改性瀝青SMA混合料技術探討

王文利

(黑龍江省交通科學研究所)

1 前言

我國規范對SMA的定義為由瀝青結合料與少量的纖維穩定劑、細集料以及較多量的填料(礦粉)組成的瀝青瑪蹄脂，填充于間斷級配的粗集料骨架的間隙，組成一體形成的瀝青混合料，中文名稱為瀝青瑪蹄脂碎石混合料，英文名稱為 Stone Mastic Asphalt(英)或 Stone Matrix Asphalt(美)，簡稱SMA。

世界上第一條SMA路面始建于20世紀60年代中期的德國，80年代起開始在北歐的瑞典、芬蘭等國得到廣泛應用，并很快推廣到全歐洲，美國于1991開始學習歐洲的SMA技術并付諸實踐，我國于1992年首次在建設首都機場高速公路中應用改性瀝青SMA技術;值得說明的是，美國在引進德國SMA技術經過研究和應用后，對德國的做法有了許多改進和新發展，包括材料要求、設計、施工方面等，由于美國和我國一樣，歷來是搞密級配瀝青混凝土的，而德國研究SMA技術是從澆筑式瀝青混凝土開始的，兩者在機械設備、材料要求等方面都有很大差別，美國在SMA技術方面的一些改進在我國比較容易接受，而德國的做法在我國不好接受，因此，我國在進行SMA技術應用的過程中，主要還是參照美國的SMA技術。

由于SMA路面造價較高，目前我國主要還是將其應用于上面層，主要的混合料類型有 SMA16、SMA13、SMA9.5，鑒于層厚和集料公稱粒徑相匹配的原則(要求至少大于3倍)，目前高速公路上面層中以改性瀝青SMA13應用較為廣泛，厚度一般為4 cm。

2 原材料選擇

2.1 瀝青膠結料

SMA混合料對膠結料的要求比普通的瀝青混凝土要高，它要求膠結料必須具有較高的粘度，其質量必須滿足瀝青瑪蹄脂的需要，同時與集料有良好的粘附性，以保證有足夠的高溫穩定性和低溫韌性。但是否一定需要采用改性瀝青，國際上也并無一致肯定的結論，這是因為各個國家、地區的氣候條件和交通條件不一樣，而且與經濟實力也有很大關系。

作為表面層的SMA13不僅需經受行車荷載的直接作用，同時還直接暴露于頻繁變化的各種不利氣候條件下，對瀝青混合料的各項性能要求更高。研究表明，改性瀝青的綜合性能要遠遠優于道路石油瀝青，因此，建議在進行瀝青材料選擇時可結合項目所在地的氣候、交通等因素并結合PG等級計算結果選擇合適的瀝青膠結料，宜采用改性瀝青，伊綏高速公路上面層SMA13采用SBS改性瀝青，PG等級為PG76-22。

2.2 粗集料

從SMA的成型機理來看，SMA混合料之所以具有較高的高溫穩定性，是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用，而這種嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料石質的堅韌性(Toughness)、集料的顆粒形狀和棱角性。可以說粗集料的這些性質是SMA成敗與否的關鍵。

因此，用于SMA路面的粗集料必須使用堅韌的、粗糙的、抗壓碎能力強、棱角性好的優質集料，集料必須由聯合反擊式破碎機械加工而成。

但SMA路面是否必須采用玄武巖，是否非玄武巖不可，材料選擇時應貫徹就地取材、服務地方的原則，在集料各項指標均滿足規范要求的前提下可論證地選用。伊綏高速公路共有七個標段的上面層鋪筑SMA-13瀝青混合料，有1個標段采用了當地的玄武巖，一個標段采用了輝綠巖，其余標段采用的是安山巖。

2.3 細集料

細集料在SMA混合料中的用量很少，一般不到20%，然而其對SMA混合料的性能影響是較大的，在歐州，SMA混合料所用細集料必須采用機制砂;而在德國ZTV Asphalt-StB 94規范中也明確要求機制砂用量必須多于天然砂。原因在于機制砂是采用堅硬巖石反復破碎制成，具有良好的棱角性和嵌擠性能，對提高混合料的高溫穩定性能和馬歇爾穩定度效果非常明顯。

天然砂質地堅硬，但一般表面光滑，棱角性差，且對瀝青的粘附性不好。使用天然砂，混合料的和易性好、容易壓實，但對混合料的高溫穩定性不利。另外，天然砂表面吸附的瀝青量少，且天然砂的使用減小了混合料的內摩擦角，使混合料的VMA減小、瀝青用量降低，甚至VMA不能滿足設計要求。因而，如果有質量較好的機制細集料，盡可能不用天然砂;但如果機制砂針片狀較多、含泥量大，可以考慮采用優質的天然砂，機制砂與天然砂的比例應大于1∶1。

