改性沥青 SMA混合料 及其在宁通公路施工中的应用

文 /张乃伟 张少亚

1 前言
改性沥青SMA路面 （ Stone Mastic Asphalt ）上世纪 60年代起源于德国 ， 从 80年代起在欧洲推广， 许多国家都将其作为一种标准的路面材料，并在重交通道路上推广使用 。 90年代初该材料被引入美国，并在多个州修筑了试验路。1992年SMA路面材料引入我国， 其在江苏的应用始于 1995年，在宁连、宁通公路上修筑了SMA试验路；1998年以来我国对SMA路面进行了大量试验、研究，首先在宁扬、宁合、宁杭等老路改造项目上成功地应用了改性/普通沥青的SMA16/SMA13；从2000年开始在淮江、宁通高速公路等新建公路上应用。 我国的改性沥青 SMA路面尽管发展较晚，但近年来得到了广泛的应用。 SMA 技术充分考虑到现行使用的 AK型、AC型和AM型等混合料结构的缺点，力求利用他们的优点，是一种比较理想的的混合料结构。但是SMA的施工工艺要求较高，与其它间断级配混合料一样，对施工因素的敏感性较强，矿料级配及沥青用量小的混合料结构的波动和变化易造成路面质量大的波动和变化，也会造成局部泛油、油斑、透水等等。宁通高速养护中修工程采用改性沥青SMA13混合料技术对沥青面层进行施工，从施工过程和竣工使用结果看，达到了改善路面使用性能的目的，使上面层既抗滑又密实防水，受到了专家的好评。本文就应用情况分析了改性沥青SMA13路面在改善路面使用性能的先进性，以及在今后施工中应该注意的问题，以期进一步探索和提高改性沥青SMA13路面技术水平。
2 改性沥青SMA混合料组成特点

SMA即沥青玛蹄脂碎石混合料，是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;然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。SMA 组成特点是“ 三多一少”， 粗集料（ 4.75mm以上）用量多达7~85%，沥青用量多达6%以上，矿粉用量多达8~11%，细集料（4.75mm以下）用量少15~30%。 改性沥青 SMA将改性沥青技术与SMA路面技术有机结合起来，有效地扩展了这种沥青混合料的温度稳定域，使SMA路面耐温性能与耐久性能均有很大提高。
3 改性沥青SMA13路面设计

•  原材料选择

  沥青： 采用优质ＳＢＳ改性石油沥青，最小软化点 60℃、最小弹性恢复70％、最小针入度比25℃下60％。

粗集料：是 采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒，粒径大于４ .75mm，用反击式破碎机轧制的玄武岩碎石 。

细集料及填料：细集料 采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配，用反击式破碎机加工的玄武岩米砂； 填料是 采用石灰岩碱性石料经磨细后得到的矿粉。

其它：抗剥落剂掺加量为沥青质量的０ .４％；稳定剂采用优良的木质素絮状纤维，掺加比例为沥青混合料总质量的０.3~０.4％。

SMA路面是否一定需要改性沥青，国外尚有不同看法，这是因为各个国家、地区的气候条件和交通条件不一样的缘故，而且与经济实力也有关系，另外也受到厂商宣传销售影响。在美国改性沥青也作为稳定剂看待，有的SMA工程使用改性沥青后便不使用纤维。我国山东省等地也铺筑过以改性沥青作为稳定剂、不再掺加纤维的SMA路面。究竟是使用纤维好，还是使用改性沥青好，至今仍有不同看法，这是因为纤维与改性沥青在混合料中起的作用是不一样的。纤维具有加筋、分散、吸附沥青、稳定、增粘等作用，对防止沥青析漏的功效较好，但对防止飞散和提高路用性能的效果不如改性沥青。据我国的使用实践，如果同时使用纤维和改性沥青将取得最佳性能。关于改性沥青的质量要求，从近年来的实测结果看，如果SBS改性沥青的软化点、弹性恢复、薄膜加热试验后的针入度比过低，起不到控制质量的作用。为此，此次宁通高速养护工程对这3项指标作了适当的调整，软化点提高了5℃，弹性恢复提高了10％，针入度比提高了10％。

3.2 改性沥青SMA13配合比设计

本工程改性沥青SMA13配合比设计包括马歇尔试验设计和设计配合比检验两项内容。设计配合比由江苏省高速公路经营管理中心委托江苏省交通科学研究院，采用马歇尔试件体积设计法进行。

