淺談改性瀝青混合料SMA的應用

SMA全稱瀝青瑪蹄脂碎石混合料，StoneMasic（Matrix）Asphalt的縮寫，是20世紀60年代中期，德國道路工作者為提高路面的抗滑能力，抵抗帶釘輪胎對路面破壞而開發的新技術，它能顯著地提高瀝青混凝土的路用性能，特別適用于重交通道路，本文是根據本地區一些工程項目實際應用進行的理解和分析。

1. SMA性能介紹

1.1SMA組成。

瀝青瑪蹄脂（Mastic）是由瀝青、礦粉、纖維及少量細集料組成的混合物。SMA路面是按照內摩擦角最大的原則配置間斷級配的粗集料，使其形成相互嵌擠鎖結的骨架，然后用足量的瀝青瑪蹄脂（細集料、礦粉、瀝青和纖維穩定劑組成）填充其骨架空隙的一種路面結構。

（1）5mm以上的粗集料，用量高達70%~80%。

（2）礦粉填料用量達8%~13%，粉膠比（礦粉同瀝青比）遠遠超出通常1.2的限制。

（3）瀝青結合料用量多，高達6.5%~7.0%。

（4）細集料：一般0.075mm篩孔的通過率高達10%。

（5）纖維穩定劑占混合料總重的0.3%~0.4%，用來吸附過量的瀝青。

1.2強度組成機理。

1.2.1高溫穩定性。

SMA的高溫穩定性主要取決于內摩擦角φ值，φ值主要取決于礦質骨料的尺寸均勻度、顆粒形狀及表面粗糙度。SMA作為一種間斷級配混合料，4.75mm~9.5mm之間的粗集料總量的40%左右，遠高于普通密級配混合料，且礦質顆粒粗大、均勻，同時SMA對集料的扁平或細長顆粒有嚴格的限制，某些情況下對磨光值也有嚴格的要求。這樣，SMA混合料骨料有棱角且表面粗糙，故內摩擦角φ值大。即使在高溫條件下，由于粗集料顆粒之間相互良好的嵌擠作用，混合料仍有較好的抗變能力。

1.2.2低溫抗裂性。

在低溫條件下，混合料收縮變形使集料受拉時，集料之間填充的瀝青瑪蹄脂（Mastic）可以發揮其良好的粘結作用。此時SMA的抗拉能力主要取決于瀝青膠結料的粘聚力c值。由高含量的礦粉、纖維和瀝青組成的Mastic具有遠高于普通密級配混合料的粘結作用，從而使混合料具有良好的低溫抗裂性能。

1.3SMA的優缺點。

1.3.1優點。

（1）在材料組成上，SMA遵循“三多一少”的原則（即粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少），充分發揮粗集料的骨架嵌擠作用，使混合料產生非常好的抗變形能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，但其抗車轍變形的能力仍不減弱。

（2）由于有相當數量的瀝青瑪蹄脂包裹在粗集料的表面，當氣溫下降，混合料因收縮變形使集料被拉開時，瀝青瑪蹄脂仍具有很好的粘結作用，它的韌性和柔性使混合料具有很好的耐久性和低溫抗裂能力。

（3）由于SMA混合料內部的空隙率小，瀝青的耐老化性和混合料的水穩定性都將大大提高，同時由于間斷級配在路表面形成達到孔隙，具有較大的構造深度（TD可達1.5~2.0mm），使路面具有很好的抗滑能力，并對降噪音（減少3~5dB），防行車水霧等都有益，從而全面提高了瀝青混凝土的路用性能。

（4）SMA可用于鋪筑更薄的面層，從而可以降低工程造價。

（5）無論何種氣候，無論重交通條件與否，SMA結構面層均穩定耐久。即使是重交通地區，該結構預估計使用壽命為10~15年，仍比傳統的瀝青混合料結構路面延長壽命20%左右。