我國目前機制砂產量較低，且成本較高，太多數工程中主要還是采用石屑，對于石屑的應用國內也有不少爭議，在現階段，可以鼓勵使用機制砂，若要使用石屑，則必須是經反擊式聯合破碎設備加工生產并裝有除塵設備的集料生產線加工而成，其各項技術指標須滿足規范要求，并適當提高砂當量要求。

2.4 礦粉

礦粉在瀝青混合料中的作用至關重要，瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜，才能對其他粗、細集料產生粘附作用，所以瀝青礦粉混合料才是真正意義上瀝青結合料。作為填料用的礦粉必須與瀝青具有較好的粘附性和較大的比表面積，宜選用石灰石或白云石礦粉。

黑龍江伊綏高速公路所用礦粉均為石灰石加工而成。

2.5 纖維

纖維之所以逐步成為SMA的必須成分，與SMA使用較多的礦粉與瀝青結合料有關，纖維的主要作用為吸附及吸收瀝青，纖維充分吸附表面瀝青及吸收內部瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提高混合料的耐久性。目前國內外SMA中主要以添加木質纖維素為主，但也有人提出采用聚脂纖維等，從SMA混合料中纖維的作用機理來看，可不必采用價格高昂的聚脂纖維等材料。

對于木質纖維素究竟是使用松散的好還是使用顆粒的好，目前有不同的說法，建議采用專用的纖維添加設備添加松散的木質纖維。

3 施工注意事項

改性瀝青SMA13路面施工過程中應注意以下幾個方面。

(1)SMA混合料中礦粉、瀝青用量較大，拌和時一般先加礦粉，后噴入瀝青。為充分分散纖維，纖維一般在干拌時就加入，與集料一起干拌后再進行濕拌。

同時，由于拌和時間增加等原因的影響，拌合站生產效率會受到較大影響，其生產效率一般只有AC類型混合料的70%左右。因此，在計算拌和能力時應充分考慮，現場攤鋪速度應與拌合站產量匹配，不應過快或過慢，避免頻繁停機待料。

(2)SMA混合料瀝青含量高，粘度大，一般不使用輪胎式壓路機碾壓，以防止粘輪及輪胎揉搓造成瀝青瑪蹄脂擠到表面而達不到壓實效果;能否采用振動壓路機，主要是看石料抗壓碎的能力以及瀝青結合料和油石比的大小，壓碎過程中應密切注意集料的壓碎、棱角、嵌擠、泛油等現象，對SMA結構來說，不能過碾壓。

(3)SMA13混合料碾壓應遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，面層一旦達到足夠的密度后，碾壓即應停止，過度碾壓可能導致瀝青瑪蹄脂結合料被擠壓到路表面，影響構造深度。建議壓實后，路面現場空隙率為3.5% ～6%。

(4)為避免粘輪對平整度的影響，建議采用非接觸式平衡梁進行厚度控制。

(5)油斑的形成及防治。在SMA13路面碾壓成型過程中，路面可能會出現油斑，當油斑直徑大于5 cm時，應及時在油斑區域灑機制砂。攤鋪后即出現的油斑，應在碾壓之前鏟除、換填。油斑的產生可能是纖維摻加劑拌和不均勻所致，因此需檢查摻加劑加入劑量是否準確，拌和時間是否夠長;當由于碾壓過度產生油斑時，應正確掌握碾壓遍數及振動力的大小;過高的用油量也會產生油斑，因此要及時檢查拌和樓瀝青計量器的準確性;拌和料(特別是纖維摻加劑)及路表含有一定的水份，也會產生油斑，因此摻加劑必須干燥，嚴禁路表帶水施工。

4 結語

結合黑龍江伊綏高速公路SMA13面層施工對SMA混合料的原材料選擇、配合比設計、施工工藝等方面得出如下結論。

(1)選擇優質的原材料是改性瀝青SMA13路面取得成功的前提條件之一，原材料選擇時應結合項目所處地區的交通、氣候等特點，本著經濟實用的原則，沒有必要必須采用玄武巖，輝綠巖、安山巖也可以用于SMA路面。

(2)近年來，我國SMA路面得到了相當規模的推廣應用，絕大部分都取得了良好的效果，目前，SMA路面在我國的應用并不存在技術上的壁壘，雖初期投入較高，但從長期路用性能來看，SMA路面適用于我廣大地區復雜的氣候條件，是一種實用性強，性能優越的瀝青路面。

［1］ 公路瀝青路面施工技術規范(JTG F40-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 公路公程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTJ052-2000)［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］ 伊綏高速公路建設指揮部.伊綏高速公路指揮部瀝青路面施工技術指南［R］.黑龍江:伊綏高速公路指揮部，2010.

［4］ 張肖寧.兩種瀝青混合料的級配與VMA關系分析.交通標準化，2006，(8):48-50.

［5］ 公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南(SHC F40-01-2002)［S］.中國工程建設標準化協會公路工程委員會，2002.