高速公路SMA瀝青混合料配合比設計研究

彭 玲

(山西遠大公路橋梁建設養護有限公司，山西 忻州 034000)

1 高速公路SMA瀝青混合料路面的工程特點

1.1 抗滑性能好，可提高行車安全

SMA瀝青混合料內部含有大量的粗集料，可以形成穩定的骨架結構，有效提高路面結構的強度，提高路面結構的整體穩定性。大粒徑骨料所組成的骨架穩定性好，路面碎石外漏棱角多，可提高高速公路瀝青路面抗滑性能，可有效提高行車安全。

1.2 高溫穩定性好，抗車轍性能好

SMA瀝青混合料內部粗集料含量高，路面結構穩定性好，可有效提高瀝青路面高溫穩定性，預防車轍的發生。SMA瀝青混合料所使用的碎石含量多，5 mm以上碎石所占比例高。碎石之間相互嵌擠形成穩定的結構，可有效提高瀝青路面的穩定性，提高路面結構的高溫穩定性，這也是SMA瀝青混合料在高速公路瀝青路面得到廣泛