SMA 混合料的原材料質量控制及配合比設計初探

李晉旺

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西晉中 030600)

近年來，隨著我國交通事業的迅猛發展，我國在公路交通建設方面取得了世界矚目的成就。2013年6月20日，發改委基礎產業司司長黃民透露，我國的高速公路里程已達到9.6萬km，其中國家高速公路約7萬km，在全球范圍內位居前列。隨著交通流量的迅速增大、惡劣的地質氣候條件和工程技術等各方面的原因，現代交通發展的方向是密度大、軸載重以及渠化交通。在這一背景下，普通的瀝青路面已難以承受各種繁重的交通壓力。在我國，很多通車不久的高速公路路面均出現了不同程度的早期破壞現象。經分析，路面結構設計不完善是其中很重要的一個原因，這就對瀝青路面的路用性能提出了更高的要求。

1 SMA路面結構的應用現狀及特性

圖1 SMA混合料成分組成

1.1 SMA在國內外的現狀

SMA源于德國。在20紀60年代，德國普遍采用“澆筑式瀝青混凝土”路面。在該類型的路面結構中，瀝青含量為12%左右，礦粉含量高，導致路面出現車轍的現象十分嚴重。同時，汽車為了防滑需要，使用帶釘的輪胎，使得路面磨耗特別嚴重。因此，為了克服日益嚴重的車轍，減少路面的磨耗，德國公路工作者對瀝青混合料的配合比進行了調整，通過增大粗集料的比例，添加纖維穩定劑，形成具有良好的整體強度的路面結構，這是SMA結構路面的雛形。1984年，德國交通部門制定并推廣了SMA路面的設計及施工規范，使得該路面結構得以完善。隨后，該結構在瑞典、芬蘭等歐洲國家得到了廣泛的推廣和應用。20紀90年代，SMA結構路面在美國得到了廣泛的推廣和應用。1992年，我國在建設首都機場高速公路時，率先采用了SMA技術，這是我國首次使用該結構。2002年，在建設長春扶余高速公路時，路面上面層均采用了SMA技術。同年，我國發布了SHC F40-01-2002公路瀝青瑪脂碎石路面技術指南，這對在我國推廣和應用SMA路面結構起到了重要作用。2007年在山西長邯高速公路上采用了SMA路面結構，整體提高了高速公路的路面性能。目前，SMA路面結構在我國許多省市的公路建設中得到大規模推廣和應用。

1.2 SMA路面結構的原理及特性

在SMA混合料中，粗集料用量多，占礦料總量的70%以上;礦粉用量多，為8%～12%;瀝青用量多，為5.5%～6.5%，比密級配瀝青混凝土大1%左右;細集料用量少，為10%左右。1)在SMA結構中，粗集料多，約占礦料總量的70%以上，同時礦料采用的間斷級配，使得在粗集料的顆粒之間能夠形成良好的嵌擠(見圖2)，提高路面的整體強度，使路面具有良好的抗車轍能力。2)在SMA結構中，礦粉和瀝青用量較多，加入的纖維作為穩定劑，使得瀝青瑪脂在粗集料表面的充分包裹，在集料間隙間的有效填充。當溫度下降或者混合料收縮變形時，瑪脂優越的粘結作用，使得路面具有良好的低溫變形性能。3)在SMA結構中，空隙率約為4%，良好的隔水作用，起到對下面的瀝青層和基層良好的保護作用;再加上瑪脂良好的粘結性能，極大的改善混合料的水穩定性，可使得路面具有較高的整體強度和穩定性。4)在SMA路面中，由于礦料采用間斷級配，粗集料含量高，壓實后的路面表面形成大的孔隙，構造深度大，可有效降低路面噪聲，極大的提高路面的抗滑性能。5)在SMA路面中，由于瀝青用量多，實現瑪脂對混合料結構的有效填充，有效提高混合料的耐老化性能，使得其耐疲勞性大大優于密級配瀝青混凝土。

