SMA

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默认分类 2009-05-27 20:19:14 阅读108 评论0 字号：大中小 订阅

沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone mastic asphalt，简称SMA)

它是一种由沥青结和料、矿粉、纤维与细集料组成的沥青马蹄脂结合物填充在间级配的粗集料骨架间隙所形成的沥青混合料。它是由足够的沥青结合料和具有相当劲度的沥青玛蹄脂胶浆填充在粗集料形成的石—石嵌挤结构的空隙中形成的。因此，它具有抗高温、低温稳定性，良好的水稳定性，良好的耐久性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好）。SMA路面耐久性好，故养护工作少，使用寿命长，综合经济效益和环境效益好。

SMA路面具有较好的高温抗车辙能力、低温抗裂能力、耐久性和水稳定性，行车防滑性能好、噪音低、雨天溅不起水雾等。为了充分发挥SMA路面的优点，避免常见的问题，结合SMA的工程实践和探索，对SMA进行分析。

1 SMA原材料

沥青采用科氏SBS改性沥青，沥青各项技术指标如表1。抗剥落剂采用西安产PA-I型抗剥落剂，掺加量为沥青质量的o．4％。

纤维采用德国JRS的松散木质素纤维，纤维各项指标如表3，掺加量为沥青混合料总量的o．3％。生产过程中采用风送式松散纤维添加设备自动完成。2 SMA配合比设计

2．1 SMA目标配合比设计

SMA混合料主要包括两部分，粗集料骨架和沥青玛蹄脂。SMA配合比设计的要点也有两个方面：一是保证粗集料骨架相互嵌挤；二是保证沥青玛蹄脂对粗集料骨架间隙适当填充。

为了保证粗集料骨架的形成，以4.75mm为关键筛孔选取A、B、C三种不同的通过率作为初试级配，初试油石比采用6.3％，通过50次马歇尔击实成型试验，选取合适的级配，保证粗集料相互嵌挤。

A、B、C三种级配的混合料都能满足粗集料间隙率VCAmix小于干捣粗集料间隙率VCADRc，同时矿料间隙率VMA大于17％的要求。但是C级配混合料的VCAmix和VMA都接近极限值，在施工过程中容易出现超限的情况；A级配VMA过大，对应的最佳油石比过高，经济上不合算。经过综合判断选取B级配作为配合比设计级配，初试级配试验结果见表4。

为了保证沥青玛蹄脂对粗集料骨架的填充程度适当，按照4％空隙率设计方法，对B级配选取3种油石比进行试验，试验结果见表5，4％空隙率对应的最佳油石比约为6．5％。

2．2 SMA生产配合比设计

混合料拌和机采用SIM3000型拌和机，热料筛分筛网孔径采用3mm、5mm、11mm、18mm，热料筛分结果见表6。

2．3 SMA试铺及配合比的调整

SMA混合料配合比设计方法是近年来在美国发展起来的，在此之前很长一段时间内SMA作为配方型混合料逐步得到推广。即使在当前SMA混合料配合比设计方法逐步完善的情况下，成功的范例、失败的教训使现场试铺结果仍然具有无可替代的作用。配合比良好的SMA路面应该具有以下性质：

(1)经得起碾压，在充分碾压的情况下应该不泛油、不透水。

(2)在使用过程中能够保持合适的空隙率。

通过SMA路面试铺，按照油石比6．5％铺筑的试铺段空隙率过低，马蹄脂上浮。SMA路面的空隙率与室内马歇尔试件空隙率相近，实测马歇尔密度压实度平均值为100．3％。

为了使SMA路面在充分碾压的情况下不泛油、不透水，有必要根据试铺结果对配合比进行调整，使工程实体的空隙率控制在合理的范围内，最后选定施工油石比为6．1％。

油石比调整后，SMA路面铺筑效果良好，不泛油、不远水，实测路面平均空隙率4．7％，室内试验各项指标见表8。

3 对SMA配合kb的几点认识

3．1 集料破碎情况

配合比设计结果和试铺情况的差异，主要影响因素是混合料中粗集料的破碎情况。密级配沥青混凝土的粗集料悬浮于细集料中，在马歇尔击实试验时击实力主要作用于细集料和沥青胶泥，试验中粗集料没有明显破碎。而对于SMA混合料，马歇尔击实力直接作用于粗集料上，粗集料破碎情况较为严重，表9为几种石料的SMA混合料经过50次马歇尔击实试验前后的级配变化情况。

