淺談SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)方法

摘 要：本文針對(duì)SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)這一試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，從SMA瀝青混合料定義、組成原理及特點(diǎn)；瀝青路面的使用性能；SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)；SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)步驟；共四個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：SMA；目標(biāo)配合比；設(shè)計(jì)方法

1 概 述

路面結(jié)構(gòu)是高速公路的重要主成部分，其工程造價(jià)也占據(jù)公路工程總造價(jià)的大部分。一般高速公路路面結(jié)構(gòu)層占公路工程總造價(jià)的37%左右，其中瀝青路面結(jié)構(gòu)層又占據(jù)路面結(jié)構(gòu)層總造價(jià)的86%左右，而瀝青路面上面層又占瀝青路面結(jié)構(gòu)總造價(jià)的20%左右。由此可見，鋪筑一條既能滿足交通量日益增長(zhǎng)、車輛不斷大型化、重載超載車不斷的性能優(yōu)良的瀝青路面，是極其重要的。這就給路面瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及施工工藝提出了更高的要求，突出了解決此類問題的重要性。

2 SMA瀝青混合料定義、組成原理及特點(diǎn)

2.1 SMA定義

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt，簡(jiǎn)稱SMA）是由高含量粗集料、高含量礦粉、纖維穩(wěn)定劑、較大瀝青用量，低含量中間粒徑顆粒組成的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)型瀝青混合料。高含量的粗骨料在混合料中顆粒面與面直接接觸、相互嵌鎖構(gòu)成的骨架直接承受了荷載作用，這種骨架對(duì)溫度敏感性小。含量較高的礦粉與瀝青形成粘聚力很高的膠凝狀物――瑪蹄脂，使得混合料的整體力學(xué)性質(zhì)提高。這兩方面的作用使混合料具有足夠的豎向與側(cè)向約束，在車輛荷載的作用下，不產(chǎn)生或只產(chǎn)生微小的永久性變形。

2.2 SMA組成原理

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(jí)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(gè)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(qiáng)）的結(jié)構(gòu)骨架；②細(xì)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。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(xì)集料少”。具體講：①SMA是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，5mm以上的粗集料比例高達(dá)70～80%，礦粉的用量達(dá)7～13%，（“粉膠比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的間斷級(jí)配，很少使用細(xì)集料；②為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉用量，同時(shí)使用纖維作為穩(wěn)定劑；③瀝青用量較多，高達(dá)6.5～7%，粘結(jié)性要求高，并希望選用針入度小、軟化點(diǎn)高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青（最好采用改性瀝青）。

2.3 SMA特點(diǎn)

瀝青瑪蹄脂碎石混合料是當(dāng)前國際上公認(rèn)（使用較多）的一種抗變形能力強(qiáng)，耐久性較好的瀝青面層混合料。由于粗集料的良好嵌擠，混合料有非常好的高溫抗車轍能力，同時(shí)由于瀝青瑪蹄脂的粘結(jié)作用，低溫變形性能和水穩(wěn)定性也有較多的改善。添加纖維穩(wěn)定劑，使瀝青結(jié)合料保持高粘度，其攤鋪和壓實(shí)效果較好。間斷級(jí)配在表面形成大孔隙，構(gòu)造深度大，抗滑性能好。同時(shí)混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，從而全面提高了瀝青混合料的路面性能。

3 瀝青路面的使用性能

瀝青路面的使用性能主要是指：①高溫抗車轍性能；②低溫抗裂性能；③水穩(wěn)定性；④耐疲勞性能；⑤抗老化性能；⑥表面服務(wù)功能；⑦行車舒適性能。

在以上瀝青路面的七種基本性能中，往往是互相矛盾或相互制約的，滿足了某一種性能要求，則就會(huì)降低另一種性能的要求，表現(xiàn)最為突出是以下兩對(duì)矛盾：

（1）高溫穩(wěn)定性和耐疲勞性、低溫抗裂性能的矛盾；

（2）路面表面特性與耐久性的矛盾。

為了解決這兩對(duì)矛盾，公路工作者進(jìn)行了許多努力和大量的研究工作，目前得到大家公認(rèn)的，能比較好的解決這些矛盾的路面結(jié)構(gòu)是SMA瀝青混合料路面、改性瀝青混合料路面、改性SMA瀝青混合料路面、長(zhǎng)壽命瀝青路面。

4 SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)

SMA瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，國際國內(nèi)尚無公認(rèn)的設(shè)計(jì)方法。但國內(nèi)經(jīng)過多年的使用，實(shí)踐資料已十分豐富，各地都有了較為成功的配合比設(shè)計(jì)方法。SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)就是要確定礦料骨架與瀝青馬蹄脂兩大部分各種材料的規(guī)格比例。

