SMA路面的研究应用

摘要：沥青马蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt,简称SMA）是近年来在国际上出现的一种新型沥青混合料路面结构, 它与普通沥青混凝上路而相比,具有更好的抗车辙、抗裂、抗滑、水稳性、耐久性等优点,能全面改善和提高路面的使用性能, 得到了迅速发展并广泛应用于公路、城市道路、机场跑道等工程领域。文章介绍了SMA在国内外的使用发展概况和结构特点、使用性能，详细论述了SMA的组成特点，并提出了设计中应关注的重点问题。

关键词：SMA混合料；结构组成；路面设计

中图分类号： U416 文献标识码： A

0 前言

现在路面破坏现象越来越严重，我国早期使用的贯入式沥青碎石、沥青表面处治，以及拌和式沥青混合料均属于骨架空隙结构，其结构之间的粘结来源于集料之间的嵌挤，造成了过早脱落不稳定的想象，研究新型路面材料具有迫切意义。怎样延长路面的使用年限，使车辆形式舒适是路面研究的出发点。而沥青玛蹄脂具有良好的抗车辙、抗裂、抗滑、水稳性、耐久性满足我们对于路面的要求。SMA起源于德国，并于1984年正式列入德国ZTABIT84道路规范。1990年美国联邦公路局经过考察，将其列入重点引入技术项目，现已得到广泛应用，到1997年止, 美国使用SMA路面的项目己达100多个。此外, 芬兰、澳大利亚、瑞典、丹麦、荷兰、英国等国家也先后引进并推广该技术,制定了符合各自国情的SMA规范[1] 。1992年德国JRS公司首次来到我国全面，SMA在我国应用较晚，成套的施工技术及结构应用还不是很成熟，研究具有现实意义。

1 SMA的特点及强度机理

1.1 SMA的特点

SMA是一种全新意义上的沥青混合料，是紧密嵌挤骨架密实结构, 对于延续多年的连续式密级配抗滑表层路面结构是一种突破,它是是一种间断级配。它的基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两部分。其特点具有粗集料多、沥青用量多、矿粉多和细骨料少的特点, 其适宜厚度为3.5―4cm[2]。它的混合料结构具有稳定性，可以延长道路的使用寿命。

1.2 SMA结构强度形成机理

SMA 是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量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从而形成的沥青混合料，它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分，如图1 所示。

图1 沥青玛蹄脂的结构组成

SMA 的组成中矿料是间断级配,粗集料比例要占到70%以上,这就加强了它的强度，交通荷载主要由粗集料骨架承受, 由于粗集料颗粒之间互相良好的嵌挤作用, 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, 对其影响也会减少, 因而有较强的高温抗车辙能力。

在低温条件下, 由于SMA 粗集料之间填充了沥青玛蹄脂, 它在粗集料表面, 随着温度的下降, 混合料收缩变形使集料被拉开时, 玛蹄脂有较好的粘结作用, 它的韧性和柔性使混合料具有较好的低温抗裂性能。

延长路面寿命需要沥青混合料有良好的耐久性。SMA 的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率很小，沥青与空气的接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好。由于他基本上不透水，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。

由于以上的因素的共同作用，SMA 结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能，减少维修养护费用，延长使用寿命。

2 SMA沥青混合料配合比设计

SMA混合料的配合比设计目的：选择优质材料、确定矿料的级配和最佳的沥青用量。进行配合比设计时主要经过三个阶段。第一阶段目标配合比设计，选择材料，所有试验值均应符合技术要求，确定初试级配；第二阶段生产配合比设计，通过选定的级配进行配置试验；第三阶段试拌试铺验证，配合比检验。这三个阶段是一个完整的、复杂的过程,可以参照文献[3] 。

SMA与普通沥青混凝土采取的试验具有相同点：都是采用马歇尔试验设计方法.也具有不同点:根据SMA的特点,采用了3项重要检验手段来验证。其一，高温抗车辙能力采用车辙试验进行验证。普通沥青混凝土也有此项试验,其动稳定度要求高速公路应不小于800次/mm , 而SMA则要求大于1500/mm, 以便确保SMA的高温稳定性这一重要指标达到要求。其二，采用谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验用以验证合理的沥青用量, 检验是否会因沥青太多造成析漏及沥青太少造成飞散。其三，普通沥青混凝土采用浸水马歇尔试验检验水稳定性, 而SMA还要增加冻融劈裂试验残留强度比检验[4]。

