浅析改性沥青SMA混合料路面施工质量控制

【摘 要】SMA混合料路面由于具有较好抗滑能力、行车噪音较低、雨天水雾小、密水性好、耐久性好等表面功能，尤其是具有良好的高温稳定性和低温抗裂性，几十年来一直受到路面工程界的青睐。在SMA混合料路面施工中，确保原材料和拌制的成品混合料合格，及运输、铺筑、碾压等环节符合规范及设计的要求，是保证SMA路面内在质量以及外观美观的关键。本文以2013年G6京藏高速公路兰海段养护维修工程中大面积应用改性沥青SMA-13为工程背景，通过施工过程主要控制要点分析，进一步研究了影响SMA施工质量控制的方法，为确保成功进行SMA混合料路面施工积累了一定经验。

【关键词】SMA 改性沥青玛蹄脂碎石 施工 质量控制

1 工程概况

兰州（忠和）至海石湾高速公路是交通部规划的“五纵七横”国道主干线G6京藏线在甘境内的主要组成路段，也是甘肃省规划的“四纵四横四重”主骨架公路网中的重要组成路段。该项目原设计采用全封闭双向四车道高速公路建设标准，设计速度80公里/小时，其中单向行车道宽度2×3.75m，路拱横坡1.5%，桥涵设计荷载为汽车—超20级，挂车—120。本项目路面为沥青混凝土路面，上面层为4cm中粒式沥青混凝土，中面层5cm为中粒式沥青混凝，下面层为6cm粗粒式沥青混凝土，基层为30cm为水泥稳定碎石，底基层为20cm水泥石灰稳定土。该路段2001年12月开工，2004年11月建成通车。2006年以来，随着我国经济的增长，交通量逐渐增大，特别是近两年来夏季气候炎热和重载交通的增加，路面车辙（深达2cm—5cm）、龟裂等病害在兰海高速公路大面积产生。本项目采用5cm改性沥青玛蹄脂碎石（SMA-13）+10cm密级配沥青碎石（ATB-25）进行车辙处治。

2 沥青玛蹄脂碎石混合料的特点

沥青玛蹄脂碎石混合料Stone mastic asphalt（英），Stone matrix asphalt（美）（简称SMA）是20世纪60年代末期起源于德国的一种新型热拌沥青混合料。其具有以下特点：

2.1材料特点

（1）SMA是一种间断级配的沥青混合料，其材料自身具有“三多一少”的特点，即粗集料多、沥青多、矿粉用量多、细集料少。其中粗集料的掺配比例高达65—80%，用以形成嵌挤骨架结构；矿粉的用量多，达8—15%，用以增加矿料的比表面积；沥青用量多，油石比一般为5.8-7.5% ，用以增加混合料中的结合料；细集料用量少，以便形成间断级配。由于SMA混合料中较多的沥青和矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂，用以分散和吸收沥青、增加油膜厚度，这样在拌和时形成沥青玛蹄脂，可以增强沥青与集料的粘附性及混合料的抗拉强度。

（2）SMA的原材料要求高，粗集料必须特别坚硬，表面粗糙，针片状颗粒少，以便达到良好的嵌挤作用；细集料宜采用坚硬的机制砂；矿粉必须是磨细的石灰石粉；纤维必须具有耐高温和自身质量5倍以上的吸油率；沥青应有良好的高温稳定性和低温柔韧性。

2.2 SMA的路用性能特点

（1）高温抗车辙性能。在SMA的组成中，粗集料骨架占70%左右，细集料少，沥青玛蹄脂部分仅填充了粗集料之间的空隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受，由于粗集料间良好的嵌挤作用使沥青混合料具备非常好的抵抗荷载变形能力，从而提高了高温抗车辙能力。

（2）低温抗裂性能。在低温条件下抗裂性能主要由结合料的拉伸性能决定，由于SMA的集料之间填充了相当数量的沥青玛蹄脂，当温度下降混合料收缩变形使集料被拉开时，沥青玛蹄脂有较好的粘结作用，它的柔韧性使混合料有良好的抗低温变形性能，当使用改性沥青后更能增强混合料的低温抗裂性能。

（3）好的抗滑性能。SMA使用坚硬、粗糙、耐磨的优质石料同时采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大，提高了抗滑性能。同时也使路面在雨天行车不会产生大的水雾，降低路面噪音，路面噪声可降低3—5dB。

