SMA沥青混合料路面特点及配合比设计.doc

SMA沥青混合料路面特点及配合比设计

11
2020年4月19日
文档仅供参考
SMA路面特点
沥青玛蹄脂碎石(SMA)是一种由 沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细 集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配 的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混 合料，其混合料具有以下特点：
1)粗集料多 在SMA的组成中，矿料是间断级配，粗集 料占到70%以上，粗集料颗料之间有良好的嵌 挤作用。沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变 形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的 粘度下降时，这种抵抗能力的影响也不会减小，因而有较强的高温抗车辙能力。AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 4.75mm经过率 38~68 34~62 20~34 20~322)矿粉和沥青用量高，采用纤维稳定剂 SMA使用矿粉高达8%～12%，沥青用量高 达5.7%～6.5%，比一般AC-13/AC-16高1%左 右。同时要使用纤维作稳定剂，由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面，充分填充集料间隙， 在温度下降、混合料收缩变形时，玛蹄脂有较好 的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能，低温抗裂性能得到大大提高。
2)AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 0.075mm经过率 4~8 4~8 8~12 8~123) 空隙率小 SMA混合料的内部空隙率很小(3%～4%)， 混合料渗水很少或几乎不渗水，混合料内部的水属毛细水形态，不易成为大的动力水，再加上玛蹄脂与集料的粘结力好，混合料的水稳定性也有较多改进。 同时由于密水性好，对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，使路面能保持较 高的整体强度和稳定性。
3) 路面表面粗糙，构造深度大 SMA一方面要求采用坚硬的、耐磨的优质石料;另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大 0.8~1.3mm，使雨天高速行车下不易产生水漂，抗滑性能提高，较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水， 路面噪声降低，从而能够全面提高路面的表面功能。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水， 路面噪音可降低3～5dB，从而提高路面的表面功能。
4)SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充， 空隙率小，沥青与空气接触少，沥青老化降低，因而沥青混合料的耐久性能良好。综合SMA的组成特点，能够归纳为 三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。SMA混合料形成机理 a)粗集料骨架；b)沥青玛蹄脂；c)用玛蹄脂填充的粗集料骨架SMA是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架间隙的混合料。或者说 SMA是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂两部分组成。特点和性能、结构类型、空隙率(％)、沥青用量、4．75mm、经过率(％) 、0．075mm 经过率(％)、抗车辙变形、疲劳耐久性、抗裂性能、水稳定性、渗水情况、抗老化性能、特点和性能、结构类型、抗磨损、抗滑性能、路面噪声、反 光、溅水、水雾、施工难易程度 、成本。 ACl6(I)型 悬浮密实 结构 3~6 中等 42~63 中等 (4~8) 很好 ACl6(II)型 悬浮半密实结构 4~8 (10) 较少 30~50 较少 (2~5) 较好 ACl6(III)型 悬浮半空隙结构 较好 较差 较差 较低 。SMA-l6 嵌挤密实结构 3~4 (4.5) 较多 20~30 很多 (8~12) 很好 很好 很好 很好小 很好 SMA—l6 嵌挤密实结构 很好 好 好 稍难(温度提 高、纤维) 高 差 易 中▲抗高温变形能力强； ▲抗开裂、疲劳性能良好，提高耐久性和早期 裂缝较少； ▲不透水，抗水损坏性能强； ▲表面粗糙度大，抗滑性能好，提高行车安全 ▲降低行车噪音 ▲SMA减小灯光反射，减小水雾，提高能见度与普通沥青施工相比较，具有施工复杂、难 度大的特点，对施工队伍的要求较高，SMA的施工工艺要求较高，对施工因素的敏感性较强，矿料级配及沥青用量的小的波动和变化，很容易造成路面质量的大的波动，也会造成局部泛油、油 斑、透水等。 同时SMA对集料要求较高，由于同时由于沥青用量和矿粉多，混合料的成本会显著增加。初期 每吨增加费用20％～25％. 后期延长使用年限约25％～30％； 可减轻、延缓沥青路面的早期破坏； 改进路面行驶质量； 节约大量维修、养护费用，降低50％～75％。
SMA沥青混合料的配合比设计
一、 概述
沥青玛碲脂碎石（stone mastic asphalt 简称sma）路面 具有优良的高温稳定性，良好的低温抗裂性，使用的耐久性以及明显的抗滑性和一定的降噪声的效果。国外已普遍使用，国内也得到了推广应用。可是，必须要保证SMA路面的工程质量才能体现SMA路面的优越性，保证质量的技术关键在于SMA沥青混合料的配合比设计。
二、材料
（一）粗集料
SMA混合料是依靠粗集料石、石接触和紧密嵌接而形成骨架结构，为防止碎石颗粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗集料的质量有严格的要求，也可说粗集料是SMA质量控制的关键，一般要求使高质量的轧制粗集料，其岩石应坚韧，具有较高的强度和刚度，而不能使用质地较软的石灰石。

