瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）的應用與發(fā)展

雷宇珍

【摘要】（SMA）是一種新型路面結(jié)構(gòu)材料。本篇論文結(jié)合柳林縣聚雅一等級公路施工中的實際情況，重點論述了SMA對材料的要求，以便更加有效地指導施工。

【關鍵詞】瀝青瑪蹄脂碎石混合料；瀝青；瑪蹄脂

【Abstract】（SMA） is a new pavement structure materials. This paper combines Liulin-Ya a grade highway construction in the actual situation， focuses on the SMA material requirements， in order to more effectively guide the construction.

【Key words】Mastic asphalt macadam mixture；Asphalt；Mastic

我國首次使用改性瀝青是1992年首都機場高速公路，使用了奧地利技術(shù)NOVOPHALT。其關鍵技術(shù)在于利用間隙可不斷調(diào)整的大型膠體磨使改性劑反復多次通過磨體而達到非常均勻與瀝青共混，用400倍顯微鏡面觀察切片晶體結(jié)構(gòu)是否混合均勻。PE對改善高溫穩(wěn)定性較好，而SBS對改善低溫穩(wěn)定性較好，96年首都機場東跑道罩面摻入4%PE+2%SBS，另外還摻入0.4%石棉纖維，使用改性劑以后，針入度比原來瀝青減少了一個等級，軟化大為升高，粘度增加了7倍，說明瀝青的高溫穩(wěn)定性有顯著提高。60年代的德國交通十分發(fā)達，根據(jù)本國的氣候特點（夏季氣溫20℃左右，冬季不太冷），習慣修筑“澆筑式瀝青混凝土”路面。這種結(jié)構(gòu)中瀝青含量12%左右，礦粉含量高。使用中發(fā)現(xiàn)路面的車轍十分嚴重，另外當時該國家的汽車為了防滑的需要，經(jīng)常使用帶釘?shù)妮喬ィòW洲一些國家亦如此），其結(jié)果是路面磨耗十分嚴重（1年可減薄4cm左右）。為了克服日益嚴重的車轍，減少路面的磨耗，公路工作者對瀝青混合料的配合比進行調(diào)整，增大粗集料的比例，添加纖維穩(wěn)定劑，形成了SMA結(jié)構(gòu)的初形。1984年德國交通部門正式制定了一個SMA路面的設計及施工規(guī)范，SMA路面結(jié)構(gòu)形式基本得以完善。這種新型的路面結(jié)構(gòu)先后在德國、歐洲一些國家逐漸被推廣、運用。90年代初，美國公路界認為其公路路面質(zhì)量不如歐洲國家的路面質(zhì)量好。經(jīng)考察發(fā)現(xiàn)存在兩個方面的差距：在改性瀝青的運用上；在路面的結(jié)構(gòu)形式上（即SMA）。1991、1992年開始加以研究、推廣SMA這種結(jié)構(gòu)形式，最典型的是：1995年亞特蘭大市為舉辦奧運會對公路網(wǎng)進行改建和新建，全部采用了SMA這種結(jié)構(gòu)形式做路面。

1. （SMA）的組成原理及特點

1.1瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是一種以瀝青、礦粉及纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂結(jié)合料，填充于間斷級配的礦料骨架中，所形成的混合料。其組成特征主要包括兩個方面：

（1）含量較多的粗集料互相嵌鎖組成高穩(wěn)定性（抗變形能力強）的結(jié)構(gòu)骨架。

（2）細集料礦粉、瀝青和纖維穩(wěn)定劑組成的瀝青瑪蹄脂將骨架膠結(jié)一起，并填充骨架空隙，使混合料有較好的柔性及耐久性。

1.2路面瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性水穩(wěn)定性、抗疲勞性、耐久性及表面服務功能等往往是相互制約的。尤其是高溫抗車轍性能及低溫抗裂性能之間，抗滑性能與耐久性之間，始終是突出的兩對矛盾。SMA瀝青瑪蹄脂碎石充分考慮了AC、AM和A等級配的缺點，又力求利用它們的優(yōu)點，達到較完美的組合，因而是一種較為理想的混合料結(jié)構(gòu)。SMA的結(jié)構(gòu)組成可概括為“三多一少，即：粗集料多、礦粉多、瀝青多、細集料少”。具體講：

