第3章沥青混合料—SMA
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面施工技术
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面施工技术摘要：本文探讨了SMA混合料的优点、施工工艺流程及操作要点、SMA路面施工质量控制等三个方面的内容，以供与同仁交流学习。
关键词：SMA，施工工艺，SMA路面，施工质量控制1、引言SMA（Stone Matrix Asphalt）是沥青玛蹄脂碎石混合料的缩写，是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂，细集料以及较多的填料（矿料）组成的沥青马蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料。
是近年来在国际上出现的一种非常引人注目的新型沥青混合料，它以优良的抗车辙和封水性能闻名于世。
2、应用SMA混合料的优点SMA混合料具有明显的优点: (l)由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力。
(2)由于沥青玛蹄脂的粘结以及纤维素的作用，低温变形性能和水稳定性较大地改善。
(3)间断级配在表面形成了较大的构造深度，抗滑性能好，噪音比常规降低2一3分贝。
(4)混合料具有较小的空隙率，耐老化性能和耐久性大大改善。
由于SMA的多种优点，从而可以全面提高沥青混合料的路用性能，使路面寿命延长50%以上。
3、施工工艺流程及操作要点3、1施工前准备（1）施工前应对施工人员做技术交底，检查机械设备是否按要求到位且状态良好。
（2）对已铺筑的沥青砼中面层钻芯取样，检测铺筑厚度，并按每10m一断面检测中面层的高程和横坡度，以保证SMA的铺筑厚度和横坡度达到设计、规范要求。
（3）用人工和空压机清扫，吹干净要铺筑SMA的路段表面，对局部泥土污染严重的部位用水车高压射水冲洗干净。
（4）用沥青洒布车洒布中裂的洒布型乳化沥青(PC-3)，平均用量按设计要求控制，沥青洒布要均匀成雾状。
3、2拌合SMA混合料（1)采用3000型间歇式沥青混合料拌合设备，使用导热油加热改性沥青，严格把改性沥青的加热温度控制在165℃到175℃之间，泵入拌合机的改性沥青温度控制在170℃左右。
(2)按照生产配合比配料控制好各热料仓的矿料、矿粉和木质素纤维及沥青的用量，并适当降低每盘拌合料的重量，注意把矿料的加热温度控制在185℃到195℃之间，不允许超过200℃。
间断级配SMA
技术指标
6 70±10
＜6 85±10 65±10 30±10
18±5，无挥发物
7.5±1.0 5.0±1.0
5.0
三、SMA混合料的配合比设计
1. SMA混合料的配合比设计指标 (1)SMA混合料级配设计范围 表3-29为SMA混合料级配范围的建议值，SMA混合料的最 大粒径应与面层结构设计厚度相匹配，结构设计厚度为集料的 公称最大粒径的2~2.5倍。
VCAmix ≤ VCADRC
②马歇尔试件的体积参数
我国现行规范《公路工程沥青路面路面设计规范》 （JTJ014-97）中建议：SMA混合料的空隙率VV宜控制 在3%~4%，在实际使用时，应根据气温和荷载情况综合确 定。
（3）SMA混合料的力学性能指标
马歇尔试验的稳定度和流值不是SMA混合料配合比设计 的主要指标。马歇尔试验的目的是检测试件的各项体积结 构参数，以确定SMA混合料的矿料级配。
沥青混合料类型 试验类型
SMA-16
AC-161
60/70沥青 SBS改性沥青 60/70沥青 SBS改性沥青
动稳定度（60%）（次 /mm）
1781
4673
1200
2520
劈裂强度（0℃） (Mpa) 劈裂模量（0℃） (Mpa) 弯拉模量（0℃） (Mpa)
3.275 2544 1980
3.794 2098 1446
△s
=
m0 m1 m0
×100%
谢伦堡试验和肯塔堡试验往往是同时进行的，前者用于
确定沥青用量的上限，后者用于确定沥青用量的下限。综合
比较可得出较为合理的沥青用量范围。
SMA混合料的物理力学性能指标和技术要求
表3-30
浅谈改性沥青混合料SMA的应用
浅谈改性沥青混合料SMA的应用SMA全称沥青玛蹄脂碎石混合料，StoneMasic（Matrix）Asphalt的缩写，是20世纪60年代中期，德国道路工作者为提高路面的抗滑能力，抵抗带钉轮胎对路面破坏而开发的新技术，它能显著地提高沥青混凝土的路用性能，特别适用于重交通道路，本文是根据本地区一些工程项目实际应用进行的理解和分析。
