从工程实例看SMA路面配合比设计方法

【摘要】结合SMA的特点，着重介绍了京沪高速公路SMA上面层材料情况及配合比设计

【关键词】工程实例SMA路面 配合比设计方法

Abstract: Based on the features of SMA, emphatically introduces and mix design of the Beijing-Shanghai Expressway SMA surface materials

keyword:project; SMA pavement; mix design method

中图分类号：U416文献标识码：A 文章编号：

SMA路面作为优秀的抗滑表层已经得到大量应用，其优越性得到了实践的检验，我们山东省自从日东高速竹曲段试验成功以后，先后很多路都采用了此项新的技术。京沪高速临沂段路面大修，就是采用的此项技术。都取得了很好的社会效益和经济效益。现将近几年的配比

设计成功经验归纳如下：

1．原材料

SMA是一种间断级配的沥青混合料，具有粗集料多，矿粉多，沥青含量大(一般采用改性沥青 )，细集料少，添加纤维等特点。SMA大量的粗骨料形成紧密嵌挤的骨架结构，纤维、矿粉， 沥青和少量细集料组成的玛蹄脂填充其孔隙，这种结构组成使得SMA具有许多其它结构不可比拟的优点：良好的抗车辙、抗裂、抗滑、水稳定和耐久性。为充分发挥其结构上的优越性，SMA对材料的质量要求也较为严格，因此，把好材料关是配合比设计的一个关键。

1 .1沥青结合料

SMA所使用的沥青要求粘结性好，针入度小，软化点高，高温稳定性和低温韧性好。因山东省所处地区夏季高温且持续时间长，沥青路表温度最高可达50-60℃，因此设计采用抗高温性能比较好的改性沥青。

1.2矿料 1.2.1粗集料是SMA质量控制的关键。为了保证紧密嵌挤骨架结构形成，SMA对粗集料有严格的要求，要求100%轧制(至少90%)，圆集料至少有两个破碎面，形状接近立方体，纹理粗糙， 针片状含量小，耐久性和坚固性好。 1.2.2细集料虽然在SMA中含量不多，但对SMA性能的影响也不小，一般要求尽量多用人工砂， 并且应坚硬、多棱角、有一定的表面纹理、无塑性。

1.2.3矿粉对混合料产生“加劲”效应，降低沥青的流动性，增加其粘度。SMA中矿粉用量比普通沥青混合料大很多，是玛蹄脂的主要成分，其质量对混合料的稳定与抗车辙能力有很大关系，因而对矿粉的质量和用量应给予重视。矿粉的亲水系数应小于1，小于0.075mm颗粒的含量应大于75%。 1.3稳定剂 纤维是SMA极其重要的稳定剂，它具有稳定、分散、增粘、防滴漏等作用。一般采用絮状木质素纤维，用量为0.3%。

2 配合比设计

SMA马歇尔技术指标与要求

2. 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。2.2 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，当采用改性沥青时尤其如此。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2-5mm范围内。2.3 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%。

SMA的配合比不能完全依靠马歇尔配合比设计方法，我们采用美国推荐的体积法,由体积指标确定，稳定度和流值不是主要指标。我们主要采用马歇尔试验方法进行配合比设计，同时进行其它必要的检验。配合比的设计级配范围及设计参数见2005年1月1号刚实施的《沥青路面施工技术规范》。下面以我们在京沪路路面大修路采用的SMA-13为例，原材料采用3种玄武岩，纤维为木质纤维，沥青为SBS-70改性沥青,设计空隙率为4%.

