SMA路面配合比設計及施工技術探討

李久偉

(廣西公路橋梁工程總公司，廣西 南寧 530011)

SMA路面配合比設計及施工技術探討

李久偉

(廣西公路橋梁工程總公司，廣西 南寧 530011)

許多竣工的高速公路瀝青面層在通車一段時間后早期破壞比較嚴重，面層的破壞與瀝青面層類型的選擇有很大關系，滬蓉國道的支線石忠高速公路采用半剛性基層瀝青路面，其中面層采用 SMA改性瀝青，在合適的設計配合比和良好的施工技術條件下，取得了良好的效果。文章結合該工程實例，對SMA路面混合料配合比設計、施工工藝進行探討。

高速公路；SMA路面配合比設計；施工技術

（一）概述

瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt）簡稱為SMA。它是一種以瀝青、礦粉、纖維穩定劑組成的瀝青瑪蹄脂膠泥混合料，填充并裹覆礦料表面和粗集料骨架空隙體積中，形成瀝青混合料。它以其良好的路用性能，近年來在我國被逐漸推廣應用到高速公路上。但是由于有的施工單位對SMA路面不正確的配合比設計和施工以及經驗不足等原因，造成了已施工的個別 SMA路段出現了種種病害。為了更好的吸取教訓，總結經驗，更進一步熟悉和了解 SMA的特性，本文結合滬蓉國道主干線支線石忠高速路面工程實例，對 SMA路面混合料配合比設計、施工及質量控制進行探討。

（二）SMA特性

SMA混合料為間斷級配，其構成特性為“三多一少”。三多為粗集料多達70%～80%；礦粉用量多達8%～12%;瀝青用量多達6%左右；一少則是細集料少；粗集料顆粒石-石接觸，形成骨架結構，再由瀝青、礦粉、木質纖維、瑪蹄脂填充其空隙，成為一種密實結構的瀝青混合料，SMA路面使用的實踐表明，與傳統的瀝青路面相比較具有以下特性：①更好的耐久性；②抗高溫穩定性；③抗低溫開裂性；④抗滑性能優越；⑤高溫車轍變形小；⑥使用壽命長。

（三）SMA路面混合料配合比設計

1.材料選擇

（1）瀝青：用于SMA的瀝青必須符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中道路石油瀝青技術要求或聚合物改性瀝青技術要求。為了提高 SMA的抗高溫穩定性和抗低溫開裂性能，可優先選用改性瀝青。滬蓉國道主干線支線石忠高速公路SMA路面采用韓國SK-70﹟改性瀝青，它是一種化學改性瀝青，呈凝膠狀，在基質瀝青內部形成一個格架結構，從而改善了瀝青的彈性性能,較基質瀝青粘度明顯增大，軟化點升高，感溫性能減少，抗老化能力增強，試驗結果表明各項指標均能滿足規范要求，見表1。

表1 韓國SK-70﹟改性瀝青主要技術指標

6 溶解度（三氯乙烯） % 99.62 ≥99 T0607-1993 7 密度（15℃） g/cm2 1.027 T0603-1993 8 質量損失 % 0.03 ≤±1.0 T0610-1993 9 RTFOR后殘留物 針入度（5℃） % 76.8 ≥65 T0604-2000

（2）粗集料：SMA之所以具有較高的高溫穩定性，完全靠含量較多的粗集料相互靠攏嵌擠作用的好與壞，取決于粗集料的石質，宜使用堅韌、粗糙、有棱角、抗壓碎值和洛杉磯磨耗值比較小的碎石。這些性質是 SMA成功與否的關鍵。最好采用捶擊式或錐式碎石機破碎的玄武巖、花崗巖、石英巖、安山巖等堅硬的酸性巖石加工成的碎石。由于酸性碎石與瀝青粘附性差，必須采用摻加石灰、水泥和抗剝落劑等措施。滬蓉國道主干線支線石忠高速公路選用南京玄武巖石料，它質地堅硬、表面粗糙、棱角性好、壓碎值小、與瀝青的粘附性達到5級，各項指標均達到了技術標準要求，見表2。

