SMA 混合料的原材料質(zhì)量控制及配合比設(shè)計初探

李晉旺

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

近年來，隨著我國交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，我國在公路交通建設(shè)方面取得了世界矚目的成就。2013年6月20日，發(fā)改委基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)司司長黃民透露，我國的高速公路里程已達(dá)到9.6萬km，其中國家高速公路約7萬km，在全球范圍內(nèi)位居前列。隨著交通流量的迅速增大、惡劣的地質(zhì)氣候條件和工程技術(shù)等各方面的原因，現(xiàn)代交通發(fā)展的方向是密度大、軸載重以及渠化交通。在這一背景下，普通的瀝青路面已難以承受各種繁重的交通壓力。在我國，很多通車不久的高速公路路面均出現(xiàn)了不同程度的早期破壞現(xiàn)象。經(jīng)分析，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善是其中很重要的一個原因，這就對瀝青路面的路用性能提出了更高的要求。

1 SMA路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀及特性

圖1 SMA混合料成分組成

1.1 SMA在國內(nèi)外的現(xiàn)狀

SMA源于德國。在20紀(jì)60年代，德國普遍采用“澆筑式瀝青混凝土”路面。在該類型的路面結(jié)構(gòu)中，瀝青含量為12%左右，礦粉含量高，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。同時，汽車為了防滑需要，使用帶釘?shù)妮喬?，使得路面磨耗特別嚴(yán)重。因此，為了克服日益嚴(yán)重的車轍，減少路面的磨耗，德國公路工作者對瀝青混合料的配合比進(jìn)行了調(diào)整，通過增大粗集料的比例，添加纖維穩(wěn)定劑，形成具有良好的整體強(qiáng)度的路面結(jié)構(gòu)，這是SMA結(jié)構(gòu)路面的雛形。1984年，德國交通部門制定并推廣了SMA路面的設(shè)計及施工規(guī)范，使得該路面結(jié)構(gòu)得以完善。隨后，該結(jié)構(gòu)在瑞典、芬蘭等歐洲國家得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。20紀(jì)90年代，SMA結(jié)構(gòu)路面在美國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。1992年，我國在建設(shè)首都機(jī)場高速公路時，率先采用了SMA技術(shù)，這是我國首次使用該結(jié)構(gòu)。2002年，在建設(shè)長春扶余高速公路時，路面上面層均采用了SMA技術(shù)。同年，我國發(fā)布了SHC F40-01-2002公路瀝青瑪脂碎石路面技術(shù)指南，這對在我國推廣和應(yīng)用SMA路面結(jié)構(gòu)起到了重要作用。2007年在山西長邯高速公路上采用了SMA路面結(jié)構(gòu)，整體提高了高速公路的路面性能。目前，SMA路面結(jié)構(gòu)在我國許多省市的公路建設(shè)中得到大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

1.2 SMA路面結(jié)構(gòu)的原理及特性

在SMA混合料中，粗集料用量多，占礦料總量的70%以上;礦粉用量多，為8%～12%;瀝青用量多，為5.5%～6.5%，比密級配瀝青混凝土大1%左右;細(xì)集料用量少，為10%左右。1)在SMA結(jié)構(gòu)中，粗集料多，約占礦料總量的70%以上，同時礦料采用的間斷級配，使得在粗集料的顆粒之間能夠形成良好的嵌擠(見圖2)，提高路面的整體強(qiáng)度，使路面具有良好的抗車轍能力。2)在SMA結(jié)構(gòu)中，礦粉和瀝青用量較多，加入的纖維作為穩(wěn)定劑，使得瀝青瑪脂在粗集料表面的充分包裹，在集料間隙間的有效填充。當(dāng)溫度下降或者混合料收縮變形時，瑪脂優(yōu)越的粘結(jié)作用，使得路面具有良好的低溫變形性能。3)在SMA結(jié)構(gòu)中，空隙率約為4%，良好的隔水作用，起到對下面的瀝青層和基層良好的保護(hù)作用;再加上瑪脂良好的粘結(jié)性能，極大的改善混合料的水穩(wěn)定性，可使得路面具有較高的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。4)在SMA路面中，由于礦料采用間斷級配，粗集料含量高，壓實后的路面表面形成大的孔隙，構(gòu)造深度大，可有效降低路面噪聲，極大的提高路面的抗滑性能。5)在SMA路面中，由于瀝青用量多，實現(xiàn)瑪脂對混合料結(jié)構(gòu)的有效填充，有效提高混合料的耐老化性能，使得其耐疲勞性大大優(yōu)于密級配瀝青混凝土。

圖2 密級配混合料和SMA混合料的結(jié)構(gòu)

2 SMA混合料的材料質(zhì)量要求

在SMA路面結(jié)構(gòu)中，原材料的質(zhì)量是保證路面質(zhì)量的基礎(chǔ)。原材料的質(zhì)量控制是工程質(zhì)量控制一項很重要的內(nèi)容，在公路工程建設(shè)中起著舉足輕重的作用。