（1）SMA是一種間斷級配的瀝青混合料，5mm以上的粗集料比例高達70%～80%，礦粉的用量達7%～13%，（“粉膠比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的間斷級配，很少使用細集料。

（2）為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉用量，同時使用纖維作為穩(wěn)定劑。

（3）瀝青用量較多，高達6.5%～7%，粘結(jié)性要求高，并希望選用針入度小、軟化點高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青（最好采用改性瀝青）。

2. SMA混合料的拌合及運輸

SMA瀝青混合料由瀝青、纖維、粗骨料、礦粉及少量細集料等原材料組成。粗集料是構(gòu)成SMA混合料骨架結(jié)構(gòu)的主體材料，要求選用質(zhì)地堅硬、表面粗糙、抗磨耗、耐磨光、形狀接近立方體的破碎石料，破碎率一般為100%。填料一般為磨細天然石灰?guī)r的礦粉，要求不含任何有機物質(zhì)及易于膨脹引起損壞的成分。

SMA混合料進行配合比設計，經(jīng)按生產(chǎn)配合比設計進行試拌及試驗段鋪筑檢驗后，確定生產(chǎn)用的標準配合比，以此作為生產(chǎn)控制的依據(jù)和質(zhì)量檢驗的標準。

礦料級配中，粗細集料比例處于70：30～80：20時，為最佳配比范圍。拌合機采用間歇式拌和機拌和，有檢測拌和溫度的裝置。木質(zhì)素纖維必須有可靠的摻加設備。礦料進入拌鍋的同時，木質(zhì)素纖維也進入拌鍋，并開始干拌且干拌時間不得少于20 S，之后瀝青、礦粉依次進人拌鍋，濕拌時間不得少于45 s。

2.1生產(chǎn)配合比設計。

油石比： 6.0% ； 4#倉 （14mm～25mm）：37% ；

3#倉（6mm～14mm）：37% ； 2#倉 （3mm～6mm）：5% ；

1#倉 （0mm～3mm）：10% 礦粉： 11% 木質(zhì)素纖維： 0.3%

2.2拌和。

2.2.1瀝青混合料拌和設備采用240t/h的間歇式拌和機。我標段瀝青瑪蹄碎石混合料面層在拌和前，嚴格檢驗各種單質(zhì)材料，并按批準的生產(chǎn)配合比進行試拌調(diào)試，直到符合要求。

2.2.2瀝青采用導熱油加熱，導熱油采用優(yōu)質(zhì)的礦物型導熱油。瀝青加熱時考慮到多種渠道熱量的流失，加熱爐的額定發(fā)熱量大于正常需要的1.5倍左右。

2.2.3瀝青瑪蹄脂碎石混合料拌和時間控制：

2.2.4瀝青瑪蹄脂碎石混合料施工溫度控制：

混合料溫度高于190℃時不得使用，低于160℃的混合料不得出廠。

2.2.5對選擇好的材料參數(shù)加以確定，不能隨意人工手動?？呻S時打印出級配數(shù)據(jù)，供檢查控制。

2.2.6木質(zhì)纖維采用自動添加裝置添加，與礦料同步加入，干拌后加入瀝青拌和。

2.2.7拌和抽查：

（1）為確保碎石級配的準確，開始正常拌和前，先拌一斗白料并取其進行篩分試驗，嚴格控制4.75mm通過量，確定級配合格后，再加入瀝青正常拌和。

（2）隨時抽查木質(zhì)素纖維、礦粉添加計量的準確性。

（3）嚴格控制油石比，為確保瀝青用量的準確，進行不少于兩次的抽提試驗，并及時進行調(diào)整。

2.2.8另外，設專人對各種施工機具進行全面檢查，使其處于性能良好狀態(tài)。當混合料出廠溫度過高，已影響瀝青與集料的粘結(jié)力時，混合料不得使用，已鋪筑的瀝青路面應予鏟除，