1.3.2缺點。

（1）約增加20%投資。

（2）瀝青和礦粉用量較多，加工和鋪筑溫度高，生產率低。

（3）實際使用性能對結合料用量和粉料用量都較敏感。新路面和路面潮濕時，有過滑危險。

2. SMA混合料設計

2.1設計原則。

正確的SMA混合料的配合比設計是充分發揮SMA優點、修筑高質量的SMA實體工程的前提，設計的主要內容是確定礦料級配和瀝青用量。

2.2材料選擇。

SMA混合料的配合比設計首要步驟是材料選擇。正確把握標準、選擇適用的材料是修好SMA路面的關鍵，除了應嚴格執行現行規范要求外，SMA混合料對材料還有一些特別的要求。

2.2.1粗集料。

（1）粗集料除滿足現行規范要求外，尚需考慮其表面粗糙度。

（2）粗集料應采用破碎石料，形狀理想、堅硬、針片狀顆粒少、抗滑不吸水。

（3）粗集料宜全部軋制，軋制石料時，建議使用錘式軋石機。

（4）集料多采用花崗巖、玄武巖、輝長巖、輝綠巖、片麻巖和石英巖等。

2.2.2細集料。

（1）細集料宜采用優質的機制砂。若全部采用機制砂確實有困難。可以摻用優質天然砂，天然砂與機制砂的用量最大比例為1：1。

（2）細集料應潔凈、干燥、無風化、不含雜質，有適當的級配范圍，并與瀝青有良好的粘結能力。

2.2.3礦粉填料。

（1）填料不應含有機物質。

（2）填料用量往往高達8%~13%，應由純正的磨細石灰巖石粉或其他合適材料組成，不宜使用回收粉塵，石粉的塑性指數不大于4。

（3）石粉使用時應足夠干燥，不得成團，能自由流動。小于0.075mm粒徑的含量不能太少，但是小于0.05mm部分的含量亦不宜太多。

2.2.4瀝青。

（1）當確定采用改性瀝青鋪筑路面時，首先應根據工程所在地的氣候、交通及其他特殊使用要求，選擇適宜的基質瀝青、改性劑類型，根據已有經驗初步確定改性劑劑量，并制備改性瀝青進行試驗，再根據試驗結果確定改性瀝青的相應等級。

（2）瀝青選用針入度小、軟化點高、溫度穩定性好的瀝青（最好采用改性瀝青）。

（3）國內的經驗表明，施工瀝青用量應略小于試驗設計的最佳瀝青用量為好，瀝青含量大約比密級配瀝青混凝土的瀝青含量高1%左右。

（4）瀝青含量還隨穩定添加劑的類型而異，假設聚合物纖維穩定的SMA混合料，設計瀝青含量為6.0%，那么礦質纖維穩定的同樣混合料的瀝青含量可能是6.2%~6.4%，采用木質纖維穩定時，瀝青含量可能是6.5%~6.7%。

2.2.5穩定劑。

（1）穩定劑可采用木質素纖維、礦質纖維或聚合物纖維。

（2）粒狀纖維穩定劑有便于倉儲、運輸、不易受潮等特點，若采用人工添加方式，粒狀纖維要好一點。

（3）SMA混合料因瀝青含量高和礦粉用量大，在貯存、運輸和攤鋪過程中，瀝青和礦粉會產生滴漏和離析，在車輛荷載作用下，易出現泛油現象。為了吸收穩定瀝青，防止滴漏和泛油，采用木質纖維作為穩定劑性能更優。

2.3設計方法。

SMA瀝青混合料的配合比設計，國際上尚無公認的成熟的方法。混合料設計隨國家、承包商不同而不同。

2.3.1國內規范法。

目前國內對SMA混合料的配合比設計主要采用馬歇爾試驗方法。要求馬歇爾穩定度不宜低于6.2KN，流值宜為2mm~5mm，礦料間隙率不應小于17%，空隙率控制在2%~4%，油石比不宜小于6.2%，特別提出必須做車轍試驗，動穩定度不應低于1500次/mm，同時試驗溫度相應提高10℃～20℃。

然而，越來越多的研究證實，馬歇爾試驗得到的性能指標——馬歇爾穩定度和流值不僅不能反映SMA混合料的使用性能。用馬歇爾試驗方法得到的SMA混合料的油石比是不是最佳值，無法用馬歇爾試驗性能指標來衡定，在取值上很難界定，有可能滿足馬歇爾試驗指標要求的油石比會顯得偏少或偏多。另外，從施工實際情況來說，礦料的級配和瀝青混合料的油石比應該是一個合理的范圍，在這個范圍內無論級配和油石比如何變化，都不應引起瀝青混合料的性能急劇變化，甚至波動到技術要求的最低值以下。因此用這種方法來進行SMA混合料的配合比設計是否合理值得探討。

