关于SMA路面配合比设计的质量控制的探讨

摘 要：本文主要首先论述了SMA混合料结构的特点，继而概述了SMA路面配合比设计的要点，最后就SMA质量控制进行了相关的探讨，希望能对SMA路面配合比设计起到一定的作用。

关键词：SMA路面；配合比；马歇尔；沥青；空隙；摊铺

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：

伴随着经济的飞速发展，道路承载的压力也越来越大，传统的沥青路面在多车辆和恶劣环境下慢慢的凸显其不足之处，尤其是在高温容易引起推移，低温出现开裂，雨天易出现水损坏等各种问题。SMA路面良好的耐久性、抗变形能力和防滑、降噪反光能力，使得SMA路面成为了目前优秀的抗滑表层，在公路与市政道路建设中得到了广泛的应用，其优越性也日益凸显，但必须控制SMA路面配合比设计的质量，才能充分发挥其良好的社会和经济效益。

一、SMA混合料结构优点

SMA源于德国，沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Matrix Asphalt)简称为SMA。它是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂胶泥填充并裹覆间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料。

SMA路面结构的优点主要有以下几点：

一切以最大限度的增加内摩擦角为准则。配制间断级配的粗集料，使其形成相互嵌挤锁结的骨架，然后用足量的沥青玛蹄脂填充骨架空隙，比起传统的沥青混合料，在高温下稳定性好、能抗车辙、不易变形、能抗老化、寿命长等优点。

良好的抗疲劳性能和抗反射裂缝的能力。因为粗集料的表面有很多沥青玛蹄脂包裹，在温度降低的情况下，混合料的收缩变形使集料被拉开时，沥青玛蹄脂的粘结作用也还好，它良好的韧性和柔性使混合料能在低气温下仍然不易变形。

内部孔隙率小，不透水，抗水损害能力强，再者因为间断级配能在路表面形成较大的孔隙，构造深度大，使路面具良好的抗滑性能。还有就是它能完好的降低噪音，使溅水情况减少，使车辆防止水雾的干扰。

二、SMA配合比设计

（一）原材料选择

a、沥青结合料

与传统的沥青路面比，SMA路面上的沥青的粘结性更好，针入度小，软化点高，高温稳定性和低温韧性好。特别是在那些夏季温度较高且持续时间较长的地区，沥青路表温度最高可达50℃～60℃，所以设计时刻选用抗高温性能比较好的改性沥青。

b、粗集料

SMA路面所使用的粗集料通常采用硬质岩(如玄武岩、辉绿岩)或石灰岩，在选料之前首先需对粗集料的磨耗损失、针片状含量的指标有一定的了解，这两个指标对所选粗集料是易破损程度有重要的影响。所选的粗集料应保证洁净、干燥、无风化、无杂质，并具备有足够的强度和耐磨耗性，粒径规格也要符合设计要求。

c、细集料

为进一步地提高公路的使用性能，沥青路面表层宜使用人工机制砂作为细集料。特别是高等级的公路，沥青混合料天然砂用量不宜大于20％，这是因为天然砂的质量变化较大，而与沥青粘附性较差，且表面形状光滑无棱角，含有害物质，从而不能去充分发挥粒料间的摩擦作用，而硬质岩压制而成人工机制砂正好能弥补这一缺点。

d、填料

填料通常采用磨细的石灰石矿粉，但在有些工程中，为提高沥青混合料的抗水损害能力，可使用生石灰粉去替代部分的矿粉，但生石灰粉的用量不得超过矿粉总量的30％，并控制在矿料总量的2％以内。SMA中的矿粉的用量较传统沥青混凝土的用量要多一倍以上，往往在8～12％左右，如矿粉数量太少，不足以形成沥青玛蹄脂，所以控制好矿粉的分量和质量是至关重要的。

e、稳定剂

纤维是SMA的一种相当重要的稳定剂，它具有增粘、防滴漏等作用。—般采用絮状木质素纤维，用量不宜少于0.3％，矿物纤维不宜少于0.4％。

（二）配合比设计

SMA的配合比设计就是要以通过确定骨架与玛蹄脂两部分各种材料的规格比例的方式，来保证形成粗集料的空隙正好为玛蹄脂所填充。

SMA马歇尔技术指标与要求：

a、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，但稳定度检验必须合格。

b、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。

c、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，混合料中沥青老化决，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％～4％，对高温稳定性要求较高的重交通路段或炎热地区，设计空隙率允许放宽到4.5％。

SMA的配合比不能完全依靠马歇尔配合比设计方法，可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。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。下面以采用SMA-13，辉绿岩，纤维为木质素纤维，沥青为SBS改性沥青，设计空隙率为4％为例。

（三）目标配合比设计

a、确定矿料的初试级配

按照《路面设计施工指南》中SMA-B标准级配的建议，在工程级配范围内通过去调整各种矿料比例，来设计几种不同的初试级配，其通过率都要控制在级配范围中值±3％附近，矿粉数量均为10％左右。

b、初试沥青用量的选择及最佳沥青用量的确定

初试沥青用量的选择遵循三个原则：合成集料毛体积相对密度、以往成功路段的实践经验和参析漏试验的结果。采用表干法测定试件的毛体积相对密度，实测混合料的最大相对密度，最后通过计算得到混合料的理论密度，试件的空隙率、矿料间隙率及粗集料骨架间隙率等。然后选用不同的沥青用量来进行马歇尔试验，并根据空隙率确定最佳沥青用量。

（四）生产配比设计

在沥青混合料配合比设计过程中，生产配合比设计的结果直接用于生产，所以矿料级配与沥青用量应力求与目标配合比相近，这才是我们设计的核心。

a、选定振动筛的筛孔

振动筛的筛孔尺寸的选择参考两个因素：一要路面结构类型，二要原材料的粒径大小。

b、确定生产级配

从经过拌和机二次筛分后的热料仓中取样筛分，根据筛分结果，利用EXCEL软件运算，通过人机对话的方式，进行合成并调整出接近目标级配的配比。

c、确定最佳沥青用量和马歇尔试验

在初试沥青用量条件下制作好的试件，也可以取空隙率4％时的沥青用量作为最佳沥青用量，经计算出了空隙率值和最佳沥青用量，按已经确定好的生产级配加沥青进行拌和，然后分别取料去进行马歇尔试验及抽提筛分试验，来验证稳定度和流值是否符合SMA混合料的设计要求，由此最终确认最佳沥青用量。与普通的密级配沥青混合比设计的最大区别在于，SMA马歇尔试验配合比设计的重点是矿料各部分的级配，各种体积指标，沥青用量。

d、生产配合比验证

按生产配合比确定沥青用量的矿料比例进行试拌。经观察混合料拌和均匀，无花白料，测试拌和温度在165～170℃。在拌和场内进行，路外试验段铺筑，通过对试验段现场取样进行马歇尔试验、燃烧法测定油石比试验，均符合规范要求。试件在60℃的条件下做车辙测试，动稳定度为6190．28次／mm，满足设计要求。所铺筑的试验段碾压成型后经观测，摊铺均匀，颜色一致，无离析现象，钻芯后观测试样粗细分布均匀，骨料嵌挤良好，压实度均在98％以上，说明所确定的生产配合比是合适的，将其作为生产用的标准配合比，最后必须得到监理工程师批准，在生产过程中不得随意变更。