SMA混合料级配目标值范围和矿粉、沥青结合料、纤维稳定剂的性质应符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTJ 036-98) ,确保SMA混合料形成紧密嵌挤的骨架结构, 发挥SMA的作用。

3 SMA沥青混合料的施工

3.1拌和

SMA为间断级配, 粗集料粒径单一, 量多, 细集料很少, 矿粉用量多, 这将给混合料的拌和带来很多困难。最明显的是热料仓的材料数量严重分配不均, 使得在拌和过程中, 实际拌和时间并不多, 而放料、等料和排料的时间占去大半, 生产率低。因此要考虑将集料的粒径适当增大一些并适当减少沥青用量。

3.2摊铺

由于改性沥青的原因, 混合料较粘, 摊铺温度高,摊铺阻力也较大, 当下层洒布有粘层油时, 一般的轮胎式摊铺机将顶不动运料车而产生打滑现象, 故必须使用履带式摊铺机进行作业。因拌和速度的影响, 摊铺机作业时供料不足的问题比较突出, 以致很难保证摊铺机不间断、均匀地进行摊铺作业。

3.3碾压

在正常情况下, 不容许采用轮胎路机进行碾压,因轮胎压路机的搓揉将会使马蹄脂上浮而造成泛油。过度碾压则会使混合料变成如同含水量很大的弹簧土路基, 无法稳定。初压宜采用10 t钢碾紧跟在摊铺机后面, 温度在180# 以上也不会产生推拥。复压1-2遍, 可用钢碾静压, 振动碾最多碾压1-2遍, 也可在初压时即开振动压路机碾压, 一共碾压3-4遍即可结束。稍冷些后用较宽的钢碾路压一遍即可。

SMA路面应在较高温度条件下施工，当气温或下卧层表面温度低于10℃时不得铺筑SMA路面。施工温度应根据沥青标号、粘度、改性沥青的品种及剂量、气候条件及铺装层的厚度确定。

表1 SMA路面的正常施工温度范围（℃）

工序 不使用改性沥青 测量部位

沥青加热温度 150--160 沥青加热罐

集料加热温度 180--190 热料提升斗

SMA混合料出厂温度 155--170 运料车

混合料最高温度 190 运料车

混合料储存温度 拌合出料减低不超过10 储存罐及运料车

摊铺温度 不低于150 摊铺机

初压开始温度 不低于140 摊铺层内部

复压开始温度 不低于120 碾压层内部

由上表可以看出SMA的施工摊铺温度有严格的控制，属于热拌。这就要求在运输过程中保持温度，就要求运送及时，这样才能保证摊铺质量。特别是各个工序的衔接一定要紧密。

4 结语

SMA结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能, 延长使用寿命,减少维修养护费用。采用传统密级配混合料铺筑的路面寿命约为7.5年, 而SMA路面在需要修复前可使用12-15年。虽然SMA 路面在高温看车辙、低温抗裂、疲劳抗裂、抗老化、抗水损害、抗滑及耐久性等方面都比传统的AC 路面优越，但是由于我国幅员辽阔，各地的气候、交通等条件差异较大，加之施工机械、材料、经济条件的限制，完全照搬国外的经验显然是行不通的。因此，我们必须用科学的态度，从我国的实际情况出发，探索出一套适合我国公路工程发展的具有中国特色SMA沥青混合料设计方法来。

5 参考文献

[1] 川高速公路丛书编委会.高速公路路面设计与施工[M].北京: 人民交通出版社,2001

[2]宋金华.路基路面工程. 北京: 人民交通出版社,2006

[3]中国工程建设标准化协会公路工程委员会.《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》[R] ( SHC F40-01-2002 )

[4]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青及沥青混合料试验规程( JTJ 052-94)[k].北京: 人民交通出版社, 1994

[5] Anderson D A,Dukatz E L,Petersen J C.The efect of antistrip additives on theproperties of asphalt cement.Journal of Association of Asphalt Paving-Technologists.2002,51:298