谈谈SMA沥青混合料

摘 要：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于间断级配的粗集料骨架中所形成的沥青混合料，它的最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分。SMA宜采用改性石油沥青，且采用比当地常用更硬标号的沥青。

关键词：SMA沥青混合料施工质量

中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号：

1 SMA的组成特点

1.1SMA是一种间断级配的沥青混合料，以SMA—16为例，5mm以上的粗集料，主要4．75～16mm的比例高达70％～80％，矿粉的用量达8％～13％，一般0.075mm的通过率高达10％，粉胶比远超出通常的1．2的限制。由此形成的间断级配，很少使用细集料，最大粒径根据层厚通常为9．5mm，13．2mm或16mm。

1.2需要加入较多的沥青，增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂。当采用木质素纤维时，用量通常为沥青混合料的0.3%；当采用矿物纤维时，用量通常为沥青混合料的0.4%。由于沥青结合料用量多，粘结性要求高，故选用针入度小，软化点高，温度稳定性好的沥青。最好采用聚合物改性沥青，以提高低温变形性能及矿料粘结力。SMA的矿料质量要求比普通沥青混凝土高。综合SMA的特点，可以归纳为三多一少，即粗集料多，矿粉多，沥青结合料多，细集料少。

2 SMA的形成机理

2.1密级配沥青混凝土AC—16型的组成中，集料5mm以下的部分大体上占到一半，从钻芯试件可以清楚的看到粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆中，相互并未紧密接触，其荷载主要是由沥青砂浆承受。在高温条件下，沥青砂浆的粘度变小，抵抗荷载变形的能力急剧下降，很容易产生永久变形，造成车辙、推拥等。而SMA的组成中，5mm以上粗集料占到70％以上，混合料中粗集料相互之间的接触面 (或支撑点)很多，车辆荷载主要由粗集料骨架承受，即使在高温条件下，由于粗集料颗粒之间良好的嵌挤作用，沥青混合料受沥青玛蹄脂的粘度下降的影响较小，仍有较好的抵抗荷载变形的能力。

2.2 SMA的粗集料之间填充了足够数量的沥青玛蹄脂，在低温条件下，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抗低温变形性能。SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，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大改善，具备良好的耐久性。SMA的矿料级配是间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大，一般能超过0.8～1.0mm，使得抗滑性能提高。同时，在雨天交通行车不会产生大的水雾和溅水，路面噪音可降至3～5db，全面提高了路面的表面功能。由于以上原因，SMA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。如果同时使用改性沥青，沥青玛蹄脂的性能将进一步大幅度提高。

3 原材料情况

3.1粗集料

SMA 混合料是依靠粗集料相互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，粗集料宜采用闪长岩，质地坚硬、表面粗糙。根据SMA材料的特性，在有条件的地方最好目前基本上采用玄武岩、辉绿岩等硬质的碱性石料。

SMA混合料的性质对集料4.75mm通过率十分敏感，要求针片状颗粒（1：3）含量不超过20%。

3.2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，细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质且有适当的颗粒级配，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。

3.3矿粉

3.3.1矿粉为沥青混合料的填充料，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。按照我国目前沥青路面施工技术规范，沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，要求干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。

3.3.2矿粉用量：SMA矿粉的用量大多控制在8%-12%范围内。我国在SMA-16级用为5.5%-7.5%。高的沥青用量是SMA混合料组成设计的特点。

3.4沥青材料 SAM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《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004)的要求。我国采用的标号应根据道路所在地区气候来确定。

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善热稳定性和低温性抗裂性。

3.5纤维稳定剂

3.5.1在沥青混合料中掺加的纤维稳定剂宜选用木质素纤维、矿物纤维等。纤维应在250℃的干拌温度不变质、不发脆。纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总质量的百分率计算，通常情况下用于SMA路面木质素纤维不宜低于0.3%，矿物纤维不宜低于0.4%，必要时可适当增加纤维用量。纤维掺加量的允许误差宜不超过±5%。

3.5.2纤维用量

SMA中纤维掺量以纤维占混合料重量之比表示。目前实际应用中，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。此外，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。 4 SMA混合料配合比设计

5.1目标配合比设计阶段。用工程实际使用的材料优选矿料级配、确定最佳沥青用量，符合配合比设计技术标准和配合比设计检验要求，以此作为目标配合比，供拌和机确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。

5.2生产配合比设计阶段。对间歇式拌和机，应按规定方法取样测试各热料仓的材料级配，确定各热料仓的配合比，供拌和机控制室使用。同时选择适宜的筛孔尺寸和安装角度，尽量使各热料仓的供料大体平衡。并取目标配合比设计的最佳沥青用量OAC、OAC±0.3%等3个沥青用量进行马歇尔试验和试拌，通过室内试验及从拌和机取样试验综合确定生产配合比的最佳沥青用量，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±0.2%。

5.3生产配合比验证阶段。标准配合比的矿料合成级配中，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值，并避免在0.3-0.6mm处出现“驼峰”。

一个好的目标配合比只是生产高质量沥青混合料的前提，好的设计能否在生产中落实还取决于生产配合比设计及验证。对生产配合比设计及验证过程中的冷料仓上料速度、振动筛布设、马歇尔试验操作过程等都应非常重视。

5 SMA混合料级配

6.1SMA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9%-10%，所以在集料级配中公称尺寸的通过率一般为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。

5.2设计初试级配

5.2.1 SMA路面的工程设计级配范围宜直接采用《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004)中表5.3.2-3规定的矿料级配范围。公称最大粒径等于或小于9.5mm的SMA混合料，以2.36mm作为粗集料骨架的分界筛孔，公称最大粒径等于或大于13.2mm的SMA混合料以4.75mm作为粗集料骨架的分界筛孔。

5.2.2在工程设计级配范围内，调整各种矿料比例设计3组不同粗细的初试级配，3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值±0.3%附近，矿粉数量均为10%左右。

6 SMA混合料技术指标

6.1试件成型的锤击次数

试件成型的密度不仅与锤击次数有关，而且与成型时的温度有关在温度偏高时，由于玛蹄脂的作用，锤击50次和75次都可使SMA达到骨料间都能紧密接触的效果，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，达不到骨料相互接触的状态。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。

6.2 SMA马歇尔技术指标与要求

6.2.1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。

6.2.2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2-4mm范围内。

6.2.3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%。

6.3 SMA混合料的其他控制指标

包括析漏、肯塔堡飞散损失、动稳定度ds、冻融劈裂强度比tsr。

结束语：SMA混合料与普通沥青混合料相比，其沥青用量以及矿粉用量要增加，同时还要加入纤维素。加之拌和时间的延长而降低拌和站的生产效率等原因，前者造价要高于后者，即SMA路面早期投资加大。但由于SMA路面所具有的良好路用性能，其平均寿命要高于普通沥青路面，从而可大大延长公路的维修周期，降低维修费用。同时SMA可用于铺筑更薄的面层，也可降低工程造价。因此，把建设、养护合为一体，从长远看，修建SMA路面是较为经济的。