1)粗集料。在SMA混合料中，粗集料之間形成良好的嵌擠是該路面具有較好的高溫穩(wěn)定性的主要原因。要在粗集料之間形成良好的嵌擠，很大程度上取決于集料的堅韌性、顆粒形狀和棱角，這對SMA路面結(jié)構(gòu)能否成功具有關(guān)鍵性的決定意義。為SMA混合料選擇粗集料時，應(yīng)使用機(jī)制的、潔凈的非吸水性集料，石質(zhì)必須堅硬耐磨，外觀接近于立方體，以保證混合料形成良好的嵌擠。選擇集料時，必須限制扁平顆粒的集料含量，要求非破碎面顆粒的含量不得超過5%，不得使用石灰石等碳酸鹽類集料及任何磨光值不足的集料。SMA混合料對粗集料的質(zhì)量技術(shù)要求見表1。

2)細(xì)集料。在SMA混合料中，細(xì)集料只占10%左右的比重，但其對SMA路面性能的影響卻是不容忽視的。在混合料中，應(yīng)使用機(jī)制砂。機(jī)制砂是由堅硬的巖石反復(fù)破碎而制成，其具有良好的棱角性能利于嵌擠的形成，對提高混合料的高溫穩(wěn)定性具有重要意義。機(jī)制砂要求防水、防潮、防污染，3 mm以上的篩除，0.075 mm以下要吹掉。SMA面層用細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)要求如表2所示。

表1 粗集料的質(zhì)量要求

表2 細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)要求

3)礦粉。填料必須采用由石灰石磨細(xì)的礦粉。礦粉要求保持干燥，能夠從石粉倉中自由流出。

在SMA瀝青混合料中，礦粉的質(zhì)量要求見表3。

圖3 SMA混合料配合比設(shè)計流程

4)纖維穩(wěn)定劑。在路面結(jié)構(gòu)中，可使用的纖維種類很多，主要分為木質(zhì)素纖維、礦物纖維及有機(jī)纖維三類。在本文中，以木質(zhì)素纖維作為穩(wěn)定劑。在SMA混合料中，木質(zhì)素纖維的作用是:a.分散作用，可適當(dāng)分散由瀝青和礦粉組成的膠團(tuán)。b.吸附及吸收瀝青。在SMA結(jié)構(gòu)中，木質(zhì)素纖維充分吸附和吸收瀝青，增加瀝青膜的厚度，有利于提高混合料的耐久性。c.穩(wěn)定作用，提高瀝青膜的穩(wěn)定狀態(tài)。在夏季，瀝青受熱膨脹，在纖維內(nèi)部形成的空隙作為緩沖，限制自由瀝青的泛油現(xiàn)象，利于提高混合料的高溫穩(wěn)定性。d.增粘作用。木質(zhì)素纖維可有效提高瀝青與礦粉的粘附性，使得混合料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)。應(yīng)用于SMA的木質(zhì)素纖維質(zhì)量要求見表4。

表4 木質(zhì)素纖維質(zhì)量要求

5)瀝青結(jié)合料。在SMA結(jié)構(gòu)中，要求瀝青結(jié)合料必須具有較高的粘度，以保證其與集料之間良好的粘附，從而保證SMA路面的高溫穩(wěn)定性和低溫韌性;同時，還應(yīng)符合重交通道路瀝青技術(shù)要求。用于SMA混合料的改性瀝青的質(zhì)量要求見表5。

表5 改性瀝青的質(zhì)量要求

3 SMA混合料配合比設(shè)計

SMA必須具有相互嵌擠緊密的粗集料骨架，形成石—石嵌擠結(jié)構(gòu)。SMA混合料的配合比設(shè)計應(yīng)遵循現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中關(guān)于熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計的目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試拌、試鋪驗證的三個階段，以確定礦料級配及最佳瀝青用量。SMA混合料配合比設(shè)計流程見圖3。在確定配合比后，必須鋪筑試驗段，長度不小于200 m，以檢查混合料是否符合要求，驗證礦料級配及油石比，試驗鋪筑方法，壓實工藝，檢查SMA表面的構(gòu)造深度和透水情況。鋪筑試驗段后，應(yīng)提交配合比設(shè)計及試驗段鋪筑的報告，確定標(biāo)準(zhǔn)配合比及最佳油石比。

4 結(jié)語

SMA結(jié)構(gòu)路面具有抗滑耐磨、抗疲勞、抗高溫車轍和有效地減少低溫開裂的技術(shù)優(yōu)勢，具有良好的路用性能。材料是保證工程質(zhì)量的首要條件。SMA混合料對原材料具有很高的要求。嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，確保原材料質(zhì)量，為確保工程質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。SMA配合比設(shè)計是確保施工質(zhì)量的最重要的環(huán)節(jié)。嚴(yán)格按照現(xiàn)行的規(guī)范三個階段的要求，分別進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計，確定生產(chǎn)配合比，再驗證生產(chǎn)配合比，確定施工工藝和流程，確保施工質(zhì)量。

［1］潘 勐，溫生國.淺述 SMA結(jié)構(gòu)的原理及原材料的質(zhì)量［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2013(7):53.

［2］覃繼虎.SMA路面原材料的選擇與配合比設(shè)計［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2008(18):101-102.

［3］遼寧省交通勘測設(shè)計院.SMA技術(shù)培訓(xùn)［Z］.2007.

［4］SHC F40-01-2002，公路瀝青瑪脂碎石路面技術(shù)指南［Z］.