討論SMA混合料配合比設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

薛純 楊洲

摘要：SMA指瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone ?Mastic Asphalt），是一種新型瀝青混合料。SMA按照內(nèi)摩擦角最大的原則，以間斷級(jí)配的粗集料形成相互嵌擠的礦料骨架，然后由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充骨架間隙而組成的瀝青混合料。SMA混合料具有抵抗重載，抗滑、耐磨的優(yōu)點(diǎn)，以至于目前廣泛運(yùn)用在各大高速公路上面層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有粗集料多、瀝青多、礦粉多、細(xì)集料少，將原材料進(jìn)行合理的配合設(shè)計(jì)，可最大限度的提高路面的高溫性能、低溫性能、抗水性能以及抗滑性能。

關(guān)鍵詞：配合比;原材料;混合料;試驗(yàn);標(biāo)準(zhǔn)化

1、SMA混合料介紹

1.1、SMA與其他瀝青混合料比較

在高速公路建設(shè)行業(yè)二期路面施工有很多混合料類型，包括傳統(tǒng)AC、AC改進(jìn)型、OGFC或PAC、SMA等。傳統(tǒng)的密級(jí)配瀝青混合料中，細(xì)集料較少，粗集料基本懸浮與瀝青膠砂混合料中;OGFC開(kāi)級(jí)配瀝青混合料中，粗集料多，細(xì)集料少，混合料內(nèi)部的接觸狀態(tài)大部分為粗集料接觸狀態(tài)，內(nèi)部空隙較大;而SMA混合料具有大量的粗集料，而且粗集料顆粒之間緊密接觸形成骨架，粗集料骨架間隙填充著瀝青瑪蹄脂。

1.1.1、AC密級(jí)配瀝青混合料屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，這種混合料密實(shí)度較好，主要靠瀝青膠砂的黏結(jié)力來(lái)提供強(qiáng)度，耐久性、低文抗裂性較好，但高溫穩(wěn)定性不足，容易產(chǎn)生車轍等病害，起表面構(gòu)造深度也較小，作為表面層時(shí)抗滑性能較差。

1.1.2、OGFC瀝青混合料屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要靠較多的粗集料顆粒彼此接觸，形成互相嵌擠的骨架，但較細(xì)集料數(shù)量較少，不足以充分填充骨架空隙，壓實(shí)后混合料中的空隙較大，所以其高溫穩(wěn)定性和抗噪性較好，但低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和疲勞耐久性較差。

1.1.3、SMA瀝青混合料屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)理念在于，粗集料形成接觸的骨架，粗集料骨架間隙中填充足夠的瀝青瑪蹄脂。由于較多的粗集料形成骨架，在高溫條件下，雖然瀝青瑪蹄脂的黏度下降，但交通荷載主要由粗集料骨架承受，所以SMA路面的高溫抗車轍能力很好。SMA集料間填充了相當(dāng)數(shù)量的瀝青瑪蹄脂，在低溫條件下，混合料收縮變形迫使集料北拉開(kāi)時(shí)，瀝青瑪蹄脂具有良好的黏結(jié)作用。它的韌性和柔性使SMA有較好的低溫變形性能，因而SMA混合料也具有較好的低溫抗裂性能。SMA混合料的密實(shí)程度較好，空隙率很小，瀝青膜較厚，瑪蹄脂與集料的粘結(jié)力也很強(qiáng)，所以SMA混合料具有較好的抗疲勞耐久性及水穩(wěn)定性。SMA混合料采用堅(jiān)硬、粗糙、耐磨的優(yōu)質(zhì)石料，礦料采用間斷級(jí)配，粗集料含量高，所以表面構(gòu)造深度較大，增加了抗滑能力和高速行車的安全性，在雨天交通行車還不會(huì)產(chǎn)生大的水霧和濺水。

2、SMA配合比設(shè)計(jì)

2.1、集料相關(guān)要求

2.1.1、粗集料相關(guān)要求

從SMA的形成機(jī)理可知，SMA混合料較高的高溫穩(wěn)定性來(lái)源于粗集料之間的骨架嵌擠作用，而集料嵌擠作用的好壞取決于粗集料顆粒的形狀和棱角性、集料的石質(zhì)和堅(jiān)韌性。因此，用于SMA的粗集料必須滿足抗滑表層混合料的技術(shù)要求，同時(shí)對(duì)粗集料抗壓碎要求高，粗集料必須使用質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙、形狀接近立方體的破碎石料。

由于SMA混合料在絕大多數(shù)情況下是用作磨耗層材料，所以要求集料具有優(yōu)良的抗磨光性能。影響粗集料質(zhì)量的一個(gè)主要指標(biāo)是扁平狀顆粒對(duì)混合料性能并無(wú)不利影響，但在達(dá)到一定界限點(diǎn)后負(fù)面影響就會(huì)加劇。所以，要求針片狀顆粒含量小，提出小于10%的苛刻要求。