（4）良好的耐久性。SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，沥青膜较厚， SMA的空隙率很小，一般为3—4%，且沥青玛蹄脂与集料的粘结力好，几乎不透水，使混合料受水的影响小，混合料的水稳性有很大改善；空隙率小使沥青与空气的接触少因而混合料的抗老化性能良好。

3 原材料质量控制

由于SMA对原材料的要求高，对原材的质量要严格控制，所以在施工之前应对各种材料进行调查，按规范要求对各种原材料进行试验，符合SMA路面使用要求的各种原材料， 经检测确认合格后方能进场。

3.1集料质量控制

（1）集料的料源管理。路面工程在集料管理上一定要强调源头管理，即重视到生产料场去管理、监督，不能仅在拌和场坐等收料。集料质量源头管理的关键环节有：1）管理好石料品种，面层集料优先选用中性及碱性料源，料源岩性符合设计要求，有没有风化。2）集料生产必须采用三级破碎。对于破碎机械，颚式破碎机只能用于粗破，二破采用反击式破碎，细破必须选择采用圆锥式、锥式等类型的破碎机。且每条生产线需配置二级以上吸尘装置。3）筛孔尺寸，按照集料的使用要求选择适宜的筛孔，注意筛孔形状有没有变形破损。4）对于开采母材的宕口，在爆破之前必须对表面风化层及土层进行剥离，获取坚硬洁净的块石进行集料加工。集料进场后按不同规格设置隔墙分仓隔离堆放、以免混料，堆料场要进行场地硬化，料仓墙顶要有明显标示每个料仓内集料规格，防止上料时装错料，集料要有防雨设施（如防雨棚），尤其注意保持细集料干燥不结块，因为SMA的细集料用量少，其拌和楼对应冷料仓上料电机转速较低，如果细集料潮湿结团，造成下料困难，势必需要加快电机转速，但这样细集料用量就会增大，所以应尽可能保持细集料干燥。经常检查进场集料品种、规格、针片状颗粒含量、压碎值、粘附性、含泥量、含水率和风化石含量等指标，集料质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004和设计文件的技术要求。

（2）粗集料。粗集料是SMA沥青混合料的骨架，集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚韧性、集料的颗粒形状和棱角性。可以说，粗集料的质量好坏是SMA成败的关键。粗集料采用石质坚硬、耐磨、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石。

（3）细集料。细集料不得采用天然砂，一般应采用石灰岩等碱性硬质碎石轧制的机制砂作为细集料，这是因为机制砂是经过坚硬岩石反复破碎制成具有良好的棱角和嵌挤性能，同样对提高混合料的高温稳定性有益；当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，砂当量大于60，且不得含有泥土、杂物。

3.2填料

填料必须采用由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。矿粉塑性指数小于4，亲水系数小于1，应保持干燥，不含杂质，能从矿粉储料罐自由流出，其综合技术指标应符合规范技术要求。在拌和楼拌制混合料过程中除尘装置回收的回收粉不得作为填料用于SMA混合料拌制。

3.3沥青结合料

用于SMA沥青结合料必须具有较高的粘度、与集料有良好的粘附性，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性，所以选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青，一般宜选用改性沥青作为粘结料。在兰海路养护维修工程中为保证使用的SBS I-C改性沥青质量，对所进场沥青每车检验，除三大指标试验外，还检测老化后（RTFOT试验）相关指标是否符合要求。

3.4纤维稳定剂

SMA的纤维稳定剂可采用木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维等，以改善沥青混合料的性能，吸附沥青（吸油率可达自身质量的5倍以上），减少沥青析漏，纤维应能承受250℃的高温，并保持化学稳定，对环境和人体不造成危害。在兰海路养护维修工程SMA-13混合料采用木质素纤维作为稳定剂，木质素纤维的掺加量控制在混合料用量的3‰-4‰之间，木质素纤维应存放在避雨、防潮的库房内，纤维不受潮结块，以保证纤维在沥青混合料拌和过程中均匀地分散。

4 改性沥青SMA路面的施工质量控制

4.1SMA混合料的拌和

（1） SMA混合料宜使用3000型以上的间歇式拌和机拌制，根据试验室提供的生产配合比进行生产控制，严格控制各料仓的材料用量，SMA混合料配比和级配通过反复试验确定，其过程与普通沥青混合料配合比设计过程基本相同。

