SMA-13改性沥青混合料在小磨路面施工中的应用

SMA-13改性沥青混合料 在小磨路面施工中的应用

张发雨 贵州省公路工程集团总公司 550008

摘要: 本文通过SMA-13（沥青马蹄脂碎石混合料）在小磨公路施工中的应用，叙述了SBS改性沥青SMA的特性、材料选用、配合比设计、混合料拌合、运输、摊铺、碾压等混合料的生产施工过程，并结合现场检测，阐述了SMA的施工质量控制措施及施工中应注意的问题。

关键词：SMA-13 混合料 结构 施工 控制

1 SMA结构及工程概况

沥青玛蹄脂碎石混合料（StoneMatrixAsphalt,简称 SMA ）, 是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料 , 填充于间断级配的矿料骨架中所形成的沥青混合料。SMA既具备了开级配混合料的嵌挤能力、提高抗车辙能力和抗滑力 , 又具备了密级配混合料的空隙率小、沥青用量多、增加疲劳寿命和抗水损害能力高的特点。

SMA无论在功能上、经济上和技术上都更加优越，故而以因其优良的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐久性和优良的路用性能被各国纷纷采用及研究。SMA由粗集料构成的坚固的骨架结构给出优异的抵抗永久变形的能力，而填充粗集料结构空隙的丰富沥青玛蹄脂赋予SMA高度的耐久性，其粗糙的表面构造则使路面具有优良的抗滑性能和较低的交通噪声。

20世纪90年代初期进入我国，经过我国相关科研单位及路政部门数年的研究和探讨，并在实践中不断完善和改进，于1997年列入我国沥青路面设计规范。目前,SMA已成为高等级路面上面层的主要结构形式。SMA结构与AC结构一样，都具有黏弹特征，其使用性能明显受到气候条件的制约。我国疆域辽阔，自然条件千差万别，这就要求我们在工程实践中要以规范为基础，根据当地自然条件的特点，结合交通量及交通组成特征进行必要的调整，灵活应用。

现在随着该技术的广泛推广,大部分的高等级公路都在采用这种技术。云南小磨高速公路也是采用这一技术的工程。小磨公路路面结构设计：上面层：4cm细粒式沥青玛蹄脂碎石混合料 SAM-13（SBS改性沥青），快裂的洒布型阳离子乳化沥青

PC-3，8cm中粒式沥青混凝土SUP-19（SBS改性沥青），0.6cm 稀浆封层（SBR改性沥青），慢裂的洒布型阴离子乳化沥青PA-2，34cm水泥稳定级配碎石，15cm级配碎石。

2 SMA-13（SBS改性沥青）混合料的特性

2.1 SMA-13（SBS改性沥青）混合料路面是一种新型的路面结构，具有如下特性：

（1）造价高，对路基与路面的施工质量要求较高；

（2）改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能：

（3）改性沥青及SMA混合料具有粗集料多，矿粉多，改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特点，特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很高；

（4）只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥，这是SMA的一个重要特征；

（5）改性沥青及SMA混合料致冷后非常坚硬，强度高。 2.2沥青路面的功能特性及评价方法

（1）高温稳定性。沥青混合料是典型的黏弹体结构，在高温下弹性降低，塑性增强，在交通荷载作用下，会产生车辙、拥包、推挤等永久变形，影响路面的平整度，降低行车的舒适性和安全性。评价沥青高温稳定性试验以轮辙试验最为直观，且与实际受力状态一致。试验结果证明：AC，SMA，SAC混合料的抗车辙性能依次提高；采用改性沥青可使高温稳定性进一步提高；中粒式混合料的高温稳定性优于细粒式。

（2）低温性能。引起沥青路面低温开裂主要有两个原因：一是低温缩裂，随着温度降低，收缩应力超过混合料的允许拉应力便出现开裂；二是由于路面在反复降温和升温过程中，因疲劳作用而导致强度降低，混合料出现裂缝。通常采用低温劈裂试验和小梁弯拉试验来评价混合料的低温性能。试验结果证明：AC，SAC，SMA混合料的低温柔韧性依次提高；SBS改性沥青有利于进一步改善沥青混合料的低温性能。