表2 SMA表層玄武巖粗集料質量技術標準

（3）細集料：細集料最好采用質地堅硬的人工機制砂。當采用普通石屑代替時，采用與瀝青粘附性好的石灰巖，且不得含有泥土雜物；與天然砂混用時，天然砂用量不宜超過機制砂或石屑的用量。滬蓉國道主干線支線石忠高速公路采用人工機制砂，它具有一定的優良特征，經檢測，各項指標均符合規范要求，見表3。

表3 SMA路面用細集料質量技術要求

（4）填料（礦粉）：用于SMA的填料（礦粉）必須使用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石磨細的礦粉。為提高集料與瀝青結合料的粘附性以及瀝青混合料的抗水損害能力，在礦粉中應摻加占礦粉總量 30%且不超過礦料總量 2%的生石灰粉替代礦粉填料。瀝青只有吸附在填料表面形成薄模，才能對粗細集料起粘附作用，在 SMA混合料中，礦粉的用量較普通瀝青砼要多一倍左右，所以控制好礦粉的質量非常重要。

（5）纖維穩定劑：配置SMA必須使用纖維穩定劑，它具有加筋、分散、吸附及吸收瀝青、穩定、增粘等多種功能，穩定劑可用木質素纖維、礦物纖維、聚合物纖維等，滬蓉國道主干線支線石忠高速公路采用了木質素纖維，木質素纖維通常為混合質量的0.3%左右，其技術要求及檢測結果見表4。

表4 SMA混合料纖維穩定劑技術要求

2.目標配合比設計

（1）本階段由兩個重要問題組成,一是確定礦料的級配，二是確定最佳瀝青用量。根據國內外的經驗及有關規范，結合本路段的實際情況，推薦SMA間斷級配如表5。

表5 瀝青瑪蹄脂碎石混合料礦料級配范圍

以上表級配范圍為基礎，組合 3種試驗級配，使混合料4.75mm篩通過率為 23.7%、27.2%、30.7%，三個級配均固定礦粉用量為10%。

（2）測定粗集料骨架部分的集料間隙率VCADRC

根據?公路瀝青路面施工技術規范?(JTGF40-2004)中有關試驗規程測出4.75mm以上部分的搗實狀態粗集料骨架的間隙率VCADRC。

（3）選擇初試瀝青用量

一般可根據粗集料毛體積相對密度選擇,例如毛體積相對密度為2.9左右，選用油石比為5.8%；毛體積相對密度為2.8左右,選用油石比為6.1%；毛體積相對密度為2.7左右，選用油石比為6.4%。還可根據公式計算瀝青用量。另外也可根據以往成功路段的實踐經驗或參考析漏試驗的結果選擇瀝青用量。

（4）進行馬歇爾試驗，根據VMA和VCA確定設計級配

按確定的初試瀝青用量，用三組初試級配拌和，在確定的壓實溫度下制作試件，擊實采用正反擊50次，計算出VV、VMA、VFA、VCAMIX指標，將三組初試級配的試驗結果 VCAMIX與VCADRC，比較，選擇符合 VCAMIX

（5）SMA目標配合比檢驗

SMA混合料在由馬歇爾試驗確定了礦料級配和瀝青用量后，還必須進行下列試驗確認和驗證：用謝倫堡析漏試驗檢驗瀝青用量、用肯塔堡飛散試驗檢驗瀝青用量、 用車轍試驗進行高溫穩定性檢驗、用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗進行水穩定性檢驗、透水性檢驗、表面構造深度檢驗。經檢驗，各項指標均能滿足技術要求（見表6）。

表6 目標配合比驗證試驗結果

3.生產配合比設計

生產配合比設計是配合比設計的核心，它的成果將直接應用于生產，設計時應以目標配合比為設計基礎。

（1）確定熱料倉的比例：從二次篩分的熱料倉中取樣，取樣時開始幾鍋應廢棄，待拌和站生產穩定時再取樣篩分，根據篩分結果確定各熱料倉的比例，其遵循的原則和方法同目標配合比設計。

