SMA-8高黏瀝青混合料在新建高速公路上的應用

劉曉聰

（山西路橋第一工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

SMA路面始建于德國，后在歐洲瑞典、丹麥和英國等國家得到廣泛應用，美國AASHTO、TRB等聯合組成的考察團對歐洲考察后，決定學習并推廣應用SMA技術，并對德國的做法做了改進[1-3]。我國根據國情、材料狀況、機械情況以及氣候、交通等條件，在北方地區先行推廣使用，用于路面結構表面層為SMA-16和SMA-13[4]。1997年虎門大橋在國內第一次采用SMA作為鋼橋面鋪裝，正式拉開我國SMA鋼橋面鋪裝的序幕，鋼橋面鋪裝表面層多采用SMA-13和SMA-10[5-6]。國內部分學者對SMA研究也向著細粒式的方式發展，但實際工程SMA-5和SMA-8應用均較少[7]。研究表明面層結構層厚度與混合料公稱最大粒徑比值為2.5時，瀝青路面具有優良的性能[8]，SMA-5最大公稱粒徑為9.5 mm，且4.75 mm通過率達到98%以上，如按照最大公稱粒徑考慮，理想厚度約為11.9 mm，相比高速公路路面結構中4.5 cm左右的上面層薄了許多，而SMA-8比SMA-5厚度大，且SMA-8比SMA-5的級配粗，更能保證新建高速路面表面層的抗滑性能。

本文結合工程實例，對粵西某新建高速公路SMA-8應用情況進行研究。通過對SMA-8配合比的設計及路用性能的研究，為工程應用提供參考。應用路段橋隧比高達85%，原路基段面層路面結構變更如圖1所示，通過設計變更可減輕橋面荷載及減小對隧道凈空的影響，達到提升路面性能、節約優質集料以及實現橋梁輕量化的目的。

圖1 面層結構圖

1 原材料

1.1 高黏改性瀝青

本文采用廣州新粵供應商的高黏改性瀝青作為膠結料，基質瀝青為進口殼牌A級70號重交瀝青，基質瀝青及高黏改性瀝青技術指標如表1所示。

表1 高黏改性瀝青技術指標

1.2 集料

1.2.1 粗集料

表2 粗集料技術指標

SMA-8為間斷級配骨架密實型瀝青混合料，粗集料采用廣西貴港李因頭市場的5～10 mm規格的碎石，巖性為輝綠巖，潔凈、干燥、表面粗糙，硬度和強度高、耐磨性好。因標準篩4.75～9.5 mm跨度區間較大，為使粗集料能更好地形成骨架結構，引入了8 mm非標準篩對5～10 mm檔集料的級配進行限制，同時為了保證SMA-8的密水性，合成級配中需有少量的3～5 mm的集料，要求5～10 mm檔集料4.75 mm通過率為4%～10%.

1.2.2 細集料

采用廣東郁南封開龍鑫石場的機制砂，巖性為變質砂巖，機制砂潔凈、干燥、無風化、無雜質，與瀝青有良好的黏結能力。

表3 細集料技術指標

1.3 礦粉和木質素纖維

瀝青混合料的填料宜采用石灰巖等憎水性石料經磨細得到的礦粉，礦粉要求干燥、潔凈，其技術指標如表4所示。纖維采用絮狀木質素纖維，摻量為瀝青混合料總質量的0.3%，相對密度為1.123。

表4 礦粉技術指標

2 SMA-8配合比設計

2.1 級配選定

表5 SMA-8的A、B、C三組合成礦料級配

在進行SMA-8瀝青混合料目標配合比設計時，重點考慮瀝青混合料的抗高溫性能、抗水損害的能力，并結合廣東省內已有的經驗，采用最優方案。工程設計級配范圍參照《高性能經濟型薄層處治技術設計施工技術指南（SMA-8）》的礦料級配范圍。根據規范在級配范圍內適配3組不同的礦料級配A、B、C作為初選級配。級配A的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=69.5%∶20.5%∶10%；級配B的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=72%∶18%∶10%；級配C的摻配比例為：5～10 mm∶0～3 mm∶礦粉=74.5%∶15.5%∶10%。

