讨论SMA混合料配合比设计与施工技术

薛纯 杨洲

摘要：SMA指沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone  Mastic Asphalt），是一种新型沥青混合料。SMA按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架，然后由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充骨架间隙而组成的沥青混合料。SMA混合料具有抵抗重载，抗滑、耐磨的优点，以至于目前广泛运用在各大高速公路上面层。其结构特点有粗集料多、沥青多、矿粉多、细集料少，将原材料进行合理的配合设计，可最大限度的提高路面的高温性能、低温性能、抗水性能以及抗滑性能。

关键词：配合比;原材料;混合料;试验;标准化

1、SMA混合料介绍

1.1、SMA与其他沥青混合料比较

在高速公路建设行业二期路面施工有很多混合料类型，包括传统AC、AC改进型、OGFC或PAC、SMA等。传统的密级配沥青混合料中，细集料较少，粗集料基本悬浮与沥青胶砂混合料中;OGFC开级配沥青混合料中，粗集料多，细集料少，混合料内部的接触状态大部分为粗集料接触状态，内部空隙较大;而SMA混合料具有大量的粗集料，而且粗集料颗粒之间紧密接触形成骨架，粗集料骨架间隙填充着沥青玛蹄脂。

1.1.1、AC密级配沥青混合料属于悬浮密实结构，这种混合料密实度较好，主要靠沥青胶砂的黏结力来提供强度，耐久性、低文抗裂性较好，但高温稳定性不足，容易产生车辙等病害，起表面构造深度也较小，作为表面层时抗滑性能较差。

1.1.2、OGFC沥青混合料属于骨架空隙结构，其结构主要靠较多的粗集料颗粒彼此接触，形成互相嵌挤的骨架，但较细集料数量较少，不足以充分填充骨架空隙，压实后混合料中的空隙较大，所以其高温稳定性和抗噪性较好，但低温抗裂性、水稳定性和疲劳耐久性较差。

1.1.3、SMA沥青混合料属于骨架密实结构。其设计理念在于，粗集料形成接触的骨架，粗集料骨架间隙中填充足够的沥青玛蹄脂。由于较多的粗集料形成骨架，在高温条件下，虽然沥青玛蹄脂的黏度下降，但交通荷载主要由粗集料骨架承受，所以SMA路面的高温抗车辙能力很好。SMA集料间填充了相当数量的沥青玛蹄脂，在低温条件下，混合料收缩变形迫使集料北拉开时，沥青玛蹄脂具有良好的黏结作用。它的韧性和柔性使SMA有较好的低温变形性能，因而SMA混合料也具有较好的低温抗裂性能。SMA混合料的密实程度较好，空隙率很小，沥青膜较厚，玛蹄脂与集料的粘结力也很强，所以SMA混合料具有较好的抗疲劳耐久性及水稳定性。SMA混合料采用坚硬、粗糙、耐磨的优质石料，矿料采用间断级配，粗集料含量高，所以表面构造深度较大，增加了抗滑能力和高速行车的安全性，在雨天交通行车还不会产生大的水雾和溅水。

2、SMA配合比设计

2.1、集料相关要求

2.1.1、粗集料相关要求

从SMA的形成机理可知，SMA混合料较高的高温稳定性来源于粗集料之间的骨架嵌挤作用，而集料嵌挤作用的好坏取决于粗集料颗粒的形状和棱角性、集料的石质和坚韧性。因此，用于SMA的粗集料必须满足抗滑表层混合料的技术要求，同时对粗集料抗压碎要求高，粗集料必须使用质地坚硬、表面粗糙、形状接近立方体的破碎石料。

由于SMA混合料在绝大多数情况下是用作磨耗层材料，所以要求集料具有优良的抗磨光性能。影响粗集料质量的一个主要指标是扁平状颗粒对混合料性能并无不利影响，但在达到一定界限点后负面影响就会加剧。所以，要求针片状颗粒含量小，提出小于10%的苛刻要求。