室内试验过程中SMA混合料在马歇尔击实作用下，粗集料不能移位，被强行破碎、压密，不同岩石的集料破碎情况差距较大。路面施工过程中混合料在振动压路机作用下发生谐振，摩阻力减小，混合料就位、压密，主要过程是就位密实，集料破碎较少。SMA混合料抽提结果与对应路段取芯抽提结果的比较，可以看出现场集料破碎情况较轻，见表11，试验过程中为了消除取芯机的影响，芯样外围被掰除。

粗集料在击实过程中的破碎情况影响到油石比的选取。较软的集料通过马歇尔击实试验，粗集料出现较多破碎，密度增大，采用4％空隙率设计方法确定的油石比就会偏低；辉绿岩和玄武岩等很硬的集料在击实试验过程中破碎情况较轻，采用4％空隙率设计方法确定的油石比偏高。

SMA混合料配合比4％空隙率设计方法对于多数石料是适用的，但对于较软或很硬的集料按照4％空隙率设计方法确定的油石比应通过试铺进行调整。

3．2 油石比与级配

SMA混合料的级配是折型级配，SMA一13级配折点大多选取4.75mm，4.75mm通过率和油石比是影响混合料体积指标的关键。当4.75mm通过率小于30％时，粗集料逐步形成嵌挤结构，混合料VMA逐渐增大，对应的最佳油石比大幅度提高。

图1是随着4.75mm通过率的变化，VMA、VCAmix、最佳油石比的变化情况，根据NCAT的试验结果汇总绘制，集料采用硬砂岩。其中油石比是4％空隙率对应的油石比，为了方便对比，将油石比×10绘制在图中。工程实践结果表明4.75mm通过率与油石比对应关系与图l相符。

4.75mm通过率与油石比的准确对应是SMA路面配合比设计的关键。虽然采秀较低的油石比和4.75mm通过率较高的级配也能做到不泛油、不透水，但是油石比较高的SMA路面具有较好的耐久性，4.75mm通过率较低的级配抗车辙能力更强。

由于路面耐久性不容易定量表示，所以设定SMA混合料油石比下限的方法是一种简便易行的措施。另外也可以通过控制合适的空隙率来保证路面的耐久性，充分压实后路面空隙宜在3.5%和6%之间，平均值宜控制在4.5%至5.0%。

2.36mm与4.75mm之间的集料用量应略少些，这档集料用量过高的混合料在压实过程中容易出现推挤现象，也影响路面抗车辙能力。9.5mm通过率对构造深度影响最很大，通过率提高则构造深度变小，通过率降低则构造深度变大，9.5mm通过率控制在60%左右较为合适。

4.后台控制的几个问题 4.1 温度控制

由于ＳＢＳ改性沥青粘度较大工业，采用较高的施工温度是必要的，但是过高的温度会加重沥青施工老化，影响路面耐久性。所以ＳＢＳ改性沥青混合料施工难度加大。

图2是典型的SB5改性沥青粘温曲线。由于SBS材料软化点较高，掺加了SBS材料的改性沥青拌和温度、碾压温度均比普通沥青高，随着温度的下降部S材料开始固化，改性沥青粘度迅速增大，形成曲线型粘温曲线。

参照其他改性沥青SMA工程经验，结合试拌试铺效果，确定混合料出厂温度为180℃，超过１９０度的废弃。适于钢轮压四路机碾硬度的沥青粘度为0.2Pa.s-2.0ps.s，对应温度范围约为110℃。

试铺结果表明，为了保证SMA路面摊铺碾压工序的正常进行，混合料出厂温度不宜低于175℃，适宜的混合料施工温度范围较窄，需要采取一些措施将混合料出厂温度准确控制在180土5℃的范围内。

冷集料含水量不一致是影响混合料温度控制的主要因素，由于烘干控制的滞后性，操作手很难适应集料干湿的反复变化。对集料采取防雨措施是一种好办法，施工中采取了细集料大棚存储、粗集料帆布覆盖的措施，收到了良好的效果，减小了混合料的温度波动，同时节省了燃油。

