沥青玛蹄脂碎石(SMA)的应用与发展

【摘 要】（SMA）是一种新型路面结构材料。本篇论文结合柳林县聚雅一等级公路施工中的实际情况，重点论述了SMA对材料的要求，以便更加有效地指导施工。

【关键词】沥青玛蹄脂碎石混合料；沥青；玛蹄脂

我国首次使用改性沥青是1992年首都机场高速公路，使用了奥地利技术NOVOPHALT。其关键技术在于利用间隙可不断调整的大型胶体磨使改性剂反复多次通过磨体而达到非常均匀与沥青共混，用400倍显微镜面观察切片晶体结构是否混合均匀。PE对改善高温稳定性较好，而SBS对改善低温稳定性较好，96年首都机场东跑道罩面掺入4%PE+2%SBS，另外还掺入0.4%石棉纤维，使用改性剂以后，针入度比原来沥青减少了一个等级，软化大为升高，粘度增加了7倍，说明沥青的高温稳定性有显著提高。60年代的德国交通十分发达，根据本国的气候特点（夏季气温20℃左右，冬季不太冷），习惯修筑“浇筑式沥青混凝土”路面。这种结构中沥青含量12%左右，矿粉含量高。使用中发现路面的车辙十分严重，另外当时该国家的汽车为了防滑的需要，经常使用带钉的轮胎（包括欧洲一些国家亦如此），其结果是路面磨耗十分严重（1年可减薄4cm左右）。为了克服日益严重的车辙，减少路面的磨耗，公路工作者对沥青混合料的配合比进行调整，增大粗集料的比例，添加纤维稳定剂，形成了SMA结构的初形。1984年德国交通部门正式制定了一个SMA路面的设计及施工规范，SMA路面结构形式基本得以完善。这种新型的路面结构先后在德国、欧洲一些国家逐渐被推广、运用。90年代初，美国公路界认为其公路路面质量不如欧洲国家的路面质量好。经考察发现存在两个方面的差距：在改性沥青的运用上；在路面的结构形式上（即SMA）。1991、1992年开始加以研究、推广SMA这种结构形式，最典型的是：1995年亚特兰大市为举办奥运会对公路网进行改建和新建，全部采用了SMA这种结构形式做路面。

1. （SMA）的组成原理及特点

1.1 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。其组成特征主要包括两个方面：

（1）含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性（抗变形能力强）的结构骨架。

（2）细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。

1.2 路面沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性水稳定性、抗疲劳性、耐久性及表面服务功能等往往是相互制约的。尤其是高温抗车辙性能及低温抗裂性能之间，抗滑性能与耐久性之间，始终是突出的两对矛盾。SMA沥青玛蹄脂碎石充分考虑了AC、AM和A等级配的缺点，又力求利用它们的优点，达到较完美的组合，因而是一种较为理想的混合料结构。SMA的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。具体讲：

（1）SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70%～80%，矿粉的用量达7%～13%，（“粉胶比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的间断级配，很少使用细集料。

（2）为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂。

（3）沥青用量较多，高达6.5%～7%，粘结性要求高，并希望选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青（最好采用改性沥青）。

2. SMA混合料的拌合及运输

SMA沥青混合料由沥青、纤维、粗骨料、矿粉及少量细集料等原材料组成。粗集料是构成SMA混合料骨架结构的主体材料，要求选用质地坚硬、表面粗糙、抗磨耗、耐磨光、形状接近立方体的破碎石料，破碎率一般为100%。填料一般为磨细天然石灰岩的矿粉，要求不含任何有机物质及易于膨胀引起损坏的成分。

SMA混合料进行配合比设计，经按生产配合比设计进行试拌及试验段铺筑检验后，确定生产用的标准配合比，以此作为生产控制的依据和质量检验的标准。

矿料级配中，粗细集料比例处于70：30～80：20时，为最佳配比范围。拌合机采用间歇式拌和机拌和，有检测拌和温度的装置。木质素纤维必须有可靠的掺加设备。矿料进入拌锅的同时，木质素纤维也进入拌锅，并开始干拌且干拌时间不得少于20 S，之后沥青、矿粉依次进人拌锅，湿拌时间不得少于45 s。

2.1 生产配合比设计。

油石比： 6.0% ； 4#仓 （14mm～25mm）：37% ；

3#仓（6mm～14mm）：37% ； 2#仓 （3mm～6mm）：5% ；

1#仓 （0mm～3mm）：10% 矿粉： 11% 木质素纤维： 0.3%

2.2 拌和。

2.2.1 沥青混合料拌和设备采用240t/h的间歇式拌和机。我标段沥青玛蹄碎石混合料面层在拌和前，严格检验各种单质材料，并按批准的生产配合比进行试拌调试，直到符合要求。