2.4设计初试级配

SMA-13级配是以4.75筛为关键性筛孔，在工程级配范围内调整各种矿料比例，设计三种不同粗细的初试级配，其通过率分别处于级配范围中值3%附近。矿粉为10%左右。选择级配的原则为:VCAmix16.5%,当有一组以上的级配符合要求时,以粗集料骨架分界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配,在工程级配范围内调整3种矿料比例为:级配1：1-1.5:0.5-1:机制砂:矿粉=40:37:12:11 ;级配2: 1-1.5:0.5-1:机制砂:矿粉=40:34:15:11; 级配3: 1-1.5:0.5-1:机制砂:矿粉=40:40:9:11,有以往经验采用6.0%的沥青含量为初试沥青用量,在进行马歇尔试验时,试件击实温度要根据不同沥青采用不同的击实温度,SBS沥青的击实温度为165℃,双面击75次,采用表干法测试件密度,试验数据汇总如下:

由试验结果来看,三个级配都符合VCAMIX16.5,但级配2.3的空隙率偏大且稳定度不合格,决定采用级配1,其筛分结果为:

2.5确定最佳沥青含量

按照5.7%,6.0%,6.3%的沥青含量进行马歇尔试验,试验结果如下

马歇尔试验结果

由试验结果,我们绘出空隙率曲线来,设计空隙率4%对应的沥青含量为最佳沥青含量,因此确定最佳沥青含量为6.05%

3配合比的检验

为全面检验配合比的性能,对目标配合比进行了如下检验

各项指标均满足要求,由此说明SMA的配比是合理的，由此确定目标配比为:1-1.5:0.5-1:机制砂:矿粉=40:37:12:11

4 生产配比设计

4.1按上述冷料仓的比例经过拌和机的二次筛分，再从热料仓取料筛分，把筛分结果进行合成，调整出3个接近目标级配的配比，分别为4#仓：3#仓： 1#仓：矿粉=25：52：12：11，4#仓：3#仓：1#仓：矿粉=25：55：9：11，4#仓：3#仓： 1#仓：矿粉=25：49：15：11然后加6.0%的沥青在拌和锅中拌成成品料，分别取样进行抽提筛分，这样做的目的是根据拌和站的性能找出准确的接近目标配比的比例，我们没有用2#仓的料，因为我们这个拌和站2#仓的筛子是3mm-5mm之间，而SMA的级配是间断级配，这个仓的料用不着。这个仓的料是废掉的。筛分结果如下

由结果来看级配1更接近目标级配,选取级配1为生产级配。

4 .2确定最佳沥青含量

由确定级配1分别加5.7%，6.0%，6.3%的沥青拌和，分别取料进行马歇尔试验及抽提筛分试验,结果如下

马歇尔试验结果

抽提结果

由结果来看设计空隙率4%对应的沥青含量为6.0%,此配比的最佳沥青含量为6.0%.抽提筛分结果也不错.

5生产配合比检验

为对生产配合比进行可靠的检验，进行试验段试铺，分别取第3车，中间车，最后车的料，进行马歇尔试验，试验结果如下

马歇尔试验结果

对现场路面进行检测结果如下

对于构造深度现行规范没有明文规定,就这几年的施工经验来看,现场测试结果都在0.9-1.1之间,取得的效果是不错的,结果显示各项指标均符合规范要求,这个SMA配合比是成功的.

6 施工配合比控制

在生产中,要加大抽检频率,及时调整级配,级配的走向可能与目标配比有所不同,但要控制好关键性筛孔,4.75筛,2.36筛,0.075筛,经过认真论证后,认为4.75筛控制在设计值±1%,2.36控制在±1%,0.075控制在±0.05%,这样SMA才能形成真正的嵌挤结构,发挥SMA路面的真正作用。

结论

1SMA的配比要遵循以上几个步骤,才能调出成功的配比.干出优质优效的路面.

2 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。

SMA是从国外引入的一种新型路面沥青混合料结构，虽然SMA路面在高温抗车辙、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，在材料品质和质量控制方面也比AC路面要求高一些，但SMA结构的使用应结合各个国家各自的特点。我国的气候条件比较恶劣，各个地区之间的差别也比较大，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，这一点在国内有些地区的试验路上已经表现出来。因此我们必须用科学的态度，从本地区的实际情况出发，探索一条SMA路面应用的新路子。

参考文献:

［1］《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004, 中华人民共和国交通部。

［2］《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004, 中华人民共和国交通部。

［3］沈金安,《改性沥青与SMA路面》人民交通出版社，2001。