改性沥青混合料SMA在高速公路的应用

改性沥青混合料SMA在高速公路施工中应用

摘要： SMA路面技术在国际上应用相当广泛。它能显著提高路面的高温抗车辙性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能。本文以宁淮高速公路南京段为例，介绍了SMA混合料原材料的选择、配合比设计，提出了SMA路面施工过程中的质量控制措施。 关键字: 改性沥青；SMA；质量控制

Abstract: It is a widespread that SMA is a technology in home and abroad. It can advance obviously pavement performance that the pavement have, the high temperature anti-rutting ability, low temperature anti-cracking performance, water stability and so on. Take ning-huai highway as an example, the paper introduced selection of raw materials、mix proportion. Eventually, the paper advance quality control method in construction process. Key words: Modified asphalt；SMA；Quality controlling

SMA全称沥青玛蹄脂碎石混合料，Stone Mastic（matrix）Asphalt的缩写，是20世纪60年代中期，德国道路工作者为提高路面的抗滑能力，抵抗带钉轮胎对路面破坏而开发的新技术，它能显著地提高沥青混凝土路面的路用性能，特别适用于重交通道路。

1 工程概况

宁淮高速公路全线长183.45Km，投资约87.72亿元。据预测，宁淮高速交通量繁重，为了延长其路面使用寿命，解决沥青路面常见的车辙、水损坏问题，路面结构采用如下结构型式：水泥稳定碎石基层（5：95）＋9.5cm厚AC-25S型粗粒式重交沥青混凝土+6cm厚AC-20I型中粒式沥青混凝土中面层+4.5cm厚SMA-13沥青玛蹄脂混合料上面层。

2 原材料选择

2 .1 集料

集料采用鑫马石料厂产的玄武岩，矿粉采用镇江高资石灰岩矿粉[1,2]。经试验测定，粗、细集料及矿粉的质量指标分别均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的沥青面层用粗集料、细集料和矿粉的质量技术要求。

SMA混合料设计按照试验规程精确测定各种原材料的相对密度，其中粗集料（1号料和2号料）采用毛体积相对密度和表观相对密度，细集料（3号料和4号料）和矿粉采用表观相对密度。 2.2 改性沥青

为提高沥青混合料的使用性能，上面层SMA-13采用优质的SBS改性沥青，经试验测定各项技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中所规定的要求。 2.3 稳定剂

纤维在SMA中起重要作用，根据试验结果和实践经验采用木质素絮状纤维，用量为沥青混合料总质量的0.3%，经试验测定其质量指标符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中规定的沥青面层纤维质量要求。 2.4 配合比设计

根据规范要求，在工程设计级配范围内，调整各种矿料比例，设计三组不同粗细的初试级配，三组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值±3％附近，矿粉数量均为10％左右。级配1、级配2和级配3这三种级配4.75mm筛孔通过率分别为24.2%、27.5%、29.7%，其矿料筛分结果见表1。

表1矿料筛分结果

Table 1 The result of the aggregate screening

级配1 级配2 级配3

1# 46.5 49 48

2# 35.5 28.5 27

3# 0 0 0

4# 7.5 11.5 14

矿粉 10.5 11 11

级配1

100 100 100 100 85.7 54.2 37.1 22.0 15.4 9.6

100 100 100 100 100 100 100 99.9 97.3 81.0

100 93.4 61.5 24.2 17.2 14.8 13.5 12.4 11.6 9.4

级配2 100 93.0 59.56 27.5 21.1 17.5 15.5 13.8 12.7 10.2

级配3 100 93.2 60.3 29.7 23.3 18.8 16.4 14.3 13.1 10.5

合成级配

筛孔尺寸(mm)

16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

100 85.8 17.6 0.4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

100 100 99.4 16.8 0.4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2

100 100 100 90.6 10.9 2.4 1.1 0.5 0.4 0.3

三组初试级配在捣实状态下的粗集料松装间隙率VCADRC测定结果如表2。

表2 VCADRC试验结果汇总表 Table2 The result of the VCADRC

配比 1 2 3

松装密度(g/cm)

1.635 1.647 1.657

3

4.75mm通过百分率(%) 粗集料毛体积密度(g/cm)

24.2 27.5 29.7

2.818 2.818 2.818

3

VCADRC(%) 41.98 41.56 41.21

根据以往工程的经验，选用6.2%的油石比分别用以上三种配比拌制沥青混合料，并分别进行标准马歇尔试验，每组制作4个马歇尔试件，试件的击实次数为双面75次，测定VCAmix及VMA等指标，在满足VCAmix16.5%的要求将其结果汇总如下（见表3）。

表3 三种设计配比的6.2%油石比马歇尔试验结果汇总表

Table3 The result of the Marshall test in three gradation 6.2 percent

配比 1 2 3

6.2 Pa (%)

γf 2.453 2.472 2.476

JTG F40-2004标准

γt 2.583 2.580 2.581

VMA (%) 17.7 17.0 16.8 ≥16.5

VV (%) 5.03 4.19 4.07 3-4.5

VFA (%) 71.5 75.3 75.3 75-85

VCAmix(%) 38.05 40.28 42.00 ≤VCADRC

注：1、最大理论密度采用实测法；

2、对高温稳定性要求较高的炎热地区，VMA允许放宽到16.5%。

由表2和表3可知，三组级配的VCAmix均小于VCADRC，且三组级配的VMA均能满足大于16.5%的要求，其中只有级配2的VFA满足要求，因此选取级配2为设计级配。 2.5 确定设计沥青用量