2.2.2 沥青采用导热油加热，导热油采用优质的矿物型导热油。沥青加热时考虑到多种渠道热量的流失，加热炉的额定发热量大于正常需要的1.5倍左右。

2.2.3 沥青玛蹄脂碎石混合料拌和时间控制：

2.2.4 沥青玛蹄脂碎石混合料施工温度控制：

混合料温度高于190℃时不得使用，低于160℃的混合料不得出厂。

2.2.5 对选择好的材料参数加以确定，不能随意人工手动。可随时打印出级配数据，供检查控制。

2.2.6 木质纤维采用自动添加装置添加，与矿料同步加入，干拌后加入沥青拌和。

2.2.7 拌和抽查：

（1）为确保碎石级配的准确，开始正常拌和前，先拌一斗白料并取其进行筛分试验，严格控制4.75mm通过量，确定级配合格后，再加入沥青正常拌和。

（2）随时抽查木质素纤维、矿粉添加计量的准确性。

（3）严格控制油石比，为确保沥青用量的准确，进行不少于两次的抽提试验，并及时进行调整。

2.2.8 另外，设专人对各种施工机具进行全面检查，使其处于性能良好状态。当混合料出厂温度过高，已影响沥青与集料的粘结力时，混合料不得使用，已铺筑的沥青路面应予铲除，

混合料拌和要均匀一致，无花白料，无结团成块或严重的粗细料分离现象。不符合上述要求的混合料坚决不使用，出厂的沥青混合料要逐车用地磅称重，并按试验方法测量运料车中沥青混合料的温度。拌和场内设置8个沥青储油罐，沥青存储能力能达到400吨。

2.3 运输。

（1）配备18台自卸汽车进行运输，车箱内在未装料前清扫干净，为防止热混合料与车箱粘结，采用喷雾装置将车厢侧板和底板用油水（新柴油与水的比例1∶3）混合液涂刷，并保证车箱底部不得留有余液。

（2）混合料装车时，应最少分五次放料，第一次为车箱的前1/5处，每次放料后要及时移动车辆，做到均匀装料，减少堆料高度，避免在放料过程中产生混合料离析。对于大型运料车可分多次装载。

（3）用苫布覆盖，苫布尺寸应足够大，起到保温、防雨、防氧化、防污染的作用，防止沥青玛蹄脂碎石混合料在运输过程中因温度降低而形成硬壳。

（4）运输能力略高于拌和能力，施工过程中摊铺机前方保证始终有运料车在等候卸料，等候车辆不少于5台。

（5）卸料前，由质量检测员对热拌沥青混合料的摊铺温度进行检测，运输车辆宜在车厢适当位置打孔以检测出厂及运至摊铺现场时混合料温度，温度过高或过低的混合料坚决不使用。

3. SMA施工工艺

SMA混合料的施工工艺要求高，对原材料及施工环境因素影响较为敏感，因此，必须精心组织、精心施工。

3.1 施工环境条件。

由于SMA面层铺筑厚度薄，一般为30～40mm，而且所用沥青比较黏稠，要求压实终结温度较高，故可压实的时间较短。SMA对施工环境条件的要求比常规沥青路面严格，需要相应提高施工温度，以延长有效压实时间。在改性沥青SMA施工时，要求气温及路床温度高于15～C，且处于上升状态，并应在干燥、清洁、经整平的下卧层上铺筑，雨天禁止施工。在大风天气与寒潮降温天气，混合料摊铺后，温度降低过快时，是否施工应慎重考虑，施工时应采取特殊的质量保证措施。

3.2 混合料生产。

按设计要求，生产合格的混合料是获得SMA沥青路面优良性能的根本保证。SMA路面性能与混合料体积特性对级配组成非常敏感，尤其是对3个关键性孔4.75mm、2.36mm与0.075mm的通过率要求更为严格，因此，SMA混合料生产必须对级配组成进行较为精确的质量控制。SMA混合料生产前，必须进行热料仓中热集料与填料的生产组合级配，并最大限度地减少各热料仓集料的溢料与待料现象，保证均衡地进行混合料生产，以提高混合料的生产效益。由于SMA混合料中添加了纤维，填料数量多，且结合料黏度较大，故干拌和湿拌时间都需要适当增加，一般要求增加干拌和湿拌时间5 15s。使用改性沥青时，沥青加热温度控制在160℃一165℃，集料加热温度190℃～200℃，SMA混合料出厂温度（SBS改性沥青）控制170℃一185℃ 。

3.3 摊铺与碾压。

3.3.1 摊铺。

在卸料时，运输车辆不得撞击摊铺机。为保证路面的平整度，要做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。采用两台摊铺机摊铺。热接缝，作好纵横接缝处理。