SMA混合料的性质对集料4.75mm经过率十分敏感，要求针片状颗粒（1：3）含量不超过20%。
根据SMA材料的特性，在有条件的地方最好当前基本上采用玄武岩、辉绿岩等硬质的碱性石料。
（二）细集料
在SMA混合料中细集料（指小于4.75mm颗粒）的质量仅为10%-20%，但同样要求石质坚硬、富有棱角，并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性低，粘土含量不超过1%。细集料宜用机制砂，也称人工砂。天然砂由于颗粒接近于圆形，磨阻力小，故不宜多用。
（三）矿粉
矿粉在SMA混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂，从而影响SMA的性能。矿粉为混合料产生“加劲”效应。按照中国当前沥青路面施工技术规范生产的石灰石矿粉可用于SMA混合料，上海使用的石灰石磨细矿粉。
（四）沥青材料
SMA所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性，一般应采用重交通道路沥青，其指标符合规范要求。中国采用的标号应根据道路所在地区气候来确定，但一般宜采用较好的沥青，如南方地区可采用50号沥青，长江、黄河流域采用70号沥青，东北地区采用90号沥青。
虽然改性沥青种类很多，但现在国内外的发展趋势是SBS改性沥青应用日趋广泛，这是因为SBS改性沥青性能确实比PE等改性沥青优越，而且它的适应性强，无论在南方还是在北方都能有效地改进热稳定性和低温性抗裂性。