圖2 SMA-8級配曲線

選擇6.3%作為初試油石比，進行馬歇爾試驗。3組級配成型溫度為170℃～180℃，木質素纖維的摻量為瀝青混合料的0.3%；對3組級配的（以2.36 mm為界）粗集料骨架的松裝間隙率測定，結果見表6和表7。根據混合料空隙率、礦料間隙率與瀝青飽和度試驗結果，選擇C級配曲線進行試驗。

表6 不同設計級配及計算油石比的馬歇爾試驗結果

表7 3組合成礦料級配的VCAmix～VCADRC

2.2 最佳油石比

根據選定C級配，以6.4%、6.4%±0.3%進行馬歇爾擊實試驗，成型溫度為170℃～180℃。試驗結果詳見表8。根據瀝青混合料空隙率試驗結果分析，則選取瀝青油石比6.4%進行謝倫堡析漏損失、肯塔堡飛散損失試驗。選取瀝青油石比6.4%所測馬歇爾指標、析漏損失、飛散損失試驗指標均滿足《高性能經濟型薄層處治技術設計施工技術指南（SMA-8）》瀝青混合料技術要求。

表8 SMA-8混合料試驗結果

3 SMA-8路用性能研究

3.1 高溫穩定性

考慮到廣東省夏季炎熱，且該路段屬于特重交通等級，以級配C，6.4%為最佳油石比對SMA-8瀝青混合料進行60℃、70℃和80℃的車轍試驗，試驗結果如表9。通過對比3個不同試驗溫度的動穩定度可知，SMA-8瀝青混合料在60℃、70℃和80℃下的動穩定度均大于3 000次/mm；雖減小了集料最大公稱粒徑，粗集料之間仍可形成良好的嵌擠作用，高溫抗車轍能力強；試驗溫度升高至70℃和80℃，動穩定度有所衰減，尤其試驗溫度從70℃升溫至80℃，SMA-8瀝青混合料高溫抗變形能力隨著溫度升高而逐漸降低，且降幅較大。

表9 不同溫度車轍試驗結果

3.2 水穩定性

粵西地區年平均降雨量約可達1 800 mm，水穩定性直接關系路面質量好壞。采用殘留穩定度試驗和凍融劈裂試驗對SMA-8馬歇爾試件進行試驗，由表10和表11可知，標準試驗穩定度平均值為11.10 kN，浸水試驗馬歇爾穩定度平均值為10.94 kN，損失較小，殘留穩定度達到98.6%；未凍融循環的劈裂強度為1.19 MPa，凍融循環后劈裂強度1.08 MPa，降低了9.2%，凍融劈裂試驗強度比為90.8%，通過雙重檢驗說明SMA-8高黏瀝青混合料具有良好的抗水害能力，水穩定性能符合要求。

表10 殘留穩定度試驗結果

表11 凍融劈裂試驗結果

3.3 滲水系數和抗滑性能

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中T0730—2011和T0731—2000對車轍試件分別進行滲水試驗和表面構造深度試驗，檢驗滲水情況和抗滑性能，由表12和表13可知，3塊車轍試件基本不滲水，且抗滑性能滿足要求。

表12 滲水試驗結果 mL/min

表13 SMA-8車轍試件構造深度檢測結果 mm

4 結語

選定SMA-8最佳油石比為6.4%，所測馬歇爾試驗各項指標、謝倫堡瀝青析漏試驗、肯塔堡飛散試驗均滿足《高性能經濟型薄層處治技術設計施工技術指南（SMA-8）》的瀝青混合料馬歇爾配合比設計的技術要求；馬歇爾空隙率為4.1%，空隙率較小，耐老化和耐久性能較好；SMA-8瀝青混合料高溫穩定性、水穩定性、密水性和抗滑性能較好，2.5 cm的上面層厚度可有效減輕面層自重、降低鋪筑成本，在橋隧鋪筑工程具有較好的應用前景。