在 SMA的级配中，4.75mm以上部分的粗集料是真正形成石-石嵌挤结构的部分，所以4.75mm通过率是SMA级配中最重要的参数。而且4.75mm的通过率与混合料的VMA密切相关，随着4.75mm通过率即细集料的增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得以发挥，石-石嵌挤结构才能形成。由于在我国沥青用量普遍要比北欧和美国的用量少，空隙率也会大于美国要求的4%,所以将4.75mm通过率适当变小，要求20~34%是合适 的。

SMA马歇尔试验配合比设计的重点是各种体积指标、沥青用量，而不是稳定度和流值，这是与普通的密级配沥青混合料的最大区别所在。欧洲大部分国家标准并没有稳定度和流值指标。在美国1997年以前的配合比设计标准中，要求稳定度不低于6.2KN，流值为2～4mm,但明确说明稳定度只是给设计者一种信息，并不能作为设计通过与否的依据。在1998年AASHTO的SMA规范建议稿中，保留了稳定度指标，但取消了流值指标，所以这两项指标不能用于评价SMA的性质。以此表明，SMA与密集配沥青混凝土不一样，不要追求稳定度或限制流值。因此，在配合比设计时，马歇尔稳定度和流值指标不是确定通过或否决配合比设计的指标，如果仅仅稳定度或流值达不到，但车辙试验动稳定度及飞散试验指标能够达到，则应该容许采用。

3.3 改性沥青ＳＭＡ 13马歇尔试验几点做法

a.在配合比设计并拌制ＳＭＡ13时，需采用小型沥青混合料拌和机，以模拟生产实际情况。

b.试件成型温度应符合规定。

c.改性沥青ＳＭＡ13试件毛体积相对密度试验方法统一用表干法。

d.计算ＳＭＡ13理论最大毛体积相对密度时，粗集料采用毛体积相对密度，细集料、矿粉和木质纤维采用表观相对密度。

e.试件的配料、拌和均应单个进行，以确保试验结果的一致性。

f.改性沥青ＳＭＡ13生产检验时，从拌和机上取样后立即制备试件，不允许试样冷却后再次加热成型试件。

作者认为 SMA混合料的生产配合比设计和试拌试铺验证，与普通的热拌沥青混合料没有什么区别，可参照通用的办法进行。但应该注意校验掺加纤维的数量是否符合要求。配合比设计的三个阶段是一个完整的整体，不能忽视某个阶段，而且应该特别重视已有工程的成功经验，充分参考采用的矿料级配和油石比。因为，就目前的水平来说，任何一个配合比设计方法都有局限性，最终检验的标准是实际铺筑路面的质量，由使用效果来说明配合比设计方法的准确性。从这个意义上来讲，试拌试铺阶段即铺筑试验段是非常重要的环节。对室内试验的结果要十分重视，但不能盲目迷信。

4 改性沥青SMA13路面的施工

4.1 摊铺

连续稳定的摊铺，是提高路面平整度最主要的措施。本工程采用两台摊铺机梯队摊铺，以提高铺层均匀性和夯实度。摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度，按２ ~３m/min左右予以调整，通常不超过３~４m/min，容许放慢到１~２m/min，做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。

用机械摊铺的混合料未压实前，施工人员不得进行踩踏。只有在特殊情况下，需在现场主管人员指导下，允许用人工找补或更换混合料。缺陷较严重时应予铲除，并调整摊铺机或改进摊铺工艺。

上面层采用移动式自动找平基准装置，由两台摊铺机联合作业实施摊铺，摊铺层纵向接缝上应调协抹平靴，由后面摊铺机牵引向前移动。两台摊铺机距离不应超过１０ m。

摊铺机应调整到最佳工作状态，调试好螺旋布料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速匹配。螺旋布料器的料量以略高于螺旋面料器中心为度，使熨平板的档料板前混合料在全宽范围内均匀。检测松铺厚度是否符合规定，以便随时进行上述各项调整。摊铺前应将熨平板预热至规定温度（不低于１００℃），摊铺时熨平板应采用中强夯等级，使铺面的初始压实度不小于８５％。熨平板必须拼接紧密，不得存有缝隙，防止卡入粒料将铺面拉出条痕。