4．2 级配波动

与密级配沥青混凝土不同，SMA混合料对级配的变化特别敏感，这就对SMA级配波动的控制水平提出了更高的要求。生产SMA混合料应使用间歇式拌和机，不能用连续式拌和机。

SMA混合料4．75mm通过率的波动对混合料性质影响最大，其他孔径的变化对体积指标影响较小。4．75mm通过率波动1％则混合料空隙率产生约0．5％的波动，4．75mm通过率应尽可能控制在设计值土1％的范围内。

SMA混合料级配变化受热料仓筛网设置、热料仓比例、热料筛分波动的影响。热料筛分情况的波动是其中最大的变数，它受产量变化、冷料变化等因素影响，当产量较低时热料筛分较彻底，产量较高时筛分不彻底，稳定的产量有利于提高混合料级配控制水平。

冷集料的变化对生产影响很大，抓好原材料源15％左右，热仓料筛分情况的波动对4．75mm通过率的影响就会减轻。

5 前台施工的几个问题

5．1 SMA摊铺

SMA混合料的保温非常重要。为了减轻混合料施工老化，混合料拌和温度不能过高；为了能够充分压实，碾压温度要尽可能高，所以在混合料储存、运输、摊铺过程中的保温非常重要。

SMA施工中采用有夯锤的ABG摊铺机，夯锤的振捣作用既提高了初始压实度，还能使细集料下沉、粗集料上浮，促进形成SMA路面表面粗糙、中下层密实的特点，夯锤振级选用5级较合适，SMA混合料松铺系数为1．12。

SMA摊铺采用两台摊铺机梯队作业，摊铺速度2-3m／min。为了保证两次摊铺的混合料形成良好的纵向热接缝，两台摊铺机紧跟在一起，以防拼接处因降温难以压实而漏水，两台摊铺机熨平板之间距离不能超过5m。

SMA混合料不推移，施工中只用钢轮压路机碾压，摊铺过程中形成的缺陷很难弥补，这对摊铺过程提出了更高的要求。摊铺机要调整到最佳状态，布料器内料位高度要一致，减少施工缺陷要在摊铺机上改进，而不能进行人工修整。

SMA混合料采用木质素纤维稳定剂对于减小施工变异性有良好的效果，木质素纤维吸附沥青，使沥青均匀分散于混合料中，有效地防止沥青折漏，减小了施工变异性。

图4是实测压实度的横向变化，由于采用了接触式平衡梁，在两边和5．5m处压路机不能紧跟，碾压温度略低、压实效果略差，由此可以看出采用非接触式平衡梁很有必要。 距离中分带6m处为两台摊铺机搭接重叠部分，由于重叠部分经过两次夯实、熨平，初始压实度略高，在钢轮压路机作用下局部受力过大，影响了两侧的碾压效果，如果搭接处不重叠，接缝处又容易透水，两台摊铺机搭接重叠宽度以5一locm较好。

5．2 SMA碾压

充分碾压对于沥青路面具有至关重要的作用，很多路面病害都与压实不足有关，尤其是SMA路面。SMA路面最常见的病害是使用早期透水、使用后期泛油，这是SMA压实不足、配合比不合适造成的典型病害。

在过去的SMA施工中，一直强调避免“过度碾压”以防止沥青玛蹄脂上浮。但是在使用过程中路面还是要经受夏季高温重载行车碾压，没有经过充分压实的SMA路面在行车作用下逐步压密，空隙率逐渐减小、玛蹄脂逐渐上浮、形成压密车辙。

SMA路面碾压工艺遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。由于SMA混合料在碾压时不推挤，压路机应尽可能紧跟摊铺机，以便在高温下达到最佳的压实效果。初压、复压采用Ingersollrand DD-110双钢轮联动振动压路机，终压采用10t酒井双钢轮压路机静压，整个过程的压实遍数为静压半遍、振动3-4遍、终压静压1遍。

由于采用了坚硬的集料，振动碾压过程中集料破碎很少，采用振动压路机低幅振动碾压可以提高压实效率，在较短的时间内达到较好的压实效果，但对于较软的集料只能采用静压。压实过程中采用逐段推进的办法，碾压段落长度20m左右较好，这样既有利于紧跟摊铺机碾压，又使碾压段落起点、终点分散，提高了平整度。