4.1 粗集料骨架

SMA瀝青混合料中粗集料形成充分嵌擠的骨架結(jié)構(gòu)非常重要，是評(píng)定該瀝青混合料是否為SMA瀝青混合料的重要標(biāo)志，是SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要保證。如果粗集料沒有形成骨架結(jié)構(gòu)，在瀝青用量大，礦粉含量高的情況下，勢(shì)必造成瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性差。

4.2 瀝青馬蹄脂

瀝青馬蹄脂自身的性能對(duì)SMA瀝青混合料的性能影響非常大，如果說粗集料形成嵌擠的骨架結(jié)構(gòu)是SMA瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要保證，那么高質(zhì)量的瀝青馬蹄脂就是SMA瀝青混合料耐久性、水溫性和低溫性能的保證。

4.3 粗集料與瀝青馬蹄脂的比例

粗集料與瀝青馬蹄脂之間的比例是設(shè)計(jì)SMA瀝青混合料的關(guān)鍵，首先在SMA瀝青混合料中要有足夠的粗集料來形成骨架結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要有充足的瀝青馬蹄脂來充分填充骨架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙。如何解決二者之間的矛盾，也就是如何比較恰當(dāng)?shù)谋ＷC二者之間的比例，是SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)成功與否的標(biāo)志。既要保證骨架結(jié)構(gòu)，又要有足夠的瀝青馬蹄脂來填充，而不能因?yàn)檫^多的填充導(dǎo)致骨架結(jié)構(gòu)的喪失，也不能因?yàn)樘畛涞牟怀浞侄绊慡MA瀝青混合料的耐久性、水溫性和低溫性能。

5 SMA瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)步驟

（1）確定設(shè)計(jì)空隙率，一般為3～5%范圍內(nèi)；

（2）根據(jù)SMA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)控制篩孔的通過率來初步確定礦料比例；

（3）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或泰波公式分別確定粗、細(xì)集料的級(jí)配組成。一般粗集料用粒徑為13.2mm和9.5mm的粒徑形成骨架，用4.75mm的粒料填充，因此粗集料的空隙應(yīng)大于或等于下一級(jí)料的粒徑，否則會(huì)影響主骨料的嵌擠。細(xì)集料一般根據(jù)泰波公式設(shè)計(jì)，其最大粒徑根據(jù)主骨料的空隙來確定；

（4）測(cè)定石料的表觀密度。包括粗集料的表觀密度、細(xì)集料的表觀密度和礦粉的表觀密度；

（5）測(cè)定主骨料的物理參數(shù)，主要是測(cè)定主骨料緊裝密度；

（6）計(jì)算主骨料的空隙率VCA。VCA=（1-主骨料緊裝密度/主骨料表觀密度）×100；

（7）根據(jù)步驟（2）的假定粗骨料通過百分率及粗、細(xì)集料組成分別計(jì)算SMA的級(jí)配；

（8）假定某一瀝青用量，采用設(shè)計(jì)出的三種級(jí)配制作馬歇爾試件，測(cè)定試件的物理參數(shù)；

（9）為確保粗集料骨架的存在，必須有瀝青混合料VCA≤粗集料VCA；

（10）因細(xì)集料用量大，需考察馬蹄脂是否對(duì)粗集料的骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉，一般要求集料間隙率≥17%；

（11）分析混合料配合比結(jié)果，選定出最佳級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，以確定最佳瀝青用量；

（12）由于瀝青用量較大，需考察瀝青的穩(wěn)定性，采用最佳級(jí)配結(jié)合最佳瀝青用量，采用謝倫堡析漏測(cè)定滲漏度。

綜合以上各項(xiàng)指標(biāo)，篩選出最佳級(jí)配和最佳瀝青用量。

6 結(jié) 語

SMA瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及施工工藝控制是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)、改進(jìn)工藝，提高施工水平，從而降低施工成本。只要我們認(rèn)真學(xué)習(xí)，善于總結(jié)，勤于實(shí)踐，就一定能夠?qū)MA瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及施工工藝控制推進(jìn)到一個(gè)新的高度。

作者簡(jiǎn)介：譚少華（1974-），男，工程師，大學(xué)本科，現(xiàn)主要從事工程試驗(yàn)檢測(cè)工作，交通部注冊(cè)公路工程試驗(yàn)檢測(cè)工程師，交通部注冊(cè)公路工程監(jiān)理工程師。