2.1.2、細(xì)集料相關(guān)要求

SMA混合料中，一般4.75mm的通過(guò)率都在30%以下。礦料用量，一般要求0.075mm通過(guò)率達(dá)到8%-12%。礦粉的用量與瀝青用量密切相關(guān)，因?yàn)樵跒r青瑪蹄脂中，除了纖維和少量細(xì)集料以外，瀝青主要是用來(lái)填充礦粉的間隙的。就瀝青瑪蹄脂自身而言，除了用于裹覆其他集料或被纖維吸附外，就不應(yīng)該再有多余的自由瀝青存在。

2.1.3、填料相關(guān)要求

填料對(duì)SMA的性能有很重要的影響。適宜數(shù)量的礦粉—瀝青膠漿體系是保證SMA混合料優(yōu)良路用性能的重要條件。填料增加，瑪蹄脂勁度增加。若勁度過(guò)高，將導(dǎo)致混合料的開(kāi)裂和低的和易性;勁度過(guò)低，將導(dǎo)致混合料的泛油和推移。磨細(xì)天然石灰?guī)r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、纖維相關(guān)要求

纖維的種類很多，用于SMA混合料的纖維穩(wěn)定劑，一般有木質(zhì)纖維、礦物纖維和聚合物纖維三大類。應(yīng)用于SMA混合料中的纖維屬于短纖維。纖維合理的用量可用下列方法確定：一是做謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)，建立纖維用量與析漏量的關(guān)系;二是做肯塔堡飛散試驗(yàn)，建立纖維用量與飛散損失的關(guān)系;三是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。三者綜合考慮，確定最佳纖維用量。

2.2、SMA設(shè)計(jì)方法

2.2.1、選擇材料。原材料技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求。

2.2.2、確定初試級(jí)配。在規(guī)范要求的計(jì)配范圍內(nèi)，以關(guān)鍵性篩孔4.75mm通過(guò)率為標(biāo)志，選用三個(gè)不同等級(jí)，一般為24%、27%、30%;同時(shí)使0.075mm篩孔通過(guò)率在10%左右，其他篩孔通過(guò)率大致在要求范圍的中值左右。

2.2.3、選擇一個(gè)初試瀝青用量（一般可選6.0%），成型3組馬歇爾試件，采用表干法測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度，實(shí)測(cè)混合料的最大相對(duì)密度或通過(guò)計(jì)算得混合料的理論密度，計(jì)算試件的空隙率VV、礦料間隙率VMA及粗集料骨架間隙率VCA，根據(jù)VMA大于17%的要求，確定設(shè)計(jì)級(jí)配。

2.2.4、選用不同的瀝青用量，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，根據(jù)空隙率VV確定設(shè)計(jì)最佳瀝青用量OAC。SMA馬歇爾試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)重點(diǎn)是礦料各部分級(jí)配、各種體積指標(biāo)和瀝青用量，而不是馬歇爾穩(wěn)定度和流值。

3、SMA路面施工技術(shù)質(zhì)量

SMA路面與其他瀝青路面相比，在施工方面具有以下顯著特點(diǎn)：

碎石材料技術(shù)指標(biāo)與質(zhì)量要求嚴(yán)，加工難度較大，碎石要求堅(jiān)硬、潔凈，形狀接近立方體;工程級(jí)配范圍要求嚴(yán)格，允許偏差較小;施工溫度高，控制嚴(yán)格，允許偏差范圍較小;混合料拌合時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，一般干拌18s，濕拌45s，拌合樓產(chǎn)量低，4000型拌合樓每小時(shí)產(chǎn)量?jī)H190t左右;混合料攤鋪速度相對(duì)較慢，路基段攤鋪速度宜為1.8-2.0m/min，橋面攤鋪速度宜小于1.5m/min;在高溫狀態(tài)下，混合料施工和易性好;添加消石灰粉后，比礦粉吸油性好;攤鋪機(jī)起步或在較低氣溫?cái)備仌r(shí)會(huì)出現(xiàn)少量油斑，氣溫高時(shí)幾乎無(wú)油斑;路表溫度在60℃以上時(shí)，行走會(huì)粘帶起集料顆粒;保證熱接縫的處理溫度，需及時(shí)在高溫時(shí)嵌料碾壓;混合料碾壓只需鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)，且混合料不會(huì)推移;碾壓邊數(shù)控制嚴(yán)格，少壓則會(huì)滲水，多壓則容易提漿糊面;表面局部小坑需人工點(diǎn)播填充;不能采用輪胎壓路機(jī)碾壓，否則會(huì)產(chǎn)生泛油病害。

4、結(jié)束語(yǔ)

合適的瀝青用量和良好的礦料級(jí)配是瀝青混合料質(zhì)量的根本?；旌狭吓浜媳鹊暮脡氖前韬唾|(zhì)量的關(guān)鍵因素。瀝青混合料的目標(biāo)配合比是驗(yàn)證原材料能否使用，調(diào)整冷料倉(cāng)上料比例，計(jì)算和控制原材料采購(gòu)的依據(jù)，是決定各熱料倉(cāng)內(nèi)級(jí)配變化的根本。生產(chǎn)配比的確定直接影響瀝青混合料的礦料級(jí)配是否滿足規(guī)范要求，生產(chǎn)效率是否最大，生產(chǎn)成本是否最低。兩者緊密聯(lián)系方可使生產(chǎn)最佳。

5、參考文獻(xiàn)

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