2.3.2正交試驗方法。

正交試驗方法以動穩定度為控制指標，進行SMA混合料的配合比設計，可以得到滿足施工要求的SMA混合料的最佳配合比，而無需用“肯特保法和謝論保法”分別進行飛散試驗和瀝青析漏試驗。與目前國內外普遍采用的馬歇爾試驗方法相比，具有方法簡單、試驗次數少、試驗結果可靠等優點。

3. SMA混合料施工

SMA混合料施工所用的生產裝置、運輸車輛、攤鋪機與壓實機具，，均與傳統密級配瀝青混凝土相同。但SMA混合料的施工特性與施工工藝具有自身的特點，與傳統AC混合料不同，在運輸和攤鋪過程中，不會出現粗細集料的離析，卻容易發生瀝青結合料的析漏現象。在工藝流程中增加了改性瀝青摻和機以及使用改性瀝青生產SMA時需加入穩定劑纖維。SMA生產流程為：備料——改性瀝青生產——瀝青混合料生產——混合料運輸——攤鋪——碾壓——保養。

3.1備料。

SMA對材料要求非常嚴格，各種材料進場前后都必須有中心試驗室的檢驗報告。場內需設有防塵、防雨設施。

3.2改性瀝青生產。

選配適當的瀝青改性設備。制備改性瀝青時，應采用適宜的生產條件和方法進行，通過試驗確定合理的改性劑劑量和適宜的加工溫度，制訂詳細的生產工藝和操作流程。使改性劑在基質瀝青中分散均勻并達到一定的細度。

3.3瀝青混合料生產。

SMA混合料的攪拌循環時間要比普通瀝青混合料長，選擇專用纖維添加設備，必須合理安排，不能出現停機現象，影響施工進度。SMA混合料半和質量的好壞受生產級配、溫度控制、攪拌時間、操作人員素質等方面的影響較大。一般SMA混合料干拌時間8S，濕拌時間48S。

3.4混合料運輸。

為防止運輸過程中溫度下降太快，采取了嚴格的保溫措施，瀝青混合料出廠溫度采用上限，瀝青混凝土裝車后蓋一層麻布和一層帆布，實行雙層保溫，保證瀝青混凝土攤鋪時溫度保持在170℃以上。混合料的運輸雖然是一個中間環節，但組織不好將直接影響路面質量，因此要保證攤鋪機不能因缺料停機，同時減少運輸車和攤鋪機的接觸次數。

3.5攤鋪。

SMA的攤鋪是保證路面質量的關鍵。SMA混合料鋪筑方式為熱拌熱鋪。

3.6碾壓。

碾壓是最重要的一環，保證及時碾壓非常關鍵。碾壓時嚴格按照“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則進行，避免因溫度下降造成壓實困難。碾壓程序為先穩壓1遍，再靜壓2~3遍。與普通瀝青混合了碾壓時的最大區別是不能使用輪胎壓路機，一是因為改性瀝青粘度非常大，容易占輪；二是輪胎搓揉造成瑪蹄脂上浮。在保證粗集料不被壓碎的情況下，選用較重的壓路機在較高的溫度下緊跟在攤鋪機后碾壓，壓實效果最佳。由于SMA混合料降溫特別快，120℃以下基本處于凝固狀態，很難攤鋪平整，初壓溫度控制在150℃左右，終了溫度不低于130℃，碾壓速度控制在5Km/h，靜壓完成后很長時間后路面彈性仍較大，需要保護24h以上。為了保證碾壓效果，有幾點應特別注意。

