淺談SMA瀝青混合料目標配合比設計方法

摘 要：本文針對SMA瀝青混合料目標配合比設計這一試驗檢測技術，從SMA瀝青混合料定義、組成原理及特點；瀝青路面的使用性能；SMA瀝青混合料目標配合比設計要點；SMA瀝青混合料目標配合比設計步驟；共四個方面對其進行闡述。

關鍵詞：SMA；目標配合比；設計方法

1 概 述

路面結構是高速公路的重要主成部分，其工程造價也占據公路工程總造價的大部分。一般高速公路路面結構層占公路工程總造價的37%左右，其中瀝青路面結構層又占據路面結構層總造價的86%左右，而瀝青路面上面層又占瀝青路面結構總造價的20%左右。由此可見，鋪筑一條既能滿足交通量日益增長、車輛不斷大型化、重載超載車不斷的性能優良的瀝青路面，是極其重要的。這就給路面瀝青混合料目標配合比設計及施工工藝提出了更高的要求，突出了解決此類問題的重要性。

2 SMA瀝青混合料定義、組成原理及特點

2.1 SMA定義

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt，簡稱SMA）是由高含量粗集料、高含量礦粉、纖維穩定劑、較大瀝青用量，低含量中間粒徑顆粒組成的骨架密實結構型瀝青混合料。高含量的粗骨料在混合料中顆粒面與面直接接觸、相互嵌鎖構成的骨架直接承受了荷載作用，這種骨架對溫度敏感性小。含量較高的礦粉與瀝青形成粘聚力很高的膠凝狀物――瑪蹄脂，使得混合料的整體力學性質提高。這兩方面的作用使混合料具有足夠的豎向與側向約束，在車輛荷載的作用下，不產生或只產生微小的永久性變形。

2.2 SMA組成原理

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是一種以瀝青、礦粉及纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂結合料，填充于間斷級配的礦料骨架中，所形成的混合料。其組成特征主要包括兩個方面：①含量較多的粗集料互相嵌鎖組成高穩定性（抗變形能力強）的結構骨架；②細集料礦粉、瀝青和纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂將骨架膠結一起，并填充骨架空隙，使混合料有較好的柔性及耐久性。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：①SMA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為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉用量，同時使用纖維作為穩定劑；③瀝青用量較多，高達6.5～7%，粘結性要求高，并希望選用針入度小、軟化點高、溫度穩定性好的瀝青（最好采用改性瀝青）。

2.3 SMA特點

瀝青瑪蹄脂碎石混合料是當前國際上公認（使用較多）的一種抗變形能力強，耐久性較好的瀝青面層混合料。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，使瀝青結合料保持高粘度，其攤鋪和壓實效果較好。間斷級配在表面形成大孔隙，構造深度大，抗滑性能好。同時混合料的空隙又很小，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面性能。

3 瀝青路面的使用性能

瀝青路面的使用性能主要是指：①高溫抗車轍性能；②低溫抗裂性能；③水穩定性；④耐疲勞性能；⑤抗老化性能；⑥表面服務功能；⑦行車舒適性能。

在以上瀝青路面的七種基本性能中，往往是互相矛盾或相互制約的，滿足了某一種性能要求，則就會降低另一種性能的要求，表現最為突出是以下兩對矛盾：

（1）高溫穩定性和耐疲勞性、低溫抗裂性能的矛盾；

（2）路面表面特性與耐久性的矛盾。

為了解決這兩對矛盾，公路工作者進行了許多努力和大量的研究工作，目前得到大家公認的，能比較好的解決這些矛盾的路面結構是SMA瀝青混合料路面、改性瀝青混合料路面、改性SMA瀝青混合料路面、長壽命瀝青路面。

4 SMA瀝青混合料目標配合比設計要點

SMA瀝青混合料的配合比設計，國際國內尚無公認的設計方法。但國內經過多年的使用，實踐資料已十分豐富，各地都有了較為成功的配合比設計方法。SMA瀝青混合料配合比設計就是要確定礦料骨架與瀝青馬蹄脂兩大部分各種材料的規格比例。