（2）为确保混合料的拌和质量，必须根据配合比对拌和设备的参数进行适当的调整，严格控制搅拌时间，最佳的拌和时间与集料的级配、沥青用量、木质素纤维投料后拌和时间、集料和沥青加热温度等多因素有关，材料添加及搅拌时间顺序如下：1）各种热矿料按设定重量投入拌和缸中；2）同时将设定重量的纤维掺加剂加入拌和缸；3）矿料和纤维干拌10—15秒；4）再投入矿粉拌和2秒，5）喷入沥青；6）搅拌30—45秒。在试拌时，视混合料情况拌和时间可相应增、减，但每锅最短拌合时间不得小于60秒，经试拌确定的最佳拌和时间存储到拌合楼电脑控制系统，用于控制正式拌和。

（3）纤维稳定剂可由称量准确性高的投料机添加，该设备应计量准确以保证混合料的质量，也可人工添加，即将纤维按一定的比例通过一个投料口直接加入拌和缸中。

（4）改性沥青SMA混合料的温度控制范围为： 集料加热温度：190-210℃ ，改性沥青加热温度：165-175℃ ，成品混合料温度：175-185℃。改性沥青SMA混合料对温度特别敏感，成品料温度低于160℃和超过195℃时应予以废弃，因此必须严格检测和控制各原材料加热温度和成品料的温度。

总体而言，改性沥青SMA混合料的拌制工艺类似于普通热拌沥青混合料，但由于所用沥青及SMA混合料级配的不同，决定了其难以拌和。合格的SMA 混合料应拌和均匀，目测无花白料、冒青烟，纤维均匀分布在混合料中，混合料无离析、结块或沥青析漏等现象。其拌和时间和温度与普通热拌沥青混合料对比如表1所示。

表1 拌和时间和温度与普通热拌沥青混合料对比表

4.2混合料运输

（1）改性沥青SMA混合料宜采用大吨位（载重宜大于20吨）自卸汽车进行运输，未装料前车箱内应清扫干净，为防止热混合料与车箱粘结，应在车厢和底板用油水混合液（水和柴油，比例一般为3：1）涂刷，并保证车箱底部不得留有余液。

（2）混合料装车时，每车应分三至五次装料，第一次为车箱的前1/3处，拌和楼向运料车放料时要及时前后移动车辆，做到平衡、均匀装料，控制车内每次堆料高度，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料。

（3）运输车辆的车厢两侧应加装保温隔热材料，混合料装车装满后用厚帆布防雨篷布覆盖，在运输途中起到保温、防雨、防污染的作用，有效防止改性沥青SMA混合料在运输过程中因热量散失快而在表层结成硬壳。

（4）混合料运至施工现场卸料前，由现场施工技术人员逐车检查并测量温度，运输车辆在车厢中部打孔以检测出场及运至摊铺现场时混合料温度，温度高于195℃或低于160℃的混合料坚决不使用。沥青混合料运到施工现场后，若发现温度过高或过低和花白料等不合格现象按废料处理，并通知拌和厂进行改进和调整。

（5）为了保证连续摊铺，开始摊铺时，现场待卸料车辆不得太少，运输能力应略高于拌和能力，保证施工过程中摊铺机前方保证始终有运料车等候卸料。

5 改性沥青SMA混合料的铺筑

5.1摊铺

（1）改性沥青SMA混合料不应在气候寒冷、阴雨的季节施工。 施工的最佳温度在20℃以上，低于15℃不宜摊铺改性沥青，当外界温度较低时可适当提高混合料的搅拌和摊铺温度，或在拌制混合料时加入温拌剂，使SMA混合料能在相对较低的温度下进行拌和及施工，同时保持其使用性能不降低。

（2）改性沥青SMA混合料现场摊铺温度宜控制在165-175℃的范围内，且料温不低于160℃。

（3）摊铺开始前预热摊铺机熨平板至100℃以上，调整好自动找平装置，夯锤和熨平板的振动频率。根据摊铺厚度确定好松铺系数，在起步时，熨平板下应用硬木衬垫至施工厚度，运料车辆卸料时， 运输车辆不得撞击摊铺机。摊铺起步速度控制在1-2m/min，正常铺筑时速度控制在2-3m/min，并应连续匀速铺筑，摊铺过程中，不得随意变换速度或中途停顿，注意与供料速度相匹配，保证拌合、运输、摊铺的连续性、一致性、协调性。

5.2改性沥青SMA路面的碾压

碾压过程是SMA面层施工中的重要环节，改性沥青SMA混合料是一种粘稠而很难压实的材料，它的压实性能对温度十分敏感，因此其碾压工艺与普通热沥青混合料的压实应有所区别，主要是：