（1）在铺筑SMA混合料之前，应对摊铺机进行标定。应注意适当设置料门高度，以保证将充足的混合料经条式传送器送到螺旋布料器。在摊铺机向前移动时，使混合料高度等于或大于螺旋高度的50%，但不超过2/3，以保证混合料的充分拌和与均匀分布。

（2）SMA粗集料占70%以上，施工中粗、细集料的离析已不是主要问题，因此，摊铺宽度不作硬性限制，完全可以加宽到整个路幅宽度（一般不大于12m]可进行全幅摊铺）。这样不仅可提高SMA路面平整度，而且可消除2台摊铺机梯队作业时，结合部热接缝容易出现的压实不足、麻面、不平整等质量缺陷。

（3）混合料的生产、运输、摊铺和压实的协调性至关重要，摊铺速度应与拌和站混合料生产率相适应。摊铺机行走速度，在很大程度上受混合料的生产能力和碾压能力控制，为了给压路机留出较多的有效压实时间，摊铺速度应尽量放慢，并保持匀速运行，一般控制在1.5～2.5m/min，最多不超过3m/min。

A.首先准备下承层，保证下承层清洁、无污染的情况下施工。并保证粘层喷洒均匀，如果不均匀要进行补洒。

B.虚铺系数初步拟定为1.125， 摊铺时由质量检测员用标明尺度的钢钎监测摊铺厚度，每10m一个断面，每断面不少于3点。

C.测量放样，根据设计标高设置基准梁。

D.由于路面外侧没有路缘石，为了控制表面层宽度和边缘压实度，摊铺时外侧采用10cm×6cm×4m的木方做边缘支挡控制。

E.沥青玛蹄脂碎石混合料表面层采用一台ABG423摊铺机摊铺，摊铺机在摊铺之前首先要进行自身预热，最重要的是熨平板预热，预热时间为30分钟左右，其温度要达到100℃以上。并根据摊铺的效果确定最佳加热温度。保证传感器、振动夯板、振动夯锤处于最佳工作状态，摊铺机的振动力达到摊铺完的混合料压实度不小于80%，一般激振力控制在50Hz。

F.沥青玛蹄脂碎石混合料表面层摊铺时采用一套非接触式平衡梁来控制上面层摊铺厚度、平整度，摊铺时自动调平等厚摊铺；非接触式平衡梁必须经试运行检测满足要求后方可用于摊铺。

G.摊铺时，螺旋布料器内混合料始终处于2/3直径的位置连续布料。

H.在摊铺过程中，设专人指挥运输车卸料，料车在摊铺机前10cm～30cm处停车，挂空档，靠摊铺机的推动前进。

I.摊铺温度不低于150℃，同一天摊铺的沥青混合料，其摊铺温度要趋于一致，避免造成压实度不同。

J.摊铺机在摊铺过程中要匀速、缓慢、不间断地行驶，行驶速度控制在3m/min。

3.3.2 碾压 ：

SMA的碾压原则：紧跟、慢压、高频、低幅。摊铺后立即压实，

不得等候。SMA路面碾压宜采用钢轮压路机初压1～2遍，复压2～4遍，终压1遍。碾压过程中压路机紧跟摊铺机，缓慢匀速。采用振动压路机时，宜用高频率、低振幅。

（1）SMA混合料是骨架型密实混合料，压实SMA混合料并不需要强大压实功能，过强的压实功能将会破坏SMA粗集料骨架结构。SMA混合料有效压实时间较短，施工时必须趁热打铁，及时进行压实，严防低温过度碾压。

（2）SMA混合料铺筑中通常采用2～3台10～12t双振双驱光轮压路机进行静压或加振碾压。不应采用轮胎压路机压实SMA路面，因为采用轮胎压路机压实不仅因轮胎容易粘附SMA混合料而形成表面缺陷，而且易造成玛蹄脂上浮使SMA丧失表面构造，对SMA路面质量造成负面影响。

（3）在压实工艺上，必须摈弃传统的压实观念。压实应采用一步到位的压实方式，在混合料冷却到规定的压实终结温度（一般不低于130℃）之前，以最短的时间将混合料压实到规定要求。一般在铺筑层任一位置压实4～6遍（往返1次为l遍），即可达到要求的压实度。沥青混合料的压实是保证沥青面层质量的重要环节，应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤。为保证压实度和平整度，初压应在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在摊铺后较高温度下进行。初压严禁使用轮胎压路机，以确保面层横向平整度。碾压应该遵循以下原则：A.少量喷水，保持高温，梯形重叠，分段碾压。B.由路外侧（低侧）向中央分隔带方面碾压。C.每个碾道与相邻碾道重叠1/2轮宽。D.压路机不得在未压完或刚压完的路面上急刹车、急弯、调头、转向，严禁在未压完的沥青层上停机。E.振动压路机用振动压实，需停驶、前进或后返时，应先停振，再换挡。