1. SMA性能介绍1.1SMA组成。
沥青玛蹄脂（Mastic）是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的混合物。
SMA路面是按照内摩擦角最大的原则配置间断级配的粗集料，使其形成相互嵌挤锁结的骨架，然后用足量的沥青玛蹄脂（细集料、矿粉、沥青和纤维稳定剂组成）填充其骨架空隙的一种路面结构。
（1）5mm以上的粗集料，用量高达70%~80%。
（2）矿粉填料用量达8%~13%，粉胶比（矿粉同沥青比）远远超出通常1.2的限制。
（3）沥青结合料用量多，高达6.5%~7.0%。
（4）细集料：一般0.075mm筛孔的通过率高达10%。
（5）纤维稳定剂占混合料总重的0.3%~0.4%，用来吸附过量的沥青。
1.2强度组成机理。
1.2.1高温稳定性。
SMA的高温稳定性主要取决于内摩擦角φ值，φ值主要取决于矿质骨料的尺寸均匀度、颗粒形状及表面粗糙度。
SMA作为一种间断级配混合料，4.75mm~9.5mm之间的粗集料总量的40%左右，远高于普通密级配混合料，且矿质颗粒粗大、均匀，同时SMA对集料的扁平或细长颗粒有严格的限制，某些情况下对磨光值也有严格的要求。
这样，SMA混合料骨料有棱角且表面粗糙，故内摩擦角φ值大。
即使在高温条件下，由于粗集料颗粒之间相互良好的嵌挤作用，混合料仍有较好的抗变能力。
1.2.2低温抗裂性。
在低温条件下，混合料收缩变形使集料受拉时，集料之间填充的沥青玛蹄脂（Mastic）可以发挥其良好的粘结作用。
此时SMA的抗拉能力主要取决于沥青胶结料的粘聚力c值。
由高含量的矿粉、纤维和沥青组成的Mastic具有远高于普通密级配混合料的粘结作用，从而使混合料具有良好的低温抗裂性能。
第三章 沥青混合料
排水式沥青路面
排水式开级配沥青碎石ATPB基层 ——Asphalt-Treated Permeable Base
设计空隙率≥18％
9
10
(4) 间断级配沥青混合料
gap-graded bituminous paving mixtures(英) gap-graded asphalt mixtures(美)
47
48
8
2011/5/14
影响沥青混合料抗剪强度的外因
⑴ 温度的影响：温度↑C ↓
第二节 沥青混合料的技术性能
沥青路面的主要损坏类型 沥青混合料应具备的基本技术性能 评价方法与指标 影响因素与改善措施
受温度变化影响较少
⑵ 加载速率的影响：加载速率↑ τ ↑
形变速率的影响：变形速率↑粘度↓ C值↓
32
2. 沥青混合料的毛体积密度
f
沥青混合料质量与体积关系示意图
空隙
沥青 质量 m a 空隙体积 V 沥青体积 Va 空隙率 VV 沥青饱和度 VFA
矿料间隙率
ma mg Va Vse V
沥青
VMA
合成矿料有效体积 Vse
合成矿料表观体积
合成矿料毛体积
毛体积相对密度 水中重法 表干法
③ 温拌沥青混合料
19
20
沥青混合料组成与体积参数
空隙率VV 沥青体积率VA 矿料间隙率VMA
4~6. 沥青混合料试件的体积参数
空隙率
沥青混合料 最大理论密度
f VV 1 - t
100%
沥青混合料 毛体积密度
沥青
沥 青 玛 蹄 脂
集料
（ 1 矿料间隙率VMA VMA
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规定：高速公路，不宜小于800次/mm
一级公路、城市主干道，不宜小于600次/mm
影响混合料高温稳定性的因素：
沥青用量、沥青的粘度、矿料的级配、矿料尺寸、形状
道路工程材料
第三章沥青混合料
2 沥青混合料的技术性能
2.1 高温稳定性
车辙实验方法首先是英国运输与道路研究试验所(TRRL) 开发的，并经过了法国、日本等道路工作者的改进与完善。
沥青混合料的抗剪强度与形变速率也有关，粘聚力 C 值随 形变速率的增加而显著提高，内摩阻角随形变速率的变化很 小。
道路工程材料
第三章沥青混合料
2 沥青混合料的技术性能
高温稳定性 低温抗裂性 疲劳特性 耐久性 水稳定性 抗滑性 施工和易性
道路工程材料
第三章沥青混合料
2 沥青混合料的技术性能
在沥青用量固定的情况下，矿粉的用量多少也直接影响沥
青混合料的密实程度及粘结力，矿粉用量不能过多，否则使沥
青混合料结团成块，不易施工。
道路工程材料
第三章沥青混合料
1 沥青混合料的类型与组成结构