（五）纤维
为了防止沥青滴漏，绝大部分SMA中都使用纤维，虽然也有的SMA项目使用改性剂来增加沥青粘度以防止滴漏。现在大多数情况是，既使用改性沥青，也同时使用纤维材料。
三、玛蹄脂的组成与技术要求
SMA的结构可分成两个部分：其一，是由粗集料构成的空间骨架结构；其二，电沥青、矿粉及纤维等材料所组成的玛蹄脂，玛蹄脂填充在SMA混合料骨架空隙中，形成密实骨架结构。这是SMA混合料与传统沥青混合料在结构组成上的主要区别。
对于玛蹄脂的组成，有人将细集料（0.075-2.36mm）、矿粉、沥青和纤维组成的混合料作为玛蹄脂，而将无细集料的玛蹄脂称为细玛蹄脂。美国e ray beown等人对细玛蹄脂和粗玛蹄脂的性能，采用动态剪切流变仪（dsh）及直接拉伸试验（dtt）等方法作了试验，结果表明二者的性能相关性非常好。很明显，细玛蹄脂的性能可代表粗玛蹄脂性能。
（一）玛蹄脂的配合比
1、矿粉用量：SMA矿粉的用量大多控制在8%-12%范围内中国在SMA-16级用为5.5%-7.5%、SMA-13级时相应降低。高的沥青用量是SMA混合料组成设计的特点。
2、纤维用量
SMA中纤维掺量以纤维占混合料重量之比表示。当前实际应用中，木质素纤维等有机纤维的掺量一般为0.3%-0.4%，玻璃纤维等无机纤维掺量一般为0.4%~0.6%。纤维掺量过少会使混合料中沥青增多，易发生滴漏，形成油斑。同时还会造成玛蹄脂有效数量不足，空隙率增大，降低路面的耐久性能。纤维掺量过多时，会使分散困难，影响生产率，而且如有结团，还会使混合料粘聚力下降，影响路用性能。另外，纤维较多时，混合料中自由沥青过少，使玛蹄脂过于粘稠。低温性增大，降低混合料抵抗低温开裂能力。
四、SMA混合料级配
（一）SMA混合料的最大粒径
沥青混合料的最大粒径是指这种集料的最大公称粒径，如SMA-16的最大公称粒径为16mm，实际上整个混合料中还有比16mm大一级的集料，即19mm。一般来说，最大公称粒径以上大一级的粒料还可能有90%-10%，因此在集料级配中公称尺寸的经过率一般为50%—100%。
SMA混合料的最大公称粒径与路面的层次和厚度有关，也与铺设的地区有关。一般来说，如果沥青混合料的最大粒径大一些，热稳定性就比较好。显然，根据中国大部分地区的气候条件，采用过小粒径的SMA是不可取的。以上海为例，上海七八月份的平均气温达到26-27℃，由于温室效应，近几年的气温又有所上升，夏季高温持续时间长，沥青路面容易出现泛油，SMA的最大粒径则可放大至19mm或25mm。根据使用场合和交通组成的不同，能够选择不同的类型的SMA。
（二）集料级配
SMA混合料的集料级配，与普通沥青混合料有根本的区别。为了说明这种差别现以公称尺寸为13mm的这几种类型的沥青混合料级配作一比较。
　　五、SMA混合料技术指标与要求
在设计中规范普遍采用马歇尔试验方法，即锤击成型试件，测试马歇尔稳定度等指标。
（一）试件成型的锤击次数
试件成型号的密度不但与锤击次数有关，而且与成型时的温度有关在温度偏高时，由于玛蹄脂的润滑作用，锤击50次和75次都可使SMA达到石石接触的效果，密度达到最大值，但在温度偏低时，锤击50次就有可能密度明显偏低，达不到石石接触的状态。在实际施工时，由于混合料拌和温度的高低、运输距离的远近、施工现场的摊铺速度等因素，使混合料温度偏高或偏低都是有可能的。在温度偏低的情况下，按50次锤击的密度控制，路面的密度就可能偏小，在重车压实下就会出现再次压密，进而有出现轮碾的可能。鉴于此，采用高质量轧制碎石铺筑SMA路面，其混合料试件成型的锤击次数建议采用75次。
（二）SMA马歇尔技术指标与要求
1、稳定度
马歇尔稳定度不随沥青用量的变化而有明显的峰值，也就是说马歇尔稳定度对沥青用量的变化不敏感，故稳定度一般不能作为判断SMA沥青用量的指标。
2、流值
SMA混合料马歇尔试验时，图上的变形曲线往往呈现较大的变形而不下降，有时甚至没有明显的峰值，当采用改性沥青时特别如此。这实际反映了SMA混合料具有很好的韧性，说明即使在很大变形时仍有相当高的支撑能力，流值控制在2-4mm范围内。
3、空隙率
空隙率是沥青混合料的重要指标，它对路面的高温稳定性有显著影响，也关系到沥青混合料的用量。
空隙率的大小影响混合料的耐久性，空隙率大，混合料中沥青老化快，耐久性差，但空隙率过小，又影响混合料的稳定性。SMA混合料的空隙率定在3.5%-5.5%。
（三）SMA混合料的其它控制指标
包括析漏、肯塔堡飞散损失、动稳定度ds、冻融劈裂强度比tsr。

结语：SMA混合料的设计过程中，往往会出现所测指标不能满足要求的情况，这就需要对原设计进行必要的调整，重新进行试验和设计。