（3）水稳定性。沥青混合料的水稳定性取决于沥青与矿料的黏附性，与矿料的组成成分密切相关。通常采用浸水马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验来评价

混合料的水稳定性能。试验结果证明：石灰岩石料与沥青的黏附性良好，其混合料水稳定性能较好；玄武岩、砂岩等中、酸性石料与沥青的黏附性较差，其混合料水稳定性能较差，须采取抗剥落措施。

（4）抗滑性。沥青路面的抗滑性能主要取决于两个因素：集料类型的选择和表面构造设计。通常采用摆式摩擦系数试验和铺砂构造试验评价路面的抗滑性。高等级公路上面层混合料要求使用优质耐磨光石料，具有较高磨光值的石料将抵抗交通作用的磨光，并保证路面结构在较长时间内保持抗滑性。试验结果证明：AC，SAC，SMA混合料路面的构造深度依次增大。

3 SMA-13（SBS改性沥青）材料的选用

(1)沥青。采用韩国，AH-90沥青。技术指标为：针入度（25 ℃,5s,100g）80～100，延度（10 ℃）≥20cm ，延度（15 ℃）≥100cm ，软化点TR&B≥44 ℃，石蜡含量（PI）≤2.2%，相对密度(15%)1.034/cm3。SBS改性沥青技术指标：针入度（25 ℃,5s,100g,0.1mm）74.2，延度（5 ℃）≥45.5cm ，软化点TR&B≥83.6 ℃。

(2)粗集料。采用景洪至勐海公路10km大青树花岗岩料场机轧碎石和勐远石场花岗岩料场机轧碎石。其基本特点为石质坚硬、耐磨、洁净，不含风化岩粒，形状接近立方体的优质石料（不能采用非坚硬石料，如石灰岩），粒径大于4.75mm。针片状颗粒含量不大于15%。针对采用硅质石英砂岩的，由于石质坚硬，纹理紊乱，破碎集料的几何形状较差，针片状颗粒含量波动较大，石料表面粉尘较多，与沥青的黏附性较差。通过对比试验确定采用二次破碎工艺，第一次鄂破解小，过3cm×6cm的方孔筛，筛除3cm以下的边角料及杂质。第二次采用锥式破碎，通过适当增大回破比例，适时更换锤头，达到改善几何形状，有效控制针片状含量的目的。集料表面粉尘通过拌和楼引尘装置回收后废弃。为改善集料与沥青的黏附性，采取在沥青中外加0.3%的BA-3型抗剥落剂，经试验其黏附性可达5级。技术指标为：压碎值11.7%，磨耗值18.1%，磨光值45BPN，表观密度2.732g/ cm3，针片状颗粒含量12.8%，小于0.075mm粉尘含量3.2%。采用酸性石料做粗集料，沥青与石料的粘附性和沥青混合料的水稳定性不符合要求时，应采用掺加适量消石灰或水泥等措施。

(3)细集料。采用花岗岩碎石加工过程中的石屑及机制砂，细集料应耐嵌挤，颗粒饱满，且粉尘含量低，该砂特点为颗粒级配较好，洁净干燥，小于0.075mm的含量为0.43%，与沥青的黏附性较差。采取了控制其细度摸数为2.0～2.3的措施，

在满足混合料级配的前提下，达到有效减少其用量的目的。

(4)填料:采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，要求矿粉始终保持干燥不起团，能自由地从矿粉仓中流出，不得使用回收矿粉，为减少粉尘的排出量，在轧制石屑及碎石时，应尽量采用洁净的块石料加工。当使用消石灰粉和水泥改善沥青结合料与集料的粘附性时，其用量不宜超过矿料总质量的2%。

