SMA混合料在榆綏高速項目的瀝青上面層配合比設計及施工質量控制

王琨

【摘要】路面表層直接承受著交通荷載和氣候的雙重作用，質量的好壞直接關系路面通車后的路用性能和營運效果。因此瀝青路面的表面層不僅要求具有優良的高溫抗車轍能力，抗裂、抗水損害的特性，而且要具有良好的抗滑功能。榆綏高速公路處于陜西省北部，常年溫差較大，且是陜西省北部交通大動脈。預期重載車輛多，車輛渠化現象嚴重的實際情況，我們在配合比設計時優先考慮抗車轍能力和抗裂能力。本文結合渝遂高速上面層施工來論述SMA配合比設計、生產、攤鋪、碾壓等施工工藝及施工質量保證措施。

【關鍵詞】SMA瀝青混合料，配合比設計、施工質量控制，

一、SMA路面的組成以及特點

瀝青瑪蹄脂混合料（Stone Matrix Asphalt，簡稱SMA）是一種 由粗集料、瀝青、纖維穩定劑、礦粉及少量細集料組成的間斷級配的瀝青混合料.其組成特征主要包括兩個方面：①含量較多的粗骨料互相嵌鎖組成高穩定性（抗變形能力強）的骨架結構；②細集料、礦粉、瀝青和纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂結合料將骨架膠結在一起，填充骨架空隙，使混合料有較好的柔性及耐久性。SMA路面結構不僅在高溫、重載時車轍變形量低，而且低溫性能良好。

SMA的結構組成可概括為“三多一少，即：粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少”。具體講：（1）SMA是一種間斷級配的瀝青混合料，5mm以上的粗集料比例高達70%～80%，礦粉的用量達7%～13%，（“粉膠比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的間斷級配，很少使用細集料；（2）瀝青用量較多，高達6.5%～7%，。一方面增加礦粉用量，同時使用纖維作為穩定劑，提高膠結料的粘結性；（3）選用優質的瀝青材料，要求使用針入度小、軟化點高、高溫穩定性好的瀝青，一般選用SBS改性瀝青。

SMA的特點：由于粗集料的良好嵌擠，混合料有非常好的高溫抗車轍能力，同時由于瀝青瑪蹄脂的粘結作用，低溫變形性能和水穩定性也有較多的改善。添加纖維穩定劑，增加了瀝青混合料耐久性。SMA混合料攤鋪和壓實效果較好。混合料的間斷級配在表面形成較大的孔隙，構造深度大，抗滑性能好。同時混合料中瀝青瑪蹄脂的膠結填補作用又使路面的空隙率很小，耐老化性能及耐久性都很好，從而全面提高了瀝青混合料的路用性能。

二、SMA配合比設計

1、原材料；（1）集料；選擇集料的統一性，包括粗集料的棱角性、扁平與細長顆粒含量以及細集料的粘土含量等指標。另一類是集料的地區性標準，即料源特性是：堅固性、安定性、有害物質含量。SMA集料的統一特性在我國規范中已有明確規定，只要適當的選擇原材料，嚴格控制材料的生產過程，集料比較容易滿足SMA規范要求。如果在實際生產中除塵不好，細集料棱角性和砂當量不一定能滿足SMA規范要求。本項目的材料產地：山西臨縣鴻達石料廠生產，經檢驗符合設計和規范要求。

（2）瀝青；選擇瀝青時根據當地的氣候條件和交通量的大小來全面選擇具有可靠度的瀝青，并繪制瀝青粘溫曲線，選擇最佳的混合料拌和及壓實溫度。本項目選擇了國創 SBS改性瀝青：產地：陜西國創瀝青材料有限公司。經檢驗符合設計和規范要求。

（3）絮狀木質纖維；產地：德國。經檢驗符合設計和規范要求。纖維密度由廠家提供1.25-1.40g/cm3，本次配比取中值1.33 g/cm3。

2、混合料的級配選擇

瀝青混合料的礦料級配是配合比設計的重要部分。設計良好的級配具有密實性好、強度好、抗變形能力強等特點。為此，在規范的基礎上，根據經驗適當調整，確定了榆綏高速公路各面層目標設計級配標準。