（2）按確定的最佳瀝青用量及熱料倉的比例進行試拌，取樣進行馬歇爾試驗，并完成以下幾項內容：抽提并計算瀝青用量、篩分、理論最大相對密度、毛體積相對密度、4.75mm以上粗集料占礦料總量的比例、4.75mm以上粗集料占瀝青混合料的比例、空隙率VV、計算VMA、計算VFA。由于馬歇爾試驗結果和現場碾壓工藝不同，產生的效果也不同，而且瀝青拌和機也存在一定的誤差，所以為防止泛油和空隙率偏低瀝青用量應減少 0.1個百分點，滬蓉國道主干線支線石忠高速公路最佳瀝青用量定為6.0%，結果如表7。

表7 生產配合比馬歇爾試驗結果

（4）生產配合比驗證

生產配合比通過鋪筑試驗段的結果來進行驗證，通過試驗段還可解決指導施工的其他問題,主要包括以下內容：①生產能力與材料供應、運輸車輛、攤鋪進度、碾壓設備的匹配。②攤鋪速度的確定。③碾壓速度、壓路機型、碾壓組合。④松鋪系數的確定。⑤平整度、高程等指標的現場控制措施。⑥摩擦系數、構造深度、滲水情況以及壓實效果等。⑦室內馬歇爾指標。⑧級配檢驗等。試驗段施工中要嚴格控制拌和溫度、出廠溫度及碾壓設備的配置和碾壓遍數，滬蓉國道主干線支線石忠高速公路 SMA路面試驗段檢測結果為：瀝青用量6.0%、馬歇爾試驗空隙率為4.3%、穩定度為9.86KN、流值為27.8mm、殘留穩定度為97.6%、壓實度99.2%，各項指標都比較理想，而且混合料的和易性較好、無離析、無析漏，碾壓時無推移，效果比較明顯，為后續大面積施工提供了實踐依據。

（四）SMA路面施工

1.施工準備

檢查調試各種施工設備,使其處于性能良好狀態。對下承層進行清掃，清掃干凈后用高壓水槍沖洗，污染嚴重的地方根據規范要求進行特殊處理。下承層表面沖洗干凈水分蒸發后噴灑粘層油，并防止再次遭到污染以利攤鋪。

2.混合料拌和

拌和前將各種集料包括礦粉充分的烘干，瀝青加熱控制在155～165℃，集料加熱溫度控制在190～220℃，拌和時間一般控制在50～60秒之間，根據出料情況拌和時間可適當延長，混合料的出廠溫度控制在145～165℃。拌和出廠的混合料應均勻，無花白料、冒青煙、纖維團、離析和結塊現象，對于過度加熱的混合料或已經炭化、起泡或含水的混合料都應廢棄。

3.運輸

（1）SMA粘性較大，自卸車槽內要清理干凈、排干積水并在車廂底部和車廂四周涂上一層隔離劑，防止混合料粘在底板上或車廂上。從拌和機向自卸車上卸料時，應多次挪動汽車位置，平衡裝料，以減少混合料離析。運料時任何情況下運料車輛都應加蓋苫布或棉被保溫、防雨、防污染。輪胎應洗凈進入工程現場。

（2）運輸途中不得隨意停歇，殘留在車上的低于規定攤鋪溫度的混合料應予以廢棄。運到現場的混合料溫度不低于145℃。

4.混合料的攤鋪

（1）攤鋪溫度控制在135～165℃最高不超過165℃，攤鋪機保證在攤鋪過程中攤鋪速度和供料速度基本平衡，緩慢、均勻、連續不間斷的攤鋪，攤鋪速度控制在1～3m/min，杜絕停機待料現象發生，攤鋪機前2～3輛待鋪。攤鋪過程中不得隨意變換速度或中途停頓，爭取作到每天收工停機一次，以減少橫向施工縫。

（2）攤鋪時要保持攤鋪機兩側攪籠內的混合料高度一致。以免發生離析或厚度不均的問題。攤鋪機熨平板在攤鋪前必須預熱到100℃以上，并在熨平板下面拉線測校，保證熨平板的平整度，鋪筑過程中應開動熨平板的振動或捶擊等夯實裝置，攤鋪采用一臺攤鋪機半幅全寬路面攤鋪，抗滑表層嚴禁留縱向接縫。若采用兩臺攤鋪機梯隊作業時，兩機前后錯開間距不宜大于10～20m，以保證縱向接縫質量，不留痕跡。兩幅之間應有3～6mm的搭接寬度，應將先鋪瀝青混合料部分預留10～20cm暫不碾壓，作為后攤鋪瀝青混合料的基準面用。碾壓前應仔細清除平整，最后跨縫碾壓。