1.6 沥青混合料的结构强度理论 影响抗剪强度τ的因素 矿料的级配类型及表面性质对沥青混合料抗剪强度的影 响
粗、细骨料及填料 较稀沥青分布其间
密实级配的矿质骨架 沥青混合料
道路工程材料
第三章沥青混合料
1 沥青混合料的类型与组成结构
1.5 沥青混合料的组成结构类型
胶浆理论：(现代理论) 将高稠度沥青加到矿粉中形成胶浆－微分散体系 将细骨料添加到胶浆中形成沥青砂浆－细分散体系 将粗骨料添加到沥青砂浆中形成沥青混合料－粗分散体系
特点: 高稠度沥青 / 沥青用量大 / 间断级配
道路工程材料
第3章沥青混合料—SMA
SMA路面的病害
SMA路面的病害
2. SMA对材料的要求－粗集料
Good Rock Rock
高质量的轧制碎石，其岩石
Bad
应坚韧，具有较高的强度和
刚度。
形状接近立方体，有棱角， 针片状含量低
针入度要小一个等级
（1）沥青结合料
要求沥青具有较高的粘度，与集料具有较好的 粘附性。除满足相关规范要求外，应采用比当地常 用普通沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。对于高 等级公路、交通量特别大以及气候环境严酷时，最 好采用改性沥青制备沥青混合料。
改性沥青 、 普通沥青？来自动稳定度（次/mm）8000 7000
LA、抗压碎要求较高
一般不使用石灰岩，可以使
用酸性岩石，但应检验与沥
青粘附性，不满足要求时， 应采取有效的抗剥落措施。
2.SMA对材料的要求－细集料
SMA的细集料含量很小，只有10％左右，但作用不 可小视
最好使用坚硬的机制砂，也可以采用优质石屑部分 替代机制砂使用，且应选择石灰岩石屑，严格控制 实现中土的含量。
1.概述
SMA：是沥青马蹄脂碎石（Stone Matrix Asphalt）的缩 写，是一种以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以 及较多的细集料（矿粉）组成的沥青马蹄脂，填充与间断 级配的粗集料骨架间隙中组成一体所形成的沥青混合料， 简称SMA。
SMA材料组成特点： “三多一少”—粗级料多（≧4.75mm ，粗集料70％～80％）、沥青多、矿粉多（约10％）、细 集料少。
（1）SMA混合料体积结构参数 SMA骨架嵌挤形成的判断
1.概述
SMA沥青混合料的配合比设计
SMA沥青混合料的配合比设计摘要 SMA混合料的设计过程中，往往会出现所测指标不能满足要求的情况，这就需要对原设计进行必要的调整，重新进行试验和设计。
关键词 SMA 混合料沥青一、概述沥青玛碲脂碎石（Stone Mastic Asphalt 简称SMA）路面，具有优良的高温稳定性、抗车辙能力强、路表粗糙抗滑，行车安全、良好的低温抗裂性、使用的耐久性、抗水害、以及一定的降噪声的效果。
国外已普遍使用，国内也得到了推广应用，2007年承德市铺筑了第一条由SMA做上面层的路面工程。
要保证SMA路面的工程质量，才能体现SMA路面的优越性，保证质量的技术关键在于SMA沥青混合料的配合比设计。
二、原材料质量原材料是影响沥青路面质量的主要因素，要想使沥青路面达到设计使用寿命，除了控制施工质量外，还必须充分重视原材料的质量。
１、粗集料因SMA混合料是依靠集料紧密嵌挤而形成骨架结构，故集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚硬、集料的颗粒形状和棱角性。
粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。
SMA中粗集料起嵌挤作用，要求用坚硬、硬质石料，其质量要满足《公路改性沥青路面施工技术规范》的技术要求，详见表1。
SMA混合料的性质对集料4.75mm通过率十分敏感，要求针片状颗粒含量不超过15%。
根据SMA材料的特性，集料选择采用隆化生产的玄武岩。
２、细集料SMA混合料中细集料同样要求石质坚硬、富有棱角、洁净、干燥并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性低。
细集料采用机制砂，也称人工砂。
其质量技术要求见表2。
３、矿粉矿粉在SMA混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂，从而影响SMA的性能。
矿粉为混合料产生“加劲”效应，在拌和过程中禁止使用熟料。
按照我国目前沥青路面施工技术规范生产的石灰石矿粉可用于SMA混合料，京承高速使用的是石灰石磨细矿粉。
其具体技术要求见表3。