2.1.2、细集料相关要求

SMA混合料中，一般4.75mm的通过率都在30%以下。矿料用量，一般要求0.075mm通过率达到8%-12%。矿粉的用量与沥青用量密切相关，因为在沥青玛蹄脂中，除了纤维和少量细集料以外，沥青主要是用来填充矿粉的间隙的。就沥青玛蹄脂自身而言，除了用于裹覆其他集料或被纤维吸附外，就不应该再有多余的自由沥青存在。

2.1.3、填料相关要求

填料对SMA的性能有很重要的影响。适宜数量的矿粉—沥青胶浆体系是保证SMA混合料优良路用性能的重要条件。填料增加，玛蹄脂劲度增加。若劲度过高，将导致混合料的开裂和低的和易性;劲度过低，将导致混合料的泛油和推移。磨细天然石灰岩粉末，是混合料最常采用的填料，也是SMA混合料通用的填料。

2.1.4、纤维相关要求

纤维的种类很多，用于SMA混合料的纤维稳定剂，一般有木质纤维、矿物纤维和聚合物纤维三大类。应用于SMA混合料中的纤维属于短纤维。纤维合理的用量可用下列方法确定：一是做谢伦堡沥青析漏试验，建立纤维用量与析漏量的关系;二是做肯塔堡飞散试验，建立纤维用量与飞散损失的关系;三是进行经济分析。三者综合考虑，确定最佳纤维用量。

2.2、SMA设计方法

2.2.1、选择材料。原材料技术指标符合规范规定的技术要求。

2.2.2、确定初试级配。在规范要求的计配范围内，以关键性筛孔4.75mm通过率为标志，选用三个不同等级，一般为24%、27%、30%;同时使0.075mm筛孔通过率在10%左右，其他筛孔通过率大致在要求范围的中值左右。

2.2.3、选择一个初试沥青用量（一般可选6.0%），成型3组马歇尔试件，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或通过计算得混合料的理论密度，计算试件的空隙率VV、矿料间隙率VMA及粗集料骨架间隙率VCA，根据VMA大于17%的要求，确定设计级配。

2.2.4、选用不同的沥青用量，进行马歇尔试验，根据空隙率VV确定设计最佳沥青用量OAC。SMA马歇尔试验配合比设计重点是矿料各部分级配、各种体积指标和沥青用量，而不是马歇尔稳定度和流值。

3、SMA路面施工技术质量

SMA路面与其他沥青路面相比，在施工方面具有以下显著特点：

碎石材料技术指标与质量要求严，加工难度较大，碎石要求坚硬、洁净，形状接近立方体;工程级配范围要求严格，允许偏差较小;施工温度高，控制严格，允许偏差范围较小;混合料拌合时间相对较长，一般干拌18s，湿拌45s，拌合楼产量低，4000型拌合楼每小时产量仅190t左右;混合料摊铺速度相对较慢，路基段摊铺速度宜为1.8-2.0m/min，桥面摊铺速度宜小于1.5m/min;在高温状态下，混合料施工和易性好;添加消石灰粉后，比矿粉吸油性好;摊铺机起步或在较低气温摊铺时会出现少量油斑，气温高时几乎无油斑;路表温度在60℃以上时，行走会粘带起集料颗粒;保证热接缝的处理温度，需及时在高温时嵌料碾压;混合料碾压只需钢轮振动压路机，且混合料不会推移;碾压边数控制严格，少压则会渗水，多压则容易提浆糊面;表面局部小坑需人工点播填充;不能采用轮胎压路机碾压，否则会产生泛油病害。

4、结束语

合适的沥青用量和良好的矿料级配是沥青混合料质量的根本。混合料配合比的好坏是拌和质量的关键因素。沥青混合料的目标配合比是验证原材料能否使用，调整冷料仓上料比例，计算和控制原材料采购的依据，是决定各热料仓内级配变化的根本。生产配比的确定直接影响沥青混合料的矿料级配是否满足规范要求，生产效率是否最大，生产成本是否最低。两者紧密联系方可使生产最佳。

5、参考文献

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[5]中国人民共和国行业标准 JTJ 052-2000 公路工程沥青及沥青混合料试验规程，2000;

[6]中国工程建设标准化协会公路工程委员会 SHC F40-01-2002 公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南，2002;

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