4.1 粗集料骨架

SMA瀝青混合料中粗集料形成充分嵌擠的骨架結構非常重要，是評定該瀝青混合料是否為SMA瀝青混合料的重要標志，是SMA瀝青混合料高溫穩定性的重要保證。如果粗集料沒有形成骨架結構，在瀝青用量大，礦粉含量高的情況下，勢必造成瀝青混合料的高溫穩定性差。

4.2 瀝青馬蹄脂

瀝青馬蹄脂自身的性能對SMA瀝青混合料的性能影響非常大，如果說粗集料形成嵌擠的骨架結構是SMA瀝青混合料高溫穩定性的重要保證，那么高質量的瀝青馬蹄脂就是SMA瀝青混合料耐久性、水溫性和低溫性能的保證。

4.3 粗集料與瀝青馬蹄脂的比例

粗集料與瀝青馬蹄脂之間的比例是設計SMA瀝青混合料的關鍵，首先在SMA瀝青混合料中要有足夠的粗集料來形成骨架結構，同時還要有充足的瀝青馬蹄脂來充分填充骨架結構結構內的空隙。如何解決二者之間的矛盾，也就是如何比較恰當的保證二者之間的比例，是SMA瀝青混合料配合比設計成功與否的標志。既要保證骨架結構，又要有足夠的瀝青馬蹄脂來填充，而不能因為過多的填充導致骨架結構的喪失，也不能因為填充的不充分而影響SMA瀝青混合料的耐久性、水溫性和低溫性能。

5 SMA瀝青混合料目標配合比設計步驟

（1）確定設計空隙率，一般為3～5%范圍內；

（2）根據SMA結構特點，根據控制篩孔的通過率來初步確定礦料比例；

（3）根據經驗或泰波公式分別確定粗、細集料的級配組成。一般粗集料用粒徑為13.2mm和9.5mm的粒徑形成骨架，用4.75mm的粒料填充，因此粗集料的空隙應大于或等于下一級料的粒徑，否則會影響主骨料的嵌擠。細集料一般根據泰波公式設計，其最大粒徑根據主骨料的空隙來確定；

（4）測定石料的表觀密度。包括粗集料的表觀密度、細集料的表觀密度和礦粉的表觀密度；

（5）測定主骨料的物理參數，主要是測定主骨料緊裝密度；

（6）計算主骨料的空隙率VCA。VCA=（1-主骨料緊裝密度/主骨料表觀密度）×100；

（7）根據步驟（2）的假定粗骨料通過百分率及粗、細集料組成分別計算SMA的級配；

（8）假定某一瀝青用量，采用設計出的三種級配制作馬歇爾試件，測定試件的物理參數；

（9）為確保粗集料骨架的存在，必須有瀝青混合料VCA≤粗集料VCA；

（10）因細集料用量大，需考察馬蹄脂是否對粗集料的骨架結構產生干涉，一般要求集料間隙率≥17%；

（11）分析混合料配合比結果，選定出最佳級配進行馬歇爾試驗，以確定最佳瀝青用量；

（12）由于瀝青用量較大，需考察瀝青的穩定性，采用最佳級配結合最佳瀝青用量，采用謝倫堡析漏測定滲漏度。

綜合以上各項指標，篩選出最佳級配和最佳瀝青用量。

6 結 語

SMA瀝青混合料的目標配合比設計及施工工藝控制是一項復雜的工作，需要我們在現場施工實踐中不斷總結經驗，優化配合比設計、改進工藝，提高施工水平，從而降低施工成本。只要我們認真學習，善于總結，勤于實踐，就一定能夠將SMA瀝青混合料的目標配合比設計及施工工藝控制推進到一個新的高度。

作者簡介：譚少華（1974-），男，工程師，大學本科，現主要從事工程試驗檢測工作，交通部注冊公路工程試驗檢測工程師，交通部注冊公路工程監理工程師。