SMA沥青混合料的配合比设计

王佳佳

摘要SMA混合料的设计过程中，往往会出现所测指标不能满足要求的情况，这就需要对原设计进行必要的调整，重新进行试验和设计。

关键词SMA混合料沥青

一、概述

沥青玛碲脂碎石（StoneMasticAsphalt简称SMA）路面，具有优良的高温稳定性、抗车辙能力强、路表粗糙抗滑，行车安全、良好的低温抗裂性、使用的耐久性、抗水害、以及一定的降噪声的效果。国外已普遍使用，国内也得到了推广应用，2007年承德市铺筑了第一条由SMA做上面层的路面工程。要保证SMA路面的工程质量，才能体现SMA路面的优越性，保证质量的技术关键在于SMA沥青混合料的配合比设计。

二、原材料质量

原材料是影响沥青路面质量的主要因素，要想使沥青路面达到设计使用寿命，除了控制施工质量外，还必须充分重视原材料的质量。

１、粗集料

因SMA混合料是依靠集料紧密嵌挤而形成骨架结构，故集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚硬、集料的颗粒形状和棱角性。粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。

SMA中粗集料起嵌挤作用，要求用坚硬、硬质石料，其质量要满足《公路改性沥青路面施工技术规范》的技术要求，详见表1。

SMA混合料的性质对集料4.75mm通过率十分敏感，要求针片状颗粒含量不超过15%。

根据SMA材料的特性，集料选择采用隆化生产的玄武岩。

２、细集料

SMA混合料中细集料同样要求石质坚硬、富有棱角、洁净、干燥并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性低。细集料采用机制砂，也称人工砂。其质量技术要求见表2。

３、矿粉

矿粉在SMA混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂，从而影响SMA的性能。矿粉为混合料产生“加劲”效应，在拌和过程中禁止使用熟料。按照我国目前沥青路面施工技术规范生产的石灰石矿粉可用于SMA混合料，京承高速使用的是石灰石磨细矿粉。其具体技术要求见表3。

４、沥青材料

SMA所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性，京承高速采用重交通道路石油A级70号沥青，其指标符合规范要求。虽然改性沥青种类很多，但现在国内外的发展趋势是SBS改性沥青应用日趋广泛，这是因为SBS改性沥青性能确实比其它改性沥青优越，而且它的适应性强，无论在南方还是在北方都能有效地改善热稳定性和低温性抗裂性。

５、纤维

木质素纤维采用中交路建土木工程（北京）有限公司生产的木质素纤维，无团粒结块，质量符合《公路沥青路面施工技术规范》的技术要求，其特性见表4，木质素纤维为混合料质量的0.35％。

三、玛蹄脂的组成与技术要求

SMA的结构可分成两个部分：其一，是由粗集料构成的空间骨架结构；其二，沥青、矿粉及纤维等材料所组成的玛蹄脂，玛蹄脂填充在SMA混合料骨架空隙中，形成密实骨架结构。这是SMA混合料与传统沥青混合料在结构组成上的主要区别。

对于玛蹄脂的组成，有人将细集料（0.075-2.36mm）、矿粉、沥青和纤维组成的混合料作为玛蹄脂，而将无细集料的玛蹄脂称为细玛蹄脂。美国ＥrayＢeown等人对细玛蹄脂和粗玛蹄脂的性能，采用动态剪切流变仪及直接拉伸试验等方法作了试验，结果表明二者的性能相关性非常好。很明显，细玛蹄脂的性能可代表粗玛蹄脂性能。

玛蹄脂的配合比

1）、矿粉用量：SMA矿粉的用量控制在8%-10%范围内。高沥青用量是SMA混合料组成设计的特点。

2）、纤维用量

SMA中纤维掺量以纤维占混合料重量之比表示。目前实际应用中，木质素纤维的掺量不低于0.3%，矿物纤维掺量不宜低于0.4%。纤维掺量过少会使混合料中沥青增多，易发生滴漏，形成油斑。同时还会造成玛蹄脂有效数量不足，空隙率增大，降低路面的耐久性能。纤维掺量过多时，会使分散困难，影响生产率，而且如有结团，还会使混合料粘聚力下降，影响路用性能。此外，纤维较多时，混合料中自由沥青过少，使玛蹄脂过于粘稠。低温性增大，降低混合料抵抗低温开裂能力。

四、SMA混合料级配

１、SMA混合料的最大粒径

沥青混合料的最大粒径是指这种集料的最大公称粒径，如SMA-16的最大公称粒径为16mm，实际上整个混合料中还有比16mm大一级的集料，即19mm。一般来说，最大公称粒径以上大一级的粒料还可能有90％-100％，所以在集料级配中公称尺寸的通过率一般为50％-100％。

SMA混合料的最大公称粒径与路面的层次和厚度有关，也与铺设的地区有关。一般来说，如果沥青混合料的最大粒径大一些，热稳定性就比较好。

２、矿料级配

SMA混合料的矿料级配，与普通沥青混合料有根本的区别。为了说明这种差别现以公称尺寸为16mm的密级配沥青混凝土混合料级配作一比较。详见表5。

五、SMA混合料技术指标与要求

在设计中规范普遍采用马歇尔试验方法，即锤击成型试件，测试马歇尔稳定度等指标。

１、试件成型的锤击次数

试件成型号的密度不仅与锤击次数有关，而且与成型时的温度有关在温度偏高时，由于玛蹄脂的润滑作用，锤击50次和75次都可使SMA达到石石接触的效果，密度达到最大值，但在重载交通的路段，温度偏低时，锤击50次就有可能密度明显偏低，达不到石石接触的状态。在实际施工时，由于混合料拌和温度的高低、运输距离的远近、施工现场的摊铺速度等因素，使混合料温度偏高或偏低都是有可能的。在温度偏低的情况下，按50次锤击的密度控制，路面的密度就可能偏小，在重车压实下就会出现再次压密，进而有出现轮碾的可能。鉴于此，其混合料试件成型的锤击宜采用75次。

２、SMA马歇尔技术指标与要求

1）稳定度

马歇尔稳定度不随沥青用量的变化而有明显的峰值，也就是说马歇尔稳定度对沥青用量的变化不敏感，故稳定度一般不能作为判断SMA沥青用量的指标。

2）流值

SMA混合料马歇尔试验时，图上的变形曲线往往呈现较大的变形而不下降，有时甚至没有明显的峰值，当采用改性沥青时尤其如此。这实际反映了SMA混合料具有很好的韧性，说明即使在很大变形时仍有相当高的支撑能力，流值控制在2-4mm范围内。

3）空隙率

空隙率是沥青混合料的重要指标，它对路面的高温稳定性有显著影响，也关系到沥青混合料的用量。

空隙率的大小影响混合料的耐久性，空隙率大，混合料中沥青老化快，耐久性差，但空隙率过小，又影响混合料的稳定性。SMA混合料的空隙率定在3%-4%。

3、SMA混合料的其他控制指标

包括析漏、肯塔堡飞散损失、动稳定度、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率、沥青饱和度、冻融劈裂强度比。

六、结束语

SMA混合料的设计过程中，往往会出现所测指标不能满足要求的情况，这就需要对原设计进行必要的调整，重新进行试验和设计。

参考文献

【1】《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004

【2】《路面施工要求指导书》京承高速建设管理处

【3】《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000

【4】《公路工程集料试验规程》JTGE42-2005

【5】《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》

【6】郭兰英SMA生产配合比设计及应用.全国中文核心期刊