3.4 接缝施工。

由于SMA混合料具有更多的粗集料与劲度更大的结合料，因而在SMA铺筑面设置接缝比在密级配混合料中更加困难。SMA上面层的纵向接缝应与规定的车道线相一致，不同层次纵向接缝之间的距离应不少于15cm，横向接缝之间的距离不少于1m。接缝处摊铺混合料时应调整好预留高度，以保证接缝处的平整度。为保证获得平整密实的接缝，碾压工艺非常重要，接缝处应优先碾压和趁热高温时碾压，如有可能，横向接缝应采用横向碾压。施工接缝的处理沥青混凝土路面的施工缝位置往往因为碾压不密实，很容易产生裂缝、松散、台阶等质量缺陷，因此，我们在施工过程中应该重视施工接缝的处理。

3.4.1 纵缝施工。

在同一天铺筑的两个车道，两车道沥青混合料摊铺的宽度应该重合3～5 cm，后摊铺的混合料高度应该要高出已经压实的路面高度，确保接缝处的压实度。对于非同一天铺筑的两个相邻车道，或者同原有的旧沥青路面相接的纵向施工缝的处理，首先，在摊铺前就应该将原有路面的边缘凿齐，并将松散部分全部清理干净。接缝面应该垂直，并在其表面涂刷一层沥青粘合层后，才可以铺筑新的沥青混合料。摊铺后立即进行碾压，碾压时压路机的大部分应该落在原有路面上，只留10～15 cm的宽度压于后铺筑的路面上，然后逐渐向新铺筑路面上移动。

3.4.2 横缝施工。

横向施工缝应该与路线的中心线垂直。接缝施工时应该先将接缝处修整齐平，然后用热沥青覆盖，覆盖厚度约15 em，等到接缝处沥青混合料软化以后，将覆盖的热沥青混合料清除，立即换用新的沥青混合料进行铺筑，随后用热夯将接缝边缘夯实，并将接缝处整平，接着立即用压路机沿接缝边缘压实。双层沥青混凝土路面的横向接缝应该做成台阶状，上下台阶相互错开20～30 cm。

4. 施工质量控制

在新建的公路上大面积铺筑SMA抗滑表层，必须先铺筑试验路段，其长度不短于500m，以验证SMA混合料的设计、生产配合比及施工工艺，是否符合规范的要求，路面的外观质量、平整度、结构深度是否达到标准要求，以及还有哪些不足需要进一步完善与强化达到标准。

4.1 原材料的质量控制。

对SMA所用矿质材料，必须在进场前进行严格的检查试验，对粗集料、细集料、填料取样筛分，符合SMA混合料质量标准的方可进场，不符合要求的不准进场。同时，料场不要轻易变动，矿质材料数量较大，应定期抽验。沥青及纤维稳定剂的检验，也要定期进行分析试验，并有详细的检验与试验记录，以备查验。

4.2 SMA混合料拌和质量控制。

SMA混合料的拌和，按规定上、下午各抽样检查一次，对已拌和好的混合料检验其矿料的级配、油石比，并进行马歇尔试验，以核对其生产配合比。

4.3 SMA施工过程中的质量控制。

SMA混合料摊铺时一律采用浮动平衡梁的办法，控制其厚度、横坡、表面平整度。摊铺与碾压过程中经常测定温度，混合料的温度是关键，温度失控将带来严重后果，一定要把握好各阶段的温度，以确保SMA的质量。发现问题及时纠正，认真填写各个阶段的质量检查记录，真实反映路面施工质量。

5. 结束语

沥青混凝土路面在道路工程建设中逐渐占据主置，其施工工艺也在不断完善与优化。在沥青混凝土路面施工过程中只有把握好原材料的控制、混合料的拌和质量控制、摊铺质量控制、碾压质量控制等，才能控制好公路沥青路面施工质量，为人民的行车提供一个安全、舒适的载体。此外，提高施工单位的质量意识及质量管理水平也是相当关键的。沥青玛蹄脂碎石SMA路面是一种特殊的沥青路面，与常规沥青路面相比，要求高、技术严。通过以上关键点的控制，可以达到质量要求。140℃；复压要求的是稳定、密实、成型，因此，可以采用常用11～13 t振动压路机及20～25 t轮胎压路机，使得沥青混凝土的压实度达到要求，复压的温度应该在100～120℃左右；终压的目的是消除轮迹，一般采用宽幅重型压路机。

[文章编号]1619-2737（2013）11-18-851

[作者简介] 雷宇珍（1973.6-），女，工作单位：山西省柳林县交通运输局，1996.7月毕业于山西省交通学校，专业：公路工程管理专业。