（1）防止過度碾壓。混合了達到一定的壓實度，繼續碾壓會使瑪蹄脂擠壓到表面，降低構造深度，因此當發現構造深度減小，瑪蹄脂有上浮跡象時，碾壓即應停止。

（2）防止粘輪。每天施工前對壓路機的灑水裝置進行嚴格檢查，選用純凈的清水，避免管道堵塞，否則，因改性瀝青的年度非常大，會大面積粘起混合了，嚴重影響平整度。

（3）防止漏油。施工前對所選用的壓路機進行嚴格檢查，禁止使用漏油機或柴油的壓路機。

（4）碾壓達到規定的遍數以后，緊跟著進行平整度檢測，發現局部平整度較差的點，立即進行適當的碾壓處理。

（5）橫向施工縫采用平接縫，每天開工前用6m直尺測其端部平整度，用鋸縫機切除端部平整度或厚度達不到要求的地方。接頭處鋪筑新混合料之前用乳化瀝青涂刷，并用熨平板隊接頭處預熱。攤鋪時根據松鋪厚度適當墊起熨平板后的滑靴，直接利用浮動基準梁傳感控制，這樣做隊接頭處的平整度有明顯改善。進行碾壓之前接頭處應稍灑一些細混合料，以彌補大的孔隙。碾壓時用6m直尺反復測量接頭處的平整度，反復進行碾壓，直到平整度滿足要求。施工縫處理時間不超過20min，而且先橫向趕壓，再斜向趕壓，然后順路碾壓。

另外，在開工前至少一周鋪設長度不小于150m的試驗段，從而有足夠時間對不合理的混合料成分、施工工藝及設備進行必要調整。

4. 注意事項

4.1泛油。

SMA路面泛油與集料品質、纖維穩定劑投入方式有很大關系。

4.1.1集料。

SMA對材料要求很苛刻，特別是對粗集料的外觀形狀要求應是或接近立方體。相對而言，花崗巖外觀幾乎均呈立方體，表面粗糙潔凈，嵌擠能力強，同瀝青能很好地結合；玄武巖則因受軋制機械的制約，外觀呈立方體的較少，細小扁平含量較多，集料間的嵌擠能力差，在行車荷載作用下礦料間隙率VMA降低空隙率VV變小，導致混合料的穩定性不足。當礦料表面不是很潔凈時，同瀝青的粘結力較差，一旦受到水損害，瀝青膜很容易脫落，當受到外力作用時瀝青就會向上遷移乃至泛油。

4.1.2纖維穩定劑投放方式。

纖維穩定劑采用人工投料時漏放，也是泛油的重要原因。解決方法是使用專門機械向拌缸投放纖維包，避免漏放現象的發生。

4.2析漏。

4.2.1檢測方法。

析漏試驗能簡單、快速地衡量不同混合料的析漏能力，可用于混合料設計，控制混合料最大瀝青含量，從而評價混合料的析漏潛力核材料變化對析漏的影響。

4.2.2預防措施。

（1）首先是降低混合料溫度，一次至少降低5℃。如降低溫度后析漏繼續存在，則需要適當降低結合料含量，降低值一般不超過0.2％～0.4％。

（2）如因纖維穩定劑加入不正常而發生析漏，則應設法加入足量纖維。

4.3其他注意事項。

為了防止成品料熱量散失并避免滴漏現象發生，應不使用成品儲料倉，而是直接將成品料放入卡車，加蓋篷布后立即運至攤鋪現場。

5. 結論

SMA是從國外引入的一種新型路面瀝青混合料結構，雖然SMA路面在高溫抗車轍、低溫抗裂、疲勞抗裂、抗老化、抗水損害、抗滑及耐久性等方面都比傳統的AC路面優越，在材料品質和質量控制方面也比AC路面要求高一些，但SMA結構的使用應結合各個國家各自的特點。我國的氣候條件比較惡劣，各個地區之間的差別也比較大，加之施工結協、材料、經濟條件的限制，完全照搬國外的經驗，顯然是行不通的，這一點在國內有些地區的試驗路上已經表現出來，因此我們必須用科學的態度，從本地區的實際情況出發，探索一條SMA路面應用的新路子。

參考文獻

［1］沈金安.改性瀝青與SMA路面.北京：人民交通出版社，1999.7.

［2］公路改性瀝青路面施工技術規范.JTJ036-98，1998.12 .

［文章編號］1619-2737（2012）03-22-552

［作者簡介］胡勤蘭（1976.3-），女，漢，籍貫：江蘇泰州人，職稱：工程師，江蘇中瑞路橋建設有限公司職員，從事公路工程施工管理工作。