(5)纤维稳定剂:采用进口“多兰”(Dolanit As)纤维，具有强度高，拌和过程不熔解，在溶剂中不膨胀，吸附性强，施工分散性好，掺量按沥青混合料的质量百分率计，木质素纤维用量不低于混合料总量的0.3%，矿物纤维用量不低于混合料总量的0.4%。经试验确定其用量为混合料重量的0.25%。

(6)抗剥落剂:为保证沥青与集料间的粘结力，提高抗水损害能力，要求掺加抗剥落剂，抗剥落剂应采用：性能优良、稳定、持久、且施工易于操作，加入后沥青与集料的粘附性不低于5级。沥青中加入抗剥落剂后，应进行一定老化（薄膜烘箱中加热96小时，有条件时可再在压力老化仪PAV中进行）然后进行粘附性试验，经过初期老化后的混合料须进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验。

(7)阻燃剂:隧道内沥青表面层SMA-13在拌和前，应先在改性沥青中掺入5～8%改性沥青重量的阻燃剂，使其空气中不易燃烧，氧气指数应大于25。

(8)混合料:沥青混合料配合比设计：应严格按照目标配合比、生产配合比、生产配合比验证三个阶段确定混合料的配合比。

4 混合料配合比设计

小磨公路上面层沥青混合料路面SMA-13由江苏省交通科学研究所进行的目标配合比设计。在保持原初步设计上面层厚度4cm不变的前提下，依据国内外有关SMA结构设计参数及厚度与粒径匹配原则，选择集料粒径为13结构，利用马歇尔试验对SMA-13混合料组成分别进行设计，结果如下：

4.1目标配合比设计

SMA混合料的目标配合比设计具体步骤: (1)SMA材料选择。

(2)确定初级级配，在SMA矿料级配建议范围内，以4.75mm通过率为标志，选

用三个不同等级，测定三种配比矿料的体积相对密度。

(3)实测4.75mm 以上粗集料的相对密度计算骨架间隙率VCADRC。

(4)选择一个初试沥青用量,一般油石比5.8%-6.2%，成型三组马歇尔试件，采用表干法测定试件的毛体积相对密度，实测最大相对密度或计算理论密度，计算试件的空隙率VV，矿料间隙率VMA及粗集料骨架间隙率VCAmix，根据VMA大于17%及VCAmix小于VCADRC的要求确定设计级配。

(5)取三个不同的沥青用量，间隔0.3%-0.4%，进行马歇尔试验，根据空隙率VV，确定设计最佳沥青OAC。

4.2 SMA混合料的生产配合比设计

(1)确定各热料仓矿料和矿粉的用量。必须从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配符合目标配合比设计级配和表一的规定，并特别注意使0.075mm、4.75mm和9.5mm的筛孔通过量控制接近目标配合比设计级配，以确定各热料仓和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡。

(2)确定最佳油石比。取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.3%三个油石比，取以上计算的矿质混合料，用试验室的小型拌和机拌制沥青混合料，制备马歇尔试件，计算试件的VMA、VCAmix、VV和VFA，按目标配合比设计方法，选定适宜的最佳油石比。

(3)生产配合比设计验证。用以上生产配合比，进行沥青析漏试验和残留马歇尔稳定度检验。

4.3配合比设计结果

在试验路段铺筑前，我部按《公路沥青路面施工技术规范》及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求，根据细粒式碎石集料掺配比例：1＃：2＃：4＃：消石灰：矿粉=46%：32%：14%：1.6%：6.4%进行了混合料目标配合比设计，最佳沥青用量（OAC）为5.84%，以目标配合比为依据，并按此进行生产配合比调试。经过调试，调整好料斗的电机转速，并对热料进行重新掺配以及相关的各项指标测试，其结果均满足要求，确定施工配合比4#热料仓(1＃料) ：3#热料仓(2＃料)：2#热料仓(3＃料)：1#热料仓(4＃料)：消石灰：矿粉=39.5%：35.5%：3%：12.5%：：1.9%：7.6%,沥青用量5.84%。松铺系数： 1.25，层厚：4cm；压实遍数：6~7遍。

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