（1）碾压改性沥青SMA应遵循的八字原则为“紧跟、慢压、高频、低幅”，并合理地选择压路机组合方式及碾压步骤。在兰海路养护维修工程施工过程中是采用两台双钢轮压路机组合碾压，初压用双钢轮压路机刚性静压2遍，复压采用振动压路机高频、低振幅碾压3～4遍，终压采用振动压路机关闭振动静压2遍。

（2）改性沥青SMA压实温度的范围及控制比普通沥青混合料更为严格。通常初压应该在SMA混合料摊铺后温度尽可能高的状态下开始，初压的起始温度控制在170℃左右，且应不低于160℃，并尽快完成初压工序；复压温度不低于140℃，终压温度不低于120℃，碾压终了温度不低于110℃。

（3）改性沥青SMA宜刚性碾压，一般不允许采用轮胎压路机碾压，轮胎压路机碾压的搓揉使混合料里的玛蹄脂上浮，导致构造深度降低或路面泛油；碾压要充分使压实度达到规范要求但又要防止过碾压，在碾压过程中如有粗集料的压碎、压掉棱角、嵌挤骨架破坏、沥青马蹄脂上浮等现象，应立即停止碾压。同时不得在低温下反复碾压，以免造成集料的棱角磨损、破碎、破坏集料的嵌挤作用。

（4）SMA混合料路面施工结束后，应在表面温度下降到50℃以下，方可开放交通。

6 施工体会

6.1试验段铺筑的必要性

SMA路面的施工工艺要求很严，大面积施工前，必须先铺筑试验路段，试验段选择长度不少于300米的直线段为宜。通过试铺试验段检查调试各施工设备的使用性能，了解生产能力、材料供应与运输能力、确定摊铺进度与碾压设备的匹配，用以解决试拌与试铺两个阶段的相关问题。即通过试拌要确定拌和楼上料程序、上料速度、拌和时间、纤维添加方式和计量、调整和确定生产配合比和油石比、拌和温度等；试铺阶段需要确定摊铺方法、摊铺温度、摊铺速度、松铺系数、压实顺序、压路机型号与组合方式、碾压温度和速度、静压和振压最佳遍数、接缝处理等问题，通过试验段铺筑取得的SMA拌和、试验、施工等经验数据，用于指导后续路段SMA沥青路面的施工。

6.2拌和楼外加剂添加设备的安装

由于在兰海路施工时使用1300型拌合楼，改性沥青SMA拌和过程中使用外装投料设备添加木质素纤维，试验段施工前期投料机添加口直接接在拌缸上，投料机工作时产生大的风力使集料称重传感器受到浮力，导致热料仓进入拌缸的集料称重时发生了误差，对于型号较小的1300型拌合楼每锅拌和量设定添加各种热集料为1.1吨，投料机添加木质素纤维时浮力产生的误差使实际集料多添加约200千克，严重影响了生产配合比的准确性，误差率高达18.2%；查明原因后将投料机的投料口改接至拌缸的人工喂料口，并在投料口加装一排风装置，投料机在拌和楼添加木质素纤维信号发送提前5s将设定一定质量的纤维吹到带排风装置的投料口，待拌和楼添加纤维信号发出投料口直接将称量好的木质素纤维投入拌和缸内搅拌，消除了添加设备对拌和楼生产配合比的影响。

6.3 SMA面层施工能否使用轮胎式压路机的简单探讨

《沥青路面施工技术规范》及《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》要求为防止SMA混合料因轮胎压路机的搓揉挤压作用而使沥青马蹄脂上浮，使压实效果达不到要求，SMA混合料不宜使用轮胎压路机碾压。但在兰海路车辙处治路段SMA面层施工过程中，在测试已铺筑改性沥青SMA-13上面层路段构造深度较大的情况下，我们也尝试后续部分路段施工用轮胎式压路机进行复压，碾压遍数以1—2遍、且不致造成路面构造深度降低或泛油为宜，整体碾压效果良好。

6.4压实度控制

SMA路面压实度控制应以碾压工艺为主，钻芯取样检测和渗水试验为辅，尽可能避免路面钻芯检测压实度，因为钻孔填补后压实度必然不足，钻孔处将成为日后出现坑槽等水损坏病害的一个诱因。

参考文献：

[1]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004人民交通出版社.

[2] 荆农《沥青路面机械化施工》 人民交通出版社2005.

[3]《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》SHC F40—01—2002中国工程建设标准化协会公路工程委员会.

作者简介：马明（1979—），男，汉族，2005年毕业于兰州交通大学工程管理专业，现为兰州公路管理局高等级公路养护管理中心工程师。