混合料拌和要均勻一致，無花白料，無結(jié)團成塊或嚴重的粗細料分離現(xiàn)象。不符合上述要求的混合料堅決不使用，出廠的瀝青混合料要逐車用地磅稱重，并按試驗方法測量運料車中瀝青混合料的溫度。拌和場內(nèi)設置8個瀝青儲油罐，瀝青存儲能力能達到400噸。

2.3運輸。

（1）配備18臺自卸汽車進行運輸，車箱內(nèi)在未裝料前清掃干凈，為防止熱混合料與車箱粘結(jié)，采用噴霧裝置將車廂側(cè)板和底板用油水（新柴油與水的比例1∶3）混合液涂刷，并保證車箱底部不得留有余液。

（2）混合料裝車時，應最少分五次放料，第一次為車箱的前1/5處，每次放料后要及時移動車輛，做到均勻裝料，減少堆料高度，避免在放料過程中產(chǎn)生混合料離析。對于大型運料車可分多次裝載。

（3）用苫布覆蓋，苫布尺寸應足夠大，起到保溫、防雨、防氧化、防污染的作用，防止瀝青瑪蹄脂碎石混合料在運輸過程中因溫度降低而形成硬殼。

（4）運輸能力略高于拌和能力，施工過程中攤鋪機前方保證始終有運料車在等候卸料，等候車輛不少于5臺。

（5）卸料前，由質(zhì)量檢測員對熱拌瀝青混合料的攤鋪溫度進行檢測，運輸車輛宜在車廂適當位置打孔以檢測出廠及運至攤鋪現(xiàn)場時混合料溫度，溫度過高或過低的混合料堅決不使用。

3. SMA施工工藝

SMA混合料的施工工藝要求高，對原材料及施工環(huán)境因素影響較為敏感，因此，必須精心組織、精心施工。

3.1施工環(huán)境條件。

由于SMA面層鋪筑厚度薄，一般為30～40mm，而且所用瀝青比較黏稠，要求壓實終結(jié)溫度較高，故可壓實的時間較短。SMA對施工環(huán)境條件的要求比常規(guī)瀝青路面嚴格，需要相應提高施工溫度，以延長有效壓實時間。在改性瀝青SMA施工時，要求氣溫及路床溫度高于15～C，且處于上升狀態(tài)，并應在干燥、清潔、經(jīng)整平的下臥層上鋪筑，雨天禁止施工。在大風天氣與寒潮降溫天氣，混合料攤鋪后，溫度降低過快時，是否施工應慎重考慮，施工時應采取特殊的質(zhì)量保證措施。

3.2混合料生產(chǎn)。

按設計要求，生產(chǎn)合格的混合料是獲得SMA瀝青路面優(yōu)良性能的根本保證。SMA路面性能與混合料體積特性對級配組成非常敏感，尤其是對3個關鍵性孔4.75mm、2.36mm與0.075mm的通過率要求更為嚴格，因此，SMA混合料生產(chǎn)必須對級配組成進行較為精確的質(zhì)量控制。SMA混合料生產(chǎn)前，必須進行熱料倉中熱集料與填料的生產(chǎn)組合級配，并最大限度地減少各熱料倉集料的溢料與待料現(xiàn)象，保證均衡地進行混合料生產(chǎn)，以提高混合料的生產(chǎn)效益。由于SMA混合料中添加了纖維，填料數(shù)量多，且結(jié)合料黏度較大，故干拌和濕拌時間都需要適當增加，一般要求增加干拌和濕拌時間5 15s。使用改性瀝青時，瀝青加熱溫度控制在160℃一165℃，集料加熱溫度190℃～200℃，SMA混合料出廠溫度（SBS改性瀝青）控制170℃一185℃ 。

