SMA沥青路面在滨博高速公路中的应用

SMA沥青路面在滨博高速公路中的应用摘要：本文以sma沥青路面在滨博高速公路施工为例，着重介绍了沥青玛蹄脂混合料的结构特点、配合比设计、施工控制等几方面内容。

关键词：沥青玛蹄脂混合料（sma）纤维稳定剂配合比设计施工控制一、前言沥青玛蹄脂碎石(sma) 是英文(stone matrix asphalt)的缩写。

我国在1992 年首次在”国门第一路”首都机场路使用，山东省于1998～1999 年在京沪高速公路泰安段进行了sma试验路的铺筑。

该段试验路经三年大交通、重轴载的考验，其表面性能，抗高温稳定和水稳定性均较好，确认是当前路面的优良结构。

2000 年，山东省交通厅决定在滨州至博山高速公路84 km 范围内进行大规模推广。

滨州至博山高速公路是实际意义上山东省大面积采用sma沥青路面的第一条高速公路，其成功的实施标志着sma路面结构技术逐步走向成熟阶段。

2003 年后，山东省的所有高速、一级公路的上面层全部使用了sma 结构，并且在一般路网改建项目中广泛应用。

我公司承建的滨博高速公路第十合同段k88+460～k99+400，主线全长10.94km，位于淄博市博山区境内，设计采用四车道高速公路标准，路基宽度由26m渐变为23m。

主线路面结构层采用4cm中粒式沥青砼抗滑层（sma-13）+5cm中粒式沥青砼（ac-20）+6cm粗粒式沥青砼（ac-25）。

本合同sma-13采用的沥青为sac（麦克）改性沥青，并掺加了0.3%的北京肯特莱木质素纤维。

实践证明，sma 与普通热沥青混合料相比，具有更好的抗疲劳、抗车辙等性能，高温稳定性、低温抗裂性有明显改善，路面耐久性更为显著。

二、sma的形成机理和结构特点sma 是由沥青、矿粉、纤维及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架的混合料，其粗集料约占整个混合料的70—80%，矿料约占8—12%，沥青约占6—7%，是一种嵌挤骨架型结构，其骨架之间孔隙由细集料和沥青玛蹄填充。

根据相关资料显示，对于高压力作用下的沥青混合料，如果是一个稳定的混合料，高温车辙的抗力大约80% 是由集料骨架结构提供的，其余的20% 是由沥青胶结料提供。

应该说沥青路面结构的抗变形能力主要来源于沥青混合料中集料之间的相互作用。

由于sma 具有含量较高的粗集料通过嵌挤作用形成骨架，沥青玛蹄脂具有较高的粘度，即使在重荷作用下，也具有较好的抗变形能力。

而原《公路沥青路面设计、施工技术规范》推荐的ac 结构，尽管具有较好的密实性，但其粗集料较少，且悬浮于细料之中，在高温行车作用下，粗集料重新分布，会造成过大的变形而产生车辙。

因sma 具有较厚的沥青薄膜，具有较好的密实度，其间隙较小，一般在4%～5%，有较好的防水性能。

一般认为孔隙率<7% ，其水损害的可能性较小。

同时较厚的沥青膜可防止老化和低温开裂，因此具有较好的耐久性。

三、sma的原材料要求1、沥青sma的沥青用量比普通级配热沥青混合料多得多，用于sma的沥青结合料必须具有较高的粘度，与集料有很好的粘附性，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。

沥青材料的高温性能及低温性能优劣直接影响到sma混合料的高、低温性能及抗疲劳性能。

我公司承建的滨博高速公路路面sma所用沥青为山东华瑞道路材料技术有限公司生产的mac70号改性沥青。

mac改性沥青是美国海瑞集团的一项专利技术，1998年引入山东，到2000年合资建厂进行工厂化生产，在高速公路和路网改建项目中得到广泛的应用，其质量标准被作为山东省地方标准正式发布。

mac改性沥青具有较高的性价比，改性费用低，改性加工费用只是同级别sbs改性沥青的60%，改变了改性沥青的贵族身份，扩大了改性沥青的推广应用范围。

将mac 改性沥青应用于sma技术，具有较高的粘度和稳定性，能保证骨料表面有较厚的沥青膜，也不淅漏。

2、集料sma对粗集料质量要求比较高，用于sma的粗集料宜100%轧制，表面粗糙，形状接近立方体且对磨耗值、针片状含量、压碎值，某些情况下对磨光值均有严格的要求。

sma的高温稳定性是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，在很大程度上取决于集料石质的坚韧性、颗粒形状和棱角性。

可以说粗集料的这些性质是sma成败与否的关键。

滨博高速公路sma所用粗集料为当地碎石厂生产的玄武岩，其技术指标完全满足施工要求。

细集料在sma中的比例很小，往往不超过10%，但其影响也不小。

宜采用专用的细集料破碎机生产的机制砂，当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰石石屑，且不得含有泥土、杂物。

因为机制砂是采用坚硬岩石破碎制成，有良好的棱角性和嵌挤能力，对提高高温稳定性有好处。

必要和天然砂混用时，机制砂与天然砂比例必须大于1：1，天然砂是经过风化形成的，比较坚硬，用它作细集料往往有较好的耐久性，但与沥青的粘附性差，而且颗粒形状基本为球型，所以对高温抗车辙能力不利。

我标段采用当地碎石场生产的机制砂，其技术指标完全满足施工要求。

形成sma结构，足够数量的矿粉是一个先决条件，矿粉必须采用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。