要注意摊铺机接料的操作程序，以减少粗细料离析。摊铺机集料应在尚未露出、尚有约１０㎝厚的热料时拢料，就是在运料车刚退出时进行；而且应该做到在料斗两翼才恢复原位时，下一辆运料车即开始卸料，做到连续供料，并避免粗料集中。

摊铺应选择在当日高温时段进行。路表温度低于１５℃时不宜摊铺。摊铺遇雨时，立即停止施工，并清除未压实成型的混合料。遭受雨淋的混合料应废弃，不得卸入摊铺机摊铺。

4.2 压实

       由于 SMA13的压实原则为紧跟摊铺机压实，由初压和终压两部分组成。初压和终压宜用宽幅钢轮振动压路机碾压。本工程采用3台英格索兰宽幅振动压路机，遵循紧跟、慢压、高频、低幅的原则进行碾压。混合料摊铺后紧跟着在尽可能高温状态下开始碾压，不得等候。不得在低温度状态下反复碾压SMA，防止磨掉石料棱角，压碎石料，破坏石料嵌挤。必须有足够数量的压路机，初压不宜少于2台。碾压段的长度控制在20~30m。严禁使用轮胎压路机。

在初压和终压过程中，采用两台英格索兰同类压路机并列成梯队压实，不宜采用首尾相接的纵列方式。终压采用一台英格索兰压路机。采用振动压路机压实 SMA13路面时，压路机轮迹的重叠宽度不应超过20cm。当采用静载压路机时，压路机的轮迹应重叠1/3~1/4碾压宽度（未采用）。不得向压路机钢轮表面喷涂油类或油水混合液。初压为4遍，每台2遍（前进后退算一遍）。前进时洒水关掉振动，后退时关水打开振动，终压前进时洒水，后退时关水，前进后退均不打开振动。如遇前面初压压路机加水或有问题后退处理时，则终压的一台压路机必须上前充当初压，待初压的压路机回来以后，再退后进行终压，所以施工时，必须保证初压时的高温性。初压应采用叠合前进碾压的方法，以便做到紧跟摊铺机及时“封住”摊铺的SMA面层的温度。

压路机应以均匀速度碾压适宜的碾压速度随初压、终压及压路机的类型而别。

SMA13路面摊铺后应抓紧碾压，由专人负责指挥协调各台压路机的碾压路线和碾压遍数，使摊铺面在较短时间内达到规定压实度，且碾压温度符合规定。压路机折返应呈梯形，不应在同一断面。如遇局部泛油、油斑，应及时处理。

对松铺厚度、碾压顺序、碾压遍数、碾压速度及碾压温度应设专岗检查。 SMA路面应严格控制碾压遍数。如碾压过程中发现有沥青马蹄脂上浮或石料压碎、棱角明显磨损等过碾压的现象时，碾压即应停止。

压实完成 24h后，方可允许施工车辆通行。

在沥青路面的施工中，压实是最重要的工序。 SMA路面的压实工艺关系到SMA路面的成败。实践证明，SMA的碾压比普通混合料更方便、施工平整度更好。由于SMA结构组成特点——石料有很强的相互嵌挤作用，初亚时前轮不会发生明显的推拥。

5 结语

道路现场取样的试验结果与道路目前良好的使用状况说明本工程 SMA的设计与施工都是非常成功的。

  a. 在高温下有较好的稳定性。 SMA混合料是由质量坚硬玄武岩粗集料和高温稳定的改性沥青形成的一个支撑骨架结构，内部具有较高的抗摩擦力和抗剪性能，因而具有较高的稳定性。

b.在低温下有较好的柔韧性。SMA混合料之间填充了具有较好粘接性能的沥青玛蹄脂，这对混合料的低温抗裂性有较大提高

c.混合料中不易产生离析现象。玛蹄脂的主要作用是防止沥青从粗集料离析出来。

d.具有较好的耐磨性和抗滑性能。SMA一方面要求采用坚硬的、耐磨的优质石料;另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高。路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大，使雨天高速行车下不易产生水漂，提高了抗滑性能，较好地解决了抗滑与耐磨的矛盾。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水，使得路面噪声降低，从而可以全面提高路面的表面功能。

e.在施工过程中，能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥以及表面既有较大的构造深度又基本上不渗水，是鉴别真正的SMA的两个重要标志。

作者单位：南京水利科学研究院