3.3攤鋪與碾壓。

3.3.1攤鋪。

在卸料時，運輸車輛不得撞擊攤鋪機。為保證路面的平整度，要做到緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地攤鋪，攤鋪過程中不得隨意變換速度或中途停頓。采用兩臺攤鋪機攤鋪。熱接縫，作好縱橫接縫處理。

（1）在鋪筑SMA混合料之前，應對攤鋪機進行標定。應注意適當設置料門高度，以保證將充足的混合料經(jīng)條式傳送器送到螺旋布料器。在攤鋪機向前移動時，使混合料高度等于或大于螺旋高度的50%，但不超過2/3，以保證混合料的充分拌和與均勻分布。

（2）SMA粗集料占70%以上，施工中粗、細集料的離析已不是主要問題，因此，攤鋪寬度不作硬性限制，完全可以加寬到整個路幅寬度（一般不大于12m]可進行全幅攤鋪）。這樣不僅可提高SMA路面平整度，而且可消除2臺攤鋪機梯隊作業(yè)時，結(jié)合部熱接縫容易出現(xiàn)的壓實不足、麻面、不平整等質(zhì)量缺陷。

（3）混合料的生產(chǎn)、運輸、攤鋪和壓實的協(xié)調(diào)性至關重要，攤鋪速度應與拌和站混合料生產(chǎn)率相適應。攤鋪機行走速度，在很大程度上受混合料的生產(chǎn)能力和碾壓能力控制，為了給壓路機留出較多的有效壓實時間，攤鋪速度應盡量放慢，并保持勻速運行，一般控制在1.5～2.5m/min，最多不超過3m/min。

A.首先準備下承層，保證下承層清潔、無污染的情況下施工。并保證粘層噴灑均勻，如果不均勻要進行補灑。

B.虛鋪系數(shù)初步擬定為1.125， 攤鋪時由質(zhì)量檢測員用標明尺度的鋼釬監(jiān)測攤鋪厚度，每10m一個斷面，每斷面不少于3點。

C.測量放樣，根據(jù)設計標高設置基準梁。

D.由于路面外側(cè)沒有路緣石，為了控制表面層寬度和邊緣壓實度，攤鋪時外側(cè)采用10cm×6cm×4m的木方做邊緣支擋控制。

E.瀝青瑪蹄脂碎石混合料表面層采用一臺ABG423攤鋪機攤鋪，攤鋪機在攤鋪之前首先要進行自身預熱，最重要的是熨平板預熱，預熱時間為30分鐘左右，其溫度要達到100℃以上。并根據(jù)攤鋪的效果確定最佳加熱溫度。保證傳感器、振動夯板、振動夯錘處于最佳工作狀態(tài)，攤鋪機的振動力達到攤鋪完的混合料壓實度不小于80%，一般激振力控制在50Hz。

F.瀝青瑪蹄脂碎石混合料表面層攤鋪時采用一套非接觸式平衡梁來控制上面層攤鋪厚度、平整度，攤鋪時自動調(diào)平等厚攤鋪；非接觸式平衡梁必須經(jīng)試運行檢測滿足要求后方可用于攤鋪。