滨博高速公路所用矿粉为当地水泥厂生产的，其质量试验结果满足施工要求。

3、纤维稳定剂sma混合料因沥青含量高和矿粉用量大，在贮存、运输和摊铺过程中，沥青和矿粉会产生滴漏和离析，在车辆荷载作用下易出现泛油现象。

因此在sma拌和时要加纤维，纤维在混合料中起到加筋、分散、吸附、增粘等稳定剂的作用。

纤维稳定剂的掺加比例以沥青混合料总量的质量百分率计算，通常情况下用于sma路面的木质素纤维不宜少于0.3%，必要时可适当增加。

掺加纤维的量允许误差为±5%。

滨博高速公路sma中掺加了0.3%的北京肯特莱木质素纤维，其质量试验结果见表1四、配合比设计在sma级配中，4.75mm及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规格的集料在sma级配中是最重要的参数。

而且4.75mm通过率与混合料的vma密切相关，随着4.75mm 通过率的增加，即细集料增加，矿料间隙率将逐步趋于常数，只有当4.75mm通过率小于30%时，vma才开始增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得以发挥，石-石嵌挤结构形成。

改性沥青sma-13配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法进行。

设计初试级配，调整各种矿料比例，设计3个不同粗细的初试级配，但必须符合标准级配范围的要求，3个级配的4.75mm通过率分别为22%、25%、28%左右，3个级配矿粉数量相同，使0.075mm通过率为10%左右。

按技术规范给定的公式计算初始级配矿料的平均毛体积相对密度和大于4.75mm粗集料的混合毛体积相对密度，用捣实法测定大于4.75mm 的粗集料的捣实密度，并计算各组初试级配捣实状态下粗集料的间隙率。

五、sma施工控制要点1、sma混合料拌和混合料拌制采用间歇式拌和机，通过纤维投料设备按规定比例和数量将纤维投入混合料拌和缸内，纤维在喷洒沥青的同时喷入拌和缸内，混合料的干拌时间为8～10s，湿拌时间一般在40s左右，总的拌和时间比普通沥青混合料增加10-15s。

2、sma混合料摊铺sma混合料宜在气温和路床温度均高于15℃的情况下进行铺筑，提前喷洒改性沥青粘层油，用量约为0.4kg/m2。

本标段采用abg423型履带式摊铺机全幅摊铺，开始摊铺前对熨平板预热至100℃以上，铺筑过程中应开动熨平板的振动或捶击等夯实装置。

改性沥青sma 混合料的摊铺比普通沥青混合料的摊铺温度高10—20℃，出炉温度一般控制在175—185℃，摊铺温度不得低于160℃。

摊铺速度一般控制在1.5～2m/min，松铺系数控制在1.05～1左右。

铺筑过程中，摊铺机上螺旋送料器应不停顿的转动，两侧应保持有不少于送料高度2/3的混合料，并保证在摊铺机全宽度断面上不发生离析。

3、sma混合料压实由于sma路面设计厚度薄，混合料温度与气温温差大，摊铺后冷却快，所以碾压作业应紧跟在摊铺后进行。

避免“吸油”禁止使用胶轮压路机，碾压sma混合料时应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。

初压紧跟在混合料摊铺后于高温下进行，不得等候，sma的初压温度不低于150℃，复压温度不得低于130℃，终压温度不低于120℃。

碾压sma混合料时，必须注意压实度的变化，最好使用核子密度仪，测出压实度变化作为参考。

压路机的碾压变数在施工过程中实际上是很难统计的，即使是压路机驾驶员也只能的大概数，实际上，压路机的遍数是由摊铺机的摊铺速度、压路机的台数决定的。

本标段配备4台双钢轮压路机，共碾压5遍，静压一遍，振压三遍，再静压一遍。

经试验测定，压实度最小值为98.4%，最大值为99.3%。

较好地满足了规范的要求。

在碾压过程中有两条原则可以检验sma是否成功：（1）能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥是鉴别是不是真正的sma的第一重要标志。

（2）碾压成型后表面有足够的构造深度又基本不透水是鉴别是不是真正的sma的第二重要标志。

4、sma混合料质量控制措施sma混合料的施工要求很高，特别注意拌和、摊铺、压实等关键工艺。

（1）原材料的质量是sma混合料质量控制的决定因素，所以要严格控制原材料的质量，特别是控制沥青和矿粉及木质素纤维的质量。

（2）木质素纤维拌和均匀非常重要，一般在干拌时间延长5～8s，湿拌时间延长10s左右。

（3）由于增加拌合时间，投放矿料时间加长，废弃回收粉尘等原因降低拌和机生产率，在计算拌和机生产能力时要充分考虑到，以保证不影响摊铺速度，造成停顿。

（4）sma混合料摊铺完后立即碾压，碾压温度越高越好，越容易达到要求压实度，碾压遵循“紧跟、紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。

六、经济效益分析典型的加纤维的sma路面结构比一般沥青混合料增加费用约20%，这是因为sma混合料要求：优质的材料，两倍用量的轧制粗石料，沥青和纤维用量也很大，更慢的生产速度和更难的施工技术等。

据统计，sma路面结构比普通沥青混凝土路面平均延长30—40%。

使用sma，一是提高了路面质量，增加了耐久性，减少了路面损坏造成的行车堵塞和资金浪费，按现在山东使用的千公里公路汁算，每延长一年使用寿命，可节约几亿元之多；二是提高路面防滑性能，增加了行车安全性，减少了交通事故，延长路面使用寿命，减少了资掘浪费。

因此，其经济、社会效益是十分可观的。

七、结语我公司承建的滨博高速公路第十合同段路面面层从2002年5月3日开工，至2002年8月10日完工，2002年8月25日顺利通过验收，2002年9月8日正式开通使用。

经过这些年来的实践证明，其使用性能和使用寿命都得到了业主和社会的高度评价。

近些年来sma路面还在一般公路建设、养护和高速公路的养护工程中得到大量应用，并在许多市政工程中也得到应用，有着广阔的发展前景。