根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率结果，按选定的配合比称取矿料，

以6.2%油石比为中值，按0.3％为间距，再增加2种油石比：5.9%、6.5%，成型标准马歇尔试件，计算空隙率等各项体积指标，一组四个试件，其测试结果汇总如下表4。

表4 沥青混合料不同油石比的马歇尔试验结果

Table4 The result of the Marshall test in different quantity of asphalt

序号

(%)

1 2 3

5.9 6.2 6.5 Pa

γf 2.470 2.473 2.482

γt

（％）

2.592 2.580 2.570

16.8 16.9 16.9 ≥16.5

（％） 40.16 40.26 40.21 ≤VCADRC

（％） 4.71 4.15 3.42 3～4.5

（％） 72.0 75.5 79.7 75～85

(KN) 8.92 9.89 9.62 ≥6.0

(mm) 2.67 3.20 3.64 -

VMA

VCAmix

VV

VFA

MS

FL

JTG F40-2004标准

从表4中数据可知，当油石比为6.18%时，空隙率为4.0%，VMA、VFA等各项指标均符合要求，VCAmix小于VCADRC。根据实际工程应用经验，选取6.2%为设计油石比。 2.6 配合比设计检验

按照要求对SMA混合料的配合比设计进行检验，谢伦堡析漏试验、肯特堡飞散试验等各项试验以检验其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性。其试验结果如表5。

表5 改性沥青SMA配合比验证结果

Table5 The testify of modified asphalt proportion identification

试验项目 谢伦堡析漏试验 肯特堡飞散试验 车辙试验 冻融劈裂试验 浸水马歇尔试验 小梁弯曲试验

测定的指标 析漏值 飞散值 动稳定度 劈裂强度比 残留强度比 破坏应变

试验结果 0.09(%) 8.1(%) 7583(次/mm) 81.8(%) 94.2(%) 2950.4(με)

JTG F40-2004标准

≤0.10 ≤15 >3000 ≥80 ≥85 ≥2000

2.7 生产配合比设计

为了严格控制热拌沥青混合料的质量，根据目标配合比进行生产配合比，其结果为：4＃：3＃：2＃：1＃：矿粉＝45：26：6：12：11。采用矿料生产配合比级配组成和目标配合比设计阶段得出的最佳沥青用量，进行马歇尔试验和车辙试验，各项指标均达到设计要求（见表6）。

表6 目标配合比、生产配合比设计结果

Table6 The designed result of target proportion and production proportion

项 目 目标级配 生产级配 级配范围

下列筛孔（mm）的通过率（％）

16.0 100 100 100

13.2 93 92.4 90～100

9.5 59.5 59.2 50～75

4.75 27.5 27.6 20～34

2.36 21.1 21.1 15～26

1.18 17.5 17.6 14～24

0.6 15.5 14.2 12～20

0.3 13.8 12.9 10～16

0.15 12.7 11.6 9～15

0.075 10.2 10.0 8～12

3 改性沥青SMA的施工质量控制

工程施工质量的好坏，直接影响到路面质量。质量控制包括从备料到拌和、运输、摊

铺、碾压多道工序，它们之间互相影响，互相作用。 (1)备料

SMA对材料要求非常严格，各种材料进场前后都必须有中心试验室的检验报告，场内要硬化并且设有防雨设施。 (2)拌和

SMA混合料的搅拌时间要比普通沥青混合料长，选择专用纤维添加设备，必须合理安排，不能出现停机现象，影响施工进度。SMA混合料拌和质量的好坏受温度控制、搅拌时间、操作人员素质等方面的影响较大。 (3)运输

为防止运输过程中温度下降太快，采取了严格的保温措施，沥青混合料出厂温度采用上限，沥青混凝土装车后盖一层抹布和一层帆布，实行双层保温，保证沥青混凝土摊铺时温度保持在170℃以上。混合料的运输虽然是一个中间环节，但组织不好直接影响路面质量，因此要保证摊铺机不能因缺料停止，同时减少运输车和摊铺机的接触次数。 (4)摊铺

SMA的摊铺是保证路面质量的关键。SMA混合料铺筑方式为热拌热铺。 (5)碾压

SMA混合料不得采用轮胎压路机碾压，初压用10t钢轮压路机紧跟在摊铺机后面碾压1~2遍，复压用静压3~4遍，最后用较宽的钢轮压路机终压1遍，碾压速度为4~5km/h，如采用振动压实，则要求振动幅度要小。

4 结语

SMA是从国外引入的一种新型路面沥青混合料结构， SMA混合料在生产、运输和摊铺工艺方面，与普通密级配混合料相比各有其特点，SMA混合料的特点是三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少，同时掺加了纤维稳定剂，材料要求高，它能全面提高路面质量。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ol26.html