G.攤鋪時，螺旋布料器內(nèi)混合料始終處于2/3直徑的位置連續(xù)布料。

H.在攤鋪過程中，設專人指揮運輸車卸料，料車在攤鋪機前10cm～30cm處停車，掛空檔，靠攤鋪機的推動前進。

I.攤鋪溫度不低于150℃，同一天攤鋪的瀝青混合料，其攤鋪溫度要趨于一致，避免造成壓實度不同。

J.攤鋪機在攤鋪過程中要勻速、緩慢、不間斷地行駛，行駛速度控制在3m/min。

3.3.2碾壓 ：

SMA的碾壓原則：緊跟、慢壓、高頻、低幅。攤鋪后立即壓實，

不得等候。SMA路面碾壓宜采用鋼輪壓路機初壓1～2遍，復壓2～4遍，終壓1遍。碾壓過程中壓路機緊跟攤鋪機，緩慢勻速。采用振動壓路機時，宜用高頻率、低振幅。

（1）SMA混合料是骨架型密實混合料，壓實SMA混合料并不需要強大壓實功能，過強的壓實功能將會破壞SMA粗集料骨架結(jié)構(gòu)。SMA混合料有效壓實時間較短，施工時必須趁熱打鐵，及時進行壓實，嚴防低溫過度碾壓。

（2）SMA混合料鋪筑中通常采用2～3臺10～12t雙振雙驅(qū)光輪壓路機進行靜壓或加振碾壓。不應采用輪胎壓路機壓實SMA路面，因為采用輪胎壓路機壓實不僅因輪胎容易粘附SMA混合料而形成表面缺陷，而且易造成瑪蹄脂上浮使SMA喪失表面構(gòu)造，對SMA路面質(zhì)量造成負面影響。

（3）在壓實工藝上，必須擯棄傳統(tǒng)的壓實觀念。壓實應采用一步到位的壓實方式，在混合料冷卻到規(guī)定的壓實終結(jié)溫度（一般不低于130℃）之前，以最短的時間將混合料壓實到規(guī)定要求。一般在鋪筑層任一位置壓實4～6遍（往返1次為l遍），即可達到要求的壓實度。瀝青混合料的壓實是保證瀝青面層質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，應選擇合理的壓路機組合方式及碾壓步驟。為保證壓實度和平整度，初壓應在混合料不產(chǎn)生推移、開裂等情況下盡量在攤鋪后較高溫度下進行。初壓嚴禁使用輪胎壓路機，以確保面層橫向平整度。碾壓應該遵循以下原則：A.少量噴水，保持高溫，梯形重疊，分段碾壓。B.由路外側(cè)（低側(cè)）向中央分隔帶方面碾壓。C.每個碾道與相鄰碾道重疊1/2輪寬。D.壓路機不得在未壓完或剛壓完的路面上急剎車、急彎、調(diào)頭、轉(zhuǎn)向，嚴禁在未壓完的瀝青層上停機。E.振動壓路機用振動壓實，需停駛、前進或后返時，應先停振，再換擋。

3.4接縫施工。

由于SMA混合料具有更多的粗集料與勁度更大的結(jié)合料，因而在SMA鋪筑面設置接縫比在密級配混合料中更加困難。SMA上面層的縱向接縫應與規(guī)定的車道線相一致，不同層次縱向接縫之間的距離應不少于15cm，橫向接縫之間的距離不少于1m。接縫處攤鋪混合料時應調(diào)整好預留高度，以保證接縫處的平整度。為保證獲得平整密實的接縫，碾壓工藝非常重要，接縫處應優(yōu)先碾壓和趁熱高溫時碾壓，如有可能，橫向接縫應采用橫向碾壓。施工接縫的處理瀝青混凝土路面的施工縫位置往往因為碾壓不密實，很容易產(chǎn)生裂縫、松散、臺階等質(zhì)量缺陷，因此，我們在施工過程中應該重視施工接縫的處理。

3.4.1縱縫施工。

在同一天鋪筑的兩個車道，兩車道瀝青混合料攤鋪的寬度應該重合3～5 cm，后攤鋪的混合料高度應該要高出已經(jīng)壓實的路面高度，確保接縫處的壓實度。對于非同一天鋪筑的兩個相鄰車道，或者同原有的舊瀝青路面相接的縱向施工縫的處理，首先，在攤鋪前就應該將原有路面的邊緣鑿齊，并將松散部分全部清理干凈。接縫面應該垂直，并在其表面涂刷一層瀝青粘合層后，才可以鋪筑新的瀝青混合料。攤鋪后立即進行碾壓，碾壓時壓路機的大部分應該落在原有路面上，只留10～15 cm的寬度壓于后鋪筑的路面上，然后逐漸向新鋪筑路面上移動。

