)质量仅为10％～20％，但要求洁净、干燥、无风化、无杂质，并有一定棱角。采用石屑(0.075mm以下含量不超过10％)。

3.矿粉是重要组成部分，与沥青混合形成玛蹄脂，为混合料产生"加劲"效应，影响SMA的性能。一般采用磨细的石灰岩矿粉，最好不用回收粉。我们对使用矿粉和回收粉的SMA混合料的性能进行试验比较

随着矿粉或回收粉从6%增加到12%，马歇尔稳定度稍有所增加，而动稳定度显著提高。矿粉数量太少，不足以形成沥青玛蹄脂，沥青有所富余，动稳定度不能提高。说明为了形成SMA结构，矿粉数量不能减少，足够数量的矿粉是SMA的一个先决条件。粉胶比以2为宜；

由于使用了回收粉，车辙试验的动稳定度和马歇尔稳定度都比使用矿粉的药低得多。说明回收粉使用很不利，最好还是不用为好。

4.沥青要求有良好的黏结性和温度稳定性，一般采用重交通道路沥青，并符合JTGF40－2004《公路沥青路面施工技术规范》的规定。采用SBS改性沥青，它能有效地改善沥青的热稳定性和低温抗裂性。

5.纤维用作稳定剂，防止沥青滴漏。纤维稳定剂应能承受250℃的干拌温度不变质、不发脆，且必须符合环保要求。

二、SMA的优点

将SMA与普通的密集配沥青混凝土AC相比，AC的组成中，细集料一下的部分大体上占到一半，从钻芯试件可以清楚地看到沥青砂浆已经把粗集料撑开，粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆中，彼此相互并未精密接触，由于粗集料之间有相当大的空隙，故而交通荷载主要是由沥青砂浆承受，AC抵抗荷载变形的能力很大程度上受到矿料级配、矿料间隙率（VMA）、空隙率以及沥青砂浆的比例的影响在高温条件下沥青砂浆的粘度变小，承受变形的能力急剧降低，很容易产生永久变形，造成车辙、推拥等，而SMA的组成中，粗骨料骨架占到70%以上，混合料中粗集料相互之间的接触面或支撑点很多，细集料很少，玛蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的间隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受，由于粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也会减小，因而有较强的高温抗车辙能力，而这一点是极其重要的，即充分利用了集料嵌挤作用提高高温抗车辙能力。当然AM同样有相当多的粗集料，也有良好的石料嵌挤作用，但使用沥青较少，空隙率太大，沥青与集料的粘结性不足，集料之间充满了水分，水分对混合料的浸蚀使沥青与集料脱开，造成剥落，很容易造成雨季大面积破坏，而且低温抗裂也不好，所以沥青碎石的耐久性很差，AK也存在同样缺点。

三、SMA设计中应注意的几个问题

1.空隙率指标。马歇尔试件的空隙率应采用表干法测定，试件的空隙率主要由沥青用量控制的，减少沥青用量使空隙率增大。我国的SMA沥青用量相对较少，经常会遇到空隙率偏大的情况。但是如果沥青用量不能再大，再增大可能会泛油，例如油石比已经超过6.0%。而空隙率仍然大于3%-4%的情况时，必然是集料的间隙率太大的缘故，此时只能适当增加4.75mm的通过率，如果VMA已经大于17%，沥青用量也不多，空隙率偏小，达不到3%那很可能是测定的精度不足，应进行复查。

在计算空隙率的基准密度时，从理论上讲以采用实测的最大密度为好，但现在SMA沥青混合料大都用改性沥青，这样混合料在水中的分散往往比较困难，这时就要求用计算的理论密度。在计算理论密度时又会遇到困难，那就是纤维的密度和纤维吸收沥青的问题，矿物纤维和有机纤维吸入纤维内部的沥青少，而木质纤维吸入沥青较多，影响势必增大，如果将纤维的比例忽略不计，实际是将纤维算成集料了，其比例的差异将使计算的空隙率变大，另外，计算理论密度时，除5mm以下的石屑等难以测定的部分外集料密度应采用毛体积相对密度。

2．SMA的马歇尔稳定度一般比普通密级配沥青混凝土要小得多，其原因是因为马歇尔试验的荷载方式对SMA是不利的。马歇尔试验表面上是受压，其实试件内部的破坏是受拉而致。SMA材料有70%以上是接近于单一粒径的粗集料，在受压时能产生相互嵌挤而不能抗拉。混合料中主要依靠沥青玛蹄脂结合料抗拉，但在试验温度60℃时，粘度低，对受拉不可能产生多大的抵抗，因而马歇尔稳定度较低，一般在5-8KN左右。但是，马歇尔稳定度低并不意味着SMA高温稳定性差，马歇尔试验的目的主要有2个：配合比设计时确定最佳沥青用量和施工中进行质量检验。SMA的高温稳定性主要由车辙试验的动稳定度和抗永久变形能力来表达的。

3．根据试验，马歇尔试验的流值一般要比普通沥青混凝土大，尤其在使用改性沥青的情况下更是如此。尽管马歇尔试验的稳定度和流值并不像普通热拌沥青混合料那么重要，但马歇尔试验仍是拌合厂的主要质量检测项目，其目的是首先检测混合料试件的密度和空隙率、VMAVCAVFA等四大体积指标，以确定他是否满足SMA构成的必要条件，同时检测马歇尔试验的稳定度和流值，测试马歇尔试验的稳定度和流值目的是主要看试件质量的稳定性，是否能稳定在一个基本不变的水平上。

四、结束语

SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水稳定性及耐久性好，和AM路面的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，以及AK路面抗滑性能等优点，同时克服了AC路面的高温稳定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水损坏性能差的特点，形成一种新型的沥青混凝土结构，值得推广和应用。

参考文献：

[1]《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》；

[2]《公路沥青路面施工技术规范》。