SMA-13按此比例進行合成級配計算，結果如下：

確定各種材料的用量比例為：

3、計算各項指標參數

依據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）規范及《榆綏高速公路瀝青路面設計與施工指導意見書》要求，以5.2%，5.6%，6.0%，6.4%，6.8%的油石比成型馬歇爾試件進行驗證，加混合料3‰的顆粒狀木質纖維和加瀝青3‰的抗剝落劑所制備的馬歇爾試件自然冷卻12小時后，脫模并測定其物理指標，隨后測定試件在60℃水中浸泡40分鐘后的馬歇爾穩定度及流值。

4、確定最佳油石比

根據以上試驗結果繪制最佳瀝青用量選定圖，從圖中得出瀝青混和料的最佳油石比：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.00

OAC2=（OACmax+OACmin）/2=6.07

瀝青混合料的最佳油石比為：OAC=（OAC1+OAC2）/2=6.04%，對照瀝青用量選定圖中6.0%油石比的各項指標均符合要求。所以最佳油石比選定為6.0%。

5、生產配合比的驗證

生產配合比驗證過程，我們對熱料倉的各種集料分別進行篩分和密度試驗，再進行生產配合比的設計，選擇最佳油石比±0.3的混合料進行體積分析，從中選擇最佳的級配和最佳油石比，并將選定的結果進行拌和樓的試拌，進一步確定該配合比的準確性。具體分析結果如下；

馬歇爾試驗指標測定結果匯總表

經對6.0%的油石比進行馬歇爾試驗檢驗，證明其殘留穩定度97.9%， 動穩定度DS：次/10700mm，試驗結果符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）及《榆綏高速公路瀝青路面設計及施工指導意見書》要求。

三、SMA的施工質量控制

SMA瀝青路面的生產配合比盡可能接近目標配合比的設計，才能確保目標配合比的設計指標準確性。在實際應用中控制關鍵篩孔0.075mm、2.36mm、4.75mm的通過量。在抽提試驗中以生產配合比級配為準。同時控制油石比的誤差范圍。在施工現場試驗用旋轉壓實和馬歇爾擊實兩種方法來控制，確保路面的工程質量。

1、SMA混合料的拌和注意事項；

（a）木質素纖維的分散拌勻非常重要，干拌時間延長5～15s，加入瀝青后的拌和時間延長 5-10s，總生產時間延長15～25s。

（b）由于瀝青可能會離析，SMA不應在貯料倉里儲備時間過長，貯料倉里SMA的數量不宜過多。

（c）采用人工添加木質素纖維易產生由于人為因素而少加或多加的現象，從而 影響SMA的使用品質；采用機械添加木質素纖維應防止輸送管道堵塞。質檢室每天對拌合樓生產總量及纖維添加總量進行統計，并采用質量和體積雙控木質纖維添加量。

（d）由于SMA使用了SBS改性瀝青，拌和溫度比拌普通瀝青混合料提高了10℃～20℃左右。瀝青加熱溫度掌握在170℃～180℃；礦料加熱溫度在185℃～195℃；礦粉和纖維不加熱；混 合料出料溫度控制在170℃～185℃（實際施工時的溫度范圍）， 當混合料超過195℃時，予以廢棄。

（e）礦粉和消石灰粉添加：礦粉罐安裝防結塊裝置，傳輸系統應經常檢查·維修保持良好的性能狀態，防止出現傳輸故障或發生結塊。

（f）拌合樓出料口設置專人負責觀察，目測發現混合料出現花白·無纖維·纖維結團或冒青煙等異常現象，應立即通知操作室人員進行檢查處理。

2、混合料的攤鋪控制要點；

SMA瀝青混合料在攤鋪時應盡量連續不斷的施工，以減少攤鋪機和壓路機的停頓，應盡量減少橫縫，提高其面層平整度。為提高路面的平整度，面層宜采用攤鋪機前后保持相同高差的雪橇式攤鋪厚度控制方式。提高攤鋪過程中的預壓密實度。SMA混合料在高溫狀態下主要是靠粗集料的嵌擠作用，可適當提高夯錘振搗頻率，使剩余壓實系數減少，初壓的痕跡也極小，進而確保路面的最終平整度