3.4.2橫縫施工。

橫向施工縫應該與路線的中心線垂直。接縫施工時應該先將接縫處修整齊平，然后用熱瀝青覆蓋，覆蓋厚度約15 em，等到接縫處瀝青混合料軟化以后，將覆蓋的熱瀝青混合料清除，立即換用新的瀝青混合料進行鋪筑，隨后用熱夯將接縫邊緣夯實，并將接縫處整平，接著立即用壓路機沿接縫邊緣壓實。雙層瀝青混凝土路面的橫向接縫應該做成臺階狀，上下臺階相互錯開20～30 cm。

4. 施工質(zhì)量控制

在新建的公路上大面積鋪筑SMA抗滑表層，必須先鋪筑試驗路段，其長度不短于500m，以驗證SMA混合料的設計、生產(chǎn)配合比及施工工藝，是否符合規(guī)范的要求，路面的外觀質(zhì)量、平整度、結(jié)構(gòu)深度是否達到標準要求，以及還有哪些不足需要進一步完善與強化達到標準。

4.1原材料的質(zhì)量控制。

對SMA所用礦質(zhì)材料，必須在進場前進行嚴格的檢查試驗，對粗集料、細集料、填料取樣篩分，符合SMA混合料質(zhì)量標準的方可進場，不符合要求的不準進場。同時，料場不要輕易變動，礦質(zhì)材料數(shù)量較大，應定期抽驗。瀝青及纖維穩(wěn)定劑的檢驗，也要定期進行分析試驗，并有詳細的檢驗與試驗記錄，以備查驗。

4.2SMA混合料拌和質(zhì)量控制。

SMA混合料的拌和，按規(guī)定上、下午各抽樣檢查一次，對已拌和好的混合料檢驗其礦料的級配、油石比，并進行馬歇爾試驗，以核對其生產(chǎn)配合比。

4.3SMA施工過程中的質(zhì)量控制。

SMA混合料攤鋪時一律采用浮動平衡梁的辦法，控制其厚度、橫坡、表面平整度。攤鋪與碾壓過程中經(jīng)常測定溫度，混合料的溫度是關鍵，溫度失控將帶來嚴重后果，一定要把握好各階段的溫度，以確保SMA的質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)問題及時糾正，認真填寫各個階段的質(zhì)量檢查記錄，真實反映路面施工質(zhì)量。

5. 結(jié)束語

瀝青混凝土路面在道路工程建設中逐漸占據(jù)主體位置，其施工工藝也在不斷完善與優(yōu)化。在瀝青混凝土路面施工過程中只有把握好原材料的控制、混合料的拌和質(zhì)量控制、攤鋪質(zhì)量控制、碾壓質(zhì)量控制等，才能控制好公路瀝青路面施工質(zhì)量，為人民的行車提供一個安全、舒適的載體。此外，提高施工單位的質(zhì)量意識及質(zhì)量管理水平也是相當關鍵的。瀝青瑪蹄脂碎石SMA路面是一種特殊的瀝青路面，與常規(guī)瀝青路面相比，要求高、技術(shù)嚴。通過以上關鍵點的控制，可以達到質(zhì)量要求。140℃；復壓要求的是穩(wěn)定、密實、成型，因此，可以采用常用11～13 t振動壓路機及20～25 t輪胎壓路機，使得瀝青混凝土的壓實度達到要求，復壓的溫度應該在100～120℃左右；終壓的目的是消除輪跡，一般采用寬幅重型壓路機。