圖2 密級配混合料和SMA混合料的結構

2 SMA混合料的材料質量要求

在SMA路面結構中，原材料的質量是保證路面質量的基礎。原材料的質量控制是工程質量控制一項很重要的內容，在公路工程建設中起著舉足輕重的作用。

1)粗集料。在SMA混合料中，粗集料之間形成良好的嵌擠是該路面具有較好的高溫穩定性的主要原因。要在粗集料之間形成良好的嵌擠，很大程度上取決于集料的堅韌性、顆粒形狀和棱角，這對SMA路面結構能否成功具有關鍵性的決定意義。為SMA混合料選擇粗集料時，應使用機制的、潔凈的非吸水性集料，石質必須堅硬耐磨，外觀接近于立方體，以保證混合料形成良好的嵌擠。選擇集料時，必須限制扁平顆粒的集料含量，要求非破碎面顆粒的含量不得超過5%，不得使用石灰石等碳酸鹽類集料及任何磨光值不足的集料。SMA混合料對粗集料的質量技術要求見表1。

2)細集料。在SMA混合料中，細集料只占10%左右的比重，但其對SMA路面性能的影響卻是不容忽視的。在混合料中，應使用機制砂。機制砂是由堅硬的巖石反復破碎而制成，其具有良好的棱角性能利于嵌擠的形成，對提高混合料的高溫穩定性具有重要意義。機制砂要求防水、防潮、防污染，3 mm以上的篩除，0.075 mm以下要吹掉。SMA面層用細集料質量技術要求如表2所示。

表1 粗集料的質量要求

表2 細集料質量技術要求

3)礦粉。填料必須采用由石灰石磨細的礦粉。礦粉要求保持干燥，能夠從石粉倉中自由流出。

在SMA瀝青混合料中，礦粉的質量要求見表3。

圖3 SMA混合料配合比設計流程

4)纖維穩定劑。在路面結構中，可使用的纖維種類很多，主要分為木質素纖維、礦物纖維及有機纖維三類。在本文中，以木質素纖維作為穩定劑。在SMA混合料中，木質素纖維的作用是:a.分散作用，可適當分散由瀝青和礦粉組成的膠團。b.吸附及吸收瀝青。在SMA結構中，木質素纖維充分吸附和吸收瀝青，增加瀝青膜的厚度，有利于提高混合料的耐久性。c.穩定作用，提高瀝青膜的穩定狀態。在夏季，瀝青受熱膨脹，在纖維內部形成的空隙作為緩沖，限制自由瀝青的泛油現象，利于提高混合料的高溫穩定性。d.增粘作用。木質素纖維可有效提高瀝青與礦粉的粘附性，使得混合料之間的粘結力增強。應用于SMA的木質素纖維質量要求見表4。

表4 木質素纖維質量要求

5)瀝青結合料。在SMA結構中，要求瀝青結合料必須具有較高的粘度，以保證其與集料之間良好的粘附，從而保證SMA路面的高溫穩定性和低溫韌性;同時，還應符合重交通道路瀝青技術要求。用于SMA混合料的改性瀝青的質量要求見表5。

表5 改性瀝青的質量要求

3 SMA混合料配合比設計

SMA必須具有相互嵌擠緊密的粗集料骨架，形成石—石嵌擠結構。SMA混合料的配合比設計應遵循現行技術規范中關于熱拌瀝青混合料配合比設計的目標配合比、生產配合比及試拌、試鋪驗證的三個階段，以確定礦料級配及最佳瀝青用量。SMA混合料配合比設計流程見圖3。在確定配合比后，必須鋪筑試驗段，長度不小于200 m，以檢查混合料是否符合要求，驗證礦料級配及油石比，試驗鋪筑方法，壓實工藝，檢查SMA表面的構造深度和透水情況。鋪筑試驗段后，應提交配合比設計及試驗段鋪筑的報告，確定標準配合比及最佳油石比。

4 結語

SMA結構路面具有抗滑耐磨、抗疲勞、抗高溫車轍和有效地減少低溫開裂的技術優勢，具有良好的路用性能。材料是保證工程質量的首要條件。SMA混合料對原材料具有很高的要求。嚴格執行技術規范，確保原材料質量，為確保工程質量奠定基礎。SMA配合比設計是確保施工質量的最重要的環節。嚴格按照現行的規范三個階段的要求，分別進行目標配合比設計，確定生產配合比，再驗證生產配合比，確定施工工藝和流程，確保施工質量。

［1］潘 勐，溫生國.淺述 SMA結構的原理及原材料的質量［J］.企業科技與發展，2013(7):53.

［2］覃繼虎.SMA路面原材料的選擇與配合比設計［J］.企業科技與發展，2008(18):101-102.

［3］遼寧省交通勘測設計院.SMA技術培訓［Z］.2007.

［4］SHC F40-01-2002，公路瀝青瑪脂碎石路面技術指南［Z］.