（3）攤鋪后的瀝青混合料不宜用人工反復修復修整，當不得不有人工作局部找補或更換混合料時，需仔細進行，特別嚴重的缺陷應整層鏟除。

（4）不得在雨天、下承層潮濕、氣溫低于15℃的情況下鋪筑 SMA瀝青混合料。已攤鋪的瀝青層因遇雨未壓實的應予鏟除。

5.混合料的壓實

（1）壓實分為初壓、復壓和終壓三個環節，SMA混合料的初壓溫度不低于 130℃，終壓溫度不低于 70℃，須采用鋼輪壓路機，不能用膠輪壓路機，因為 SMA混合料的粘性大，易粘輪，輪胎揉搓碾壓會使馬蹄脂上浮，造成構造深度降低，甚至泛油。

（2）混合料攤鋪后，應緊跟著在盡可能高的溫度下碾壓，不得在低溫狀態下反復碾壓SMA，以防止磨掉石料棱角或壓碎石料、破壞石料嵌擠。

（3）初壓采用剛性碾靜壓，長度一段不大于20m，采用兩臺壓路機同時進行。初壓遍數為一遍，復壓緊跟在初壓后進行，采用重型振動壓路機，碾壓應遵循“高溫壓實、緊跟慢壓、高頻低幅”的原則，碾壓遍數不少于3～4遍，終壓采用剛性靜壓，緊接在復壓后進行以消除輪跡。防止過度碾壓，過度碾壓會出現彈簧現象，混合料無法穩定，當發現構造深度小，馬蹄脂有上浮現象時，應立即停止。

（4）為防止混合料粘附在輪子上，應適當灑水使輪子保持濕潤，嚴格控制水量，以不粘輪為度。碾壓應縱向進行，并由攤鋪路幅的低邊向高邊進行，相鄰碾壓段重疊至少50cm，初壓時始終讓從動輪在后，避免由于溫度高輪前易留下波浪影響平整度。碾壓應均衡地進行，碾壓速度不得超過3.5km/h,倒退時要關閉振動，端部方向要漸漸地改變，嚴禁急轉彎。嚴禁在新鋪的混合料上轉向、調頭、突然剎車或停機休息，不得在當天鋪筑的路面上長時間停留或過夜；防止礦料、油料和雜物散落在面層上，造成對面層污染。

6.接縫

（1）SMA抗滑表層嚴禁縱向接縫，橫向施工采用平接縫，平接縫切縫在混合料尚未在空氣中冷卻結硬之前進行，切縫后用水沖洗干凈，待干燥后，途刷粘層油，方可鋪筑新混合料。

（2）為保證橫向接縫處的平整度，應用鋼輪壓路機進行橫向碾壓，從先鋪路面上跨縫逐漸移向新鋪面層，初壓后用人工找平，用3m直尺檢測控制。直到平整度滿足要求為止，并注意上、下層橫向接縫要錯開1m以上。

（五）開放交通

由于 SMA瀝青混合料的施工受溫度限制，只有終壓后表面溫度低于50℃情況下才能開放交通，為防止污染面層，竣工驗收前應進行交通管制。防護、交通綠化、標志標線等工程施工時，嚴禁造成對瀝青面層污染。

（六）結束語

SMA瀝青混合料路面抗滑表層是路面施工中的最后一道工序，其配合比設計和施工技術水平直接影響路面的質量和使用壽命。所以，施工時重點要在原材料選用、級配和施工工藝水平上下工夫，確保路面工程質量。

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[5]王奕鵬,杜洪波.SBS改性瀝青路用性能的研究[J].公路,2005,1:151-155.

U416.2

A

1008-1151(2011)04-0095-03

2011-01-28

李久偉（1985－），男，河南商丘人，供職于廣西公路橋梁工程總公司，從事公路工程施工技術管理。