４、沥青材料SMA所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性，京承高速采用重交通道路石油A级70号沥青，其指标符合规范要求。
沥青SMA混合料的性能分析
沥青SMA混合料的性能分析作者：索娜来源：《装饰装修天地》2017年第05期摘要：于我国高速公路建设高速发展，高速公路沥青路面的交通量大`车辆轴载重荷载作用间隙时间短`车速快的情况.因此，对高速公路路面的各项指标要求也越来越高，所以只有不断地改善原材料和沥青砼的类型，进一步优化沥青砼的配合比，改进施工工艺，才能跟上高速发展步伐；本人就改性沥青SMA混合料的性能做了分析研究。
关键词：沥青；性能1 SMA性能介绍1.1SMA组成沥青玛蹄脂（Mastic）是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的混合物。
SMA路面是按照内摩擦角最大的原则配置间断级配的粗集料，使其形成相互嵌挤锁结的骨架，然后用足量的沥青玛蹄脂（细集料、矿粉、沥青和纤维稳定剂组成）填充其骨架空隙的一种路面结构。
（1）5mm以上的粗集料，用量高达70%～80%。
（2）矿粉填料用量达8%～13%，粉胶比（矿粉同沥青比）远远超出通常1.2的限制。
（3）沥青结合料用量多，高达6.5%～7.0%。
（4）细集料：一般0.075mm筛孔的通过率高达10%。
（5）纤维稳定剂占混合料总重的0.3%～0.4%，用来吸附过量的沥青。
1.2强度组成机理1.2.1高温稳定性SMA的高温稳定性主要取决于内摩擦角φ值，φ值主要取决于矿质骨料的尺寸均匀度、颗粒形状及表面粗糙度。
SMA作为一种间断级配混合料，4.75mm～9.5mm之间的粗集料总量的40%左右，远高于普通密级配混合料，且矿质颗粒粗大、均匀，同时SMA对集料的扁平或细长颗粒有严格的限制，某些情况下对磨光值也有严格的要求。
这样，SMA混合料骨料有棱角且表面粗糙，故内摩擦角φ值大。
即使在高温条件下，由于粗集料颗粒之间相互良好的嵌挤作用，混合料仍有较好的抗变能力。
1.2.2低温抗裂性在低温条件下，混合料收缩变形使集料受拉时，集料之间填充的沥青玛蹄脂（Mastic）可以发挥其良好的粘结作用。
此时SMA的抗拉能力主要取决于沥青胶结料的粘聚力c值。
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1.概述
SMA沥青混合料的技术特性 优良的高温稳定性 较好的低温抗裂性能 较好的耐久性 优良的抗滑性能 降低交通噪音 减小雨天路面水雾，提高能见度
1.概述
1.概述
欧洲发展历史
➢ SMA产生于20世纪60年代中期的德国，由浇注式沥青混凝土 （Gussasphalt）发展而来。
➢ 从80年代起，SMA首先在北欧的瑞典、芬兰等国得到广泛应用 ➢ 丹麦1982年开始在重载道路、厂矿道路、机场应用SMA结构，哥本哈
针入度要小一个等级
（1）沥青结合料
要求沥青具有较高的粘度，与集料具有较好的 粘附性。除满足相关规范要求外，应采用比当地常 用普通沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。对于高 等级公路、交通量特别大以及气候环境严酷时，最 好采用改性沥青制备沥青混合料。
改性沥青 、 普通沥青？
动稳定度（次/mm）
8000 7000
V CmAix1cfaCA1 0 0
式中：PCA 沥青混合料中粗集料的比例，即大于4.75mm的颗粒含量 （％）； γca 粗集料骨架部分的平均毛体积相对密度，由式C.3.3 确定； γf 沥青混合料试件的毛体积相对密度，由表干法测定 。
3 SMA配合比设计指标
（1）SMA混合料体积结构参数 SMA骨架嵌挤形成的判断
细集料的棱角性最好大于45%。 SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂 －F40规范
2. SMA对材料的要求－矿粉
尽量采用磨细的石灰石粉。 少量使用消石灰粉和水泥可改善水稳定性，但要限
制用量。 玄武岩粉与沥青粘附性比石灰石粉差很多，不宜用
作SMA的填料。 不宜采用粉煤灰做填料。 回收粉用量不得超过填料总量的25%。
1.概述
我国发展历史
➢ 我国1992年首都机场高速路首次使用SMA路面。 ➢ 1993-1996年全国许多省份铺筑了试验路。 ➢ 1996年首都机场东跑道沥青加盖层采用改性沥青SMA表面层。 ➢ 1997年东西长安街沥青面层整修采用SMA-10表面层。 ➢ 2002年发布《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》（SHC F40-01-
