SMA材料的選擇及配比設計

張 健

（遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 遼寧沈陽 110166）

1 引言

隨著公路交通量的增長，大型及重載車輛的比例不斷增加，對瀝青路面的性能要求越來越高。SMA路面具有良好的抗車轍能力、高溫穩定性、低溫抗裂性、耐疲勞性及水穩定性，成型后不透水，且具有良好的抗滑性能，適用于高等級公路瀝青路面的上面層。

2 材料的選擇

SMA的特點是瀝青用量多、粗集料多、礦粉多、細集料少，使粗集料的骨架嵌擠作用得到充分發揮，使混合料具有抵抗荷載變形的能力；瀝青瑪蹄脂則填充于粗集料的剩余孔隙中，以形成骨架嵌擠結構。

2.1 瀝青

SMA是間斷級配，要求瀝青結合料粘結性好，瀝青的用量就會增加。因此應選擇針入度小（南方宜為40～60，北方宜為60～80）、軟化點高、溫度穩定性好的瀝青。最好采用改性瀝青，在考慮與礦料的粘附性能前提下以改善抗高溫變形和抗低溫變形的能力。

2.2 集料

SMA是骨架嵌擠結構，集料間的接觸力較大，石料的磨損較快，所以須采用高質量且耐壓碎的集料。4.75mm以上的粗集料占70%以上，應選用花崗巖、砂巖、玄武巖等。粗集料應為顆粒形狀，針片狀含量不大于10%，壓碎值不大于22%；粗集料還應表面粗糙且具有耐磨光性能，磨光值應在42BPN以上，洛杉磯磨耗損失應在30%以下。細集料應由堅硬的石料磨制而成。

2.3 礦粉

SMA中礦粉是馬蹄脂的主要成分，其影響混合料的穩定性能和抗車轍能力。礦粉宜采用磨細的石灰石粉，粒徑小于0.075mm的顆粒含量應在75%以上，親水系數小于1。為改善瀝青結合料的粘附性，消石灰和水泥用量應控制在礦料總質量的2%以下。

2.4 纖維穩定劑

纖維穩定劑的作用是增大集料的表面積及吸油，以增加油膜厚度達到增強與集料粘附性的目的；同時能提高SMA混合料高溫下的抗剪能力，減少運輸、攤輔過程中瀝青的析漏。我國使用木質纖維和礦物纖維較多。

3 SMA配比設計

根據重載交通量大的特點，試驗采用的馬歇爾試件雙面擊實50次。試驗結果須滿足：空隙率VV為3～4%，礦料間隙率VMA不小于17%，瀝青飽和度VFA為75～85%，穩定度不小于6.0KN，流值為2～5mm。最佳瀝青用量參考飛散試驗和高溫析漏試驗來確定。

3.1 確定初級級配

本試驗選擇3組級配，在4.75mm篩孔通過率均為設計級配范圍的中值；其中礦粉數量在0.075mm篩孔通過率均為10%。

3組級配4.75mm篩孔通過率分別為26%、28%、30%，級配范圍均在SMA的標準級配范圍內：

級配 1：10～15mm：5～10mm：機制砂：礦粉=50：26：14：10；

級配 2：10～15mm：5～10mm：機制砂：礦粉=50：28：12：10；

級配 3：10～15mm：5～10mm：機制砂：礦粉=50：30：10：10。

3.2 瀝青初試用量

我國經驗，最佳油石比在5.7～6.2%之間，本試驗最小油石比選擇6.0%，以3組級配制作馬歇爾試件，量測并計算礦料間隙率VMA和粗集料骨架間隙率VCA。試驗結果見表1。

表1 SMA馬歇爾試驗結果

由此可見3組級配礦料間隙率VMA均大于17%，級配3的空隙率VV不滿足3～4%的要求。當有2組及以上級配同時滿足要求時，以粗集料分界篩孔通過率大的級配為設計級配，級配1和級配2均可滿足要求，但級配1的空隙率VV為3.86%，略偏大，而級配2的空隙率接近設計空隙率3～4%的中值，最終確定級配2為設計級配。

3.3 確定最佳油石比

為確定最佳油石比，本試驗選擇木質纖維，其摻加量為混合料總量的0.3%。將油石比采用5.8%、6.0%、6.2%分別進行馬歇爾試驗，結果見表2。

通過試驗結果可知：只有油石比為6.0%的空隙率VV滿足3～4%的規范要求，故最佳油石比可采用6.0%。

3.4 SMA配比設計性能檢驗

為了檢驗級配2和選取的最佳油石比6.0%，對SMA配比設計性能進行試驗，結果見表3。

表2 級配2的馬歇爾試驗驗證

表3 SMA配比設計性能試驗結果

從試驗結果可以看出：試驗結果均滿足技術要求。最終確定SMA配比為 10～15mm：5～10mm：機制砂：礦粉=50：28：12：10，纖維穩定劑摻量為混合料總量的0.3%，最佳油石比為6.0%。

4 結語

SMA配比設計是通過試拌和檢驗后，達到級配合理并符合SMA的設計指標。由于各地區的情況不同，工程實踐中需要經過多次試驗及檢驗才能得出符合當地的最佳級配及最佳油石比。SMA配比設計復雜而細致，確定級配是關鍵。