3、混合料的碾壓原則；

SMA的碾壓遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則。碾壓溫度越高越好，攤鋪后應立即壓實，不得等候。壓路機應以2～4km/h的速度進行均勻的碾壓，碾壓按初壓（1遍）、復壓（2遍）、終壓（1遍）三階段進行，終壓溫度一般控制在110℃～130℃（實際施工時的溫度范圍）， 終壓時不得振動。在碾壓過程中，可以發現混合料能在高溫狀態下用振動壓路機碾壓 而不產生推擁，碾壓成型后表面有足夠的構造深度又基本上不透水（經測定，SMA路面構 造深度在0.9～1.25之間）。

SMA的碾壓與普通瀝青混凝土碾壓相比，有以下幾點值得注意： （a）為了防止混合料粘輪，可在鋼輪表面均勻灑水使其保持潮濕，水中摻少量的清洗劑 或其它適當的材料。但要防止過量灑水引起混合料溫度的驟降。

（b）壓路機碾壓時相鄰碾壓帶應重疊1/3～1/4輪寬，碾壓工作面長度30～50m。

（c）SMA面層如果達到足夠的密度后，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。工作中應密切注意路表情況，防止過度碾壓。

（d） 由于SMA混合料使用了SBS改性瀝青且瀝青含量高，因而粘度大，不得使用輪胎式壓路機 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。

四、建立良好的質量保證體系

1、建立良好的質量監控制度

在工程施工過程中，及時掌握工程質量狀況和處理存在的質量問題.制定全面反映工程質量動態的監控表，每天填寫，總結、分析和處理，確保工程質量符合各項技術要求。實施逐日跟蹤監控行之有效的質量管理辦法，及時發現和處理存在問題，更重要的是通過落實崗位責任制，防止問題再次出現。

2、執行質量動態管理

在本工程實施過程中進行質量監控的同時，我們還根據需要采用計算機對工程質量進行動態管理，在施工中及時反映工程質量水平和存在問題，在工程完成后分析、總結施工經驗，不斷提高施工工藝和施工水平。比如，在瀝青面層施工過程中對一些主要的試驗、檢測指標油石比、厚度、壓實度、平整度、改性瀝青軟化點和針入度等技術指標均進行全面的計算機動態管理，對這些指標的平均值、極差、標準差和變異系數進行統計分析并繪制相應的質量控制直方圖或正態分布曲線圖，對施工過程質量起到全面控制作用。

3、嚴格的原材料管理，為良好的混合料做好保障

質檢室經常對后場堆料場進行巡視，要求材料管理人員將各種材料分別堆放整齊，對細集料作好防雨工作，一旦發現細集料受潮，即要求相關人員及時進行處理。試驗人員在開始拌和后就在操作間，現場觀察拌和情況，逐盤打印各個熱料倉的材料質量、礦粉質量及混合料的總質量，及時計算出礦料級配，與標準配合比進行對照。控制拌和時間，檢查出料溫度，發現問題及時處理。

五、結束語

（1）從SMA使用效果來看，具有更優良的抗車轍能力和抗滑能力，而且解決了路面的滲水問題，減少了路面的早期水損害。

（2）SMA混合料溫度在190℃～200℃時的性能有待于鋪筑試驗路進一步檢驗。

（3）添加木質素纖維后，SMA路面結構比普通瀝青混凝土路面成本高20%左右。

（4）渝遂高速公路采用SMA的路面結構，竣工后路面平整、堅實、粗糙、均勻、美觀，基本不滲水，達到優良工程的效果，具有良好的路用性能。

參考文獻

1、榆商線榆林至綏德高速公路兩階段施工圖設計路面工程設計文件

2、《公路工程質量檢測評定標準》（JTGF80/1-2004）

3、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規范》（JTJ052-2000）

4、《陜西省瀝青路面車轍防治指導意見》