➢ 1991年有 23个州采用SMA铺筑了高速公路表层试验段。 ➢ 1994年FHWA提出SMA设计施工指南。 ➢ 1997年陆续提出《SMA设计》、《美国SMA路用性能评估》等报告。 ➢ 1998年提出关于SMA混合料配合比设计等一系列规范的建议稿 ➢ 2003年NCAT提出关于4.75mmNMAS的SMA性能报告。
VCDARC(1CSA)100
式中： VCADRC粗集料骨架的松装间隙率(％)； γCA粗集料骨架的毛体积相对密度； γS 粗集料骨架的松方毛体积相对密度（g/cm3）。
3 SMA配合比设计指标
（1）SMA混合料体积结构参数 沥青混合料试件的粗集料骨架间隙率
压实沥青混合料试件内粗集料骨架以外的体积占整个试件体积 的百分率，以VCAmix表示。
根机场跑道是世界上最早使用SMA道面的机场。 ➢ 荷兰自1987年起开始使用SMA路面。 ➢ 意大利自1991年起将SMA使用于高等级公路的磨耗层 ➢ 英国从1994年开始在干线公路上使用SMA，打破了原来使用嵌压式沥
青混合料（HRA）千篇一律的局面。
1.概述
欧洲发展历史
➢ SMA1990年美国AASHTO、FHWA、NAPA、SHRP、TA、TRB派出联合代表团 赴欧洲考察。
2002）。 ➢ 2004年发布《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），将
《技术指南》内容并入《规范》，并作了部分调整。
2. SMA对材料的要求－沥青结合料
质量要符合F40规范相应的技术要求 比普通沥青混凝土要求要高，要求要有较高的粘度 一般要求采用稠度较大的沥青，比当地常用的沥青，
除已有成功经验证明使用非改性 的普通沥青能符合使用要求外， SMA宜采用改性石油沥青－－ F40规范
SMA路面的病害
SMA路面的病害
2. SMA对材料的要求－粗集料
Good Rock Rock
高质量的轧制碎石，其岩石
Bad
应坚韧，具有较高的强度和
刚度。
形状接近立方体，有棱角， 针片状含量低
LA、抗压碎要求较高
一般不使用石灰岩，可以使
用酸性岩石，但应检验与沥
青粘附性，不满足要求时， 应采取有效的抗剥落措施。
2.SMA对材料的要求－细集料
SMA的细集料含量很小，只有10％左右，但作用不 可小视
最好使用坚硬的机制砂，也可以采用优质石屑部分 替代机制砂使用，且应选择石灰岩石屑，严格控制 实现中土的含量。
2.SMA对材料的要求－纤维稳定剂
纤维稳定剂
在SMA中的 作用
加筋作用 分散作用 吸附及吸收沥青 稳定作用 增粘作用，提高粘结力
SMA对材料的要求－纤维
纤维种类
木质素纤维 矿物纤维 有机纤维
3 SMA配合比设计指标
（1）SMA混合料体积结构参数 捣实状态下粗集料骨架间隙率
捣实状态下粗集料骨架间隙率是将4.75mm（或2.36mm）以上的 干燥粗集料按照规定的条件在容量筒中捣实，所形成的粗集料骨架实 体以外的空间体积占容量筒体积的百分率，以VCADRC表示。
7000 7088
6000
5000 4000
4523 4200
3000
2000
1000
0
改性
2888 2591 1584 1572
不改性
SMA-13 SMA-16 AC-13 AC-16
国外大多使用改性沥青铺筑SMA， 有些国家规定必须使用改性沥青 铺筑SMA路面
对高速公路等承受繁重交通的重 大工程，夏季特别炎热或冬季特 别寒冷的地区，宜采用改性沥青 －－SMA指南
1.概述
SMA：是沥青马蹄脂碎石（Stone Matrix Asphalt）的缩 写，是一种以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以 及较多的细集料（矿粉）组成的沥青马蹄脂，填充与间断 级配的粗集料骨架间隙中组成一体所形成的沥青混合料， 简称SMA。
SMA材料组成特点： “三多一少”—粗级料多（≧4.75mm ，粗集料70％～80％）、沥青多、矿粉多（约10％）、细 集料少。
SMA沥青混合料是按照嵌挤原则设计的，为了充分发挥SMA混合料中粗集 料石-石骨架嵌挤的作用，在压实状态下，沥青混合料中的粗集料间 隙率VCAmix必须小于粗集料骨架间隙率VCADRC，这是检验嵌挤骨开了，说明在混合料中沥青马蹄脂过多或者粗集料骨架间隙 过小。