沥青玛蹄脂碎石路面在公路施工中的应用

高中鹤，刘 刚

(黑龙江省龙建路桥第二工程有限公司)

1 SMA特性

SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。沥青结合料主要提高沥青混凝土的感温性(即高温稳定性和低温韧性)、防止混合料分散并提高路用性能，通常采用改性沥青。改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂(改性剂)，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。

改性沥青SMA路面具有如下特性:

(1)改性剂必须完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能;

(2)改性沥青及SMA混合料具有粗集料多，矿粉多，改性沥青结合料多，细集料少，掺纤维稳定剂，材料要求高的特点。特别是对粗集料的坚韧性、颗粒形状和棱角性的要求很高;

(3)只有在高温状态下碾压才能达到密实效果，且不产生推拥;

(4)改性沥青及SMA混合料致冷后非常坚硬，强度高。

SMA属于间断级配的沥青混合料，它既有一定数量的粗集料形成骨架，又有足够的细集料填充到粗集料之间的空隙中去。沥青用量比普通混合料高1％以上，因此使它同时具有较高的粘结力和内摩阻力。SMA明显特点是三高一低一剂，即高用量的轧碎粗骨料，以提高抗车辙能力;高沥青用量和高矿粉用量，促使沥青膜加厚，混合料孔隙小，其耐水性、耐老化性能和耐久性能都有提高;低的细集料含量;添加纤维稳定剂，在混合料中起加筋、分散、吸附、吸收沥青和稳定的作用，并通过增加沥青与矿料之间的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力，改善胶结剂(玛蹄脂)的高低温性能，增强混合料的抗裂、耐磨能力。这也是SMA混合料组成设计必不可少的前提条件和依据。

将SMA与普通的密集配沥青混凝土AC相比，AC的组成中细集料大体上占到一半，从钻芯试件可以清楚地看到沥青砂浆已经把粗集料撑开，粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆中，彼此相互并未精密接触，由于粗集料之间有相当大的空隙，故而交通荷载主要是由沥青砂浆承受，AC抵抗荷载变形的能力很大程度上受到矿料级配、矿料间隙率、空隙率以及沥青砂浆比例的影响，在高温条件下沥青砂浆的粘度变小，承受变形的能力急剧降低，很容易产生永久变形，造成车辙、推拥等，而SMA的组成中，粗骨料骨架占到70％以上，混合料中粗集料相互之间的接触面或支撑点很多，细集料很少，玛蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的间隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受，由于粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，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，对这种抵抗能力的影响也会很小，因而有较强的高温抗车辙能力，而这一点是极其重要的，即充分利用了集料嵌挤作用提高高温抗车辙能力。当然AM同样有相当多的粗集料，也有良好的石料嵌挤作用，但使用沥青较少，空隙率太大，沥青与集料的粘结性不足，集料之间充满了水分，水分对混合料的浸蚀使沥青与集料脱开造成剥落，很容易造成雨季大面积破坏，而且低温抗裂也不好，所以沥青碎石的耐久性很差，AK也存在同样缺点。

2 SMA设计中应注意的问题

(1)空隙率指标。马歇尔试件的空隙率应采用表干法测定，试件的空隙率主要由沥青用量控制的，减少沥青用量使空隙率增大。我国的SMA沥青用量相对较少，经常会遇到空隙率偏大的情况。但是如果沥青用量不能再大，再增大可能会泛油，例如出现油石比已经超过6.0％，而空隙率仍然大于3％～4％的情况时，必然是集料的间隙率太大的缘故，此时只能适当增加4.75mm的通过率，如果VMA已经大于17％，沥青用量也不多，空隙率偏小，达不到3％那很可能是测定的精度不足，应进行复查。在计算空隙率的基准密度时，从理论上讲以采用实测的最大密度为好，但现在SMA沥青混合料大都用改性沥青，这样混合料在水中的分散往往比较困难，这时就要求用计算的理论密度。在计算理论密度时又会遇到困难，那就是纤维的密度和纤维吸收沥青的问题，矿物纤维和有机纤维吸入纤维内部的沥青少，而木质纤维吸入沥青较多，影响势必增大，如果将纤维的比例忽略不计，实际是将纤维算成集料了，其比例的差异将使计算的空隙率变大，另外，计算理论密度时，除5mm以下的石屑等难以测定的部分外，集料密度应采用毛体积相对密度。

(2)SMA的马歇尔稳定度一般比普通密级配沥青混凝土要小得多，其原因是因为马歇尔试验的荷载方式对SMA是不利的。马歇尔试验表面上是受压，其实试件内部的破坏是受拉而致。SMA材料有70％以上是接近于单一粒径的粗集料，在受压时能产生相互嵌挤而不能抗拉。混合料中主要依靠沥青玛蹄脂结合料抗拉，但在试验温度60℃时粘度低，对受拉不可能产生多大的抵抗，因而马歇尔稳定度较低，一般在5～8kN左右。但是，马歇尔稳定度低并不意味着SMA高温稳定性差，马歇尔试验的目的主要有配合比设计时确定最佳沥青用量和施工中进行质量检验。SMA的高温稳定性主要由车辙试验的动稳定度和抗永久变形能力来表达的。

(3)根据试验，马歇尔试验的流值一般要比普通沥青混凝土大，尤其在使用改性沥青的情况下更是如此。尽管马歇尔试验的稳定度和流值并不像普通热拌沥青混合料那么重要，但马歇尔试验仍是拌和厂的主要质量检测项目，其目的是首先检测混合料试件的密度和空隙率、VMA、VCA、VFA等四大体积指标，以确定是否满足SMA构成的必要条件，同时检测马歇尔试验的稳定度和流值，测试马歇尔试验的稳定度和流值目的是主要看试件质量的稳定性，是否能稳定在一个基本不变的水平上。

SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水稳定性及耐久性好，和AM路面的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，以及AK路面抗滑性能等优点，同时克服了AC路面的高温稳定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水损坏性能差的特点，形成一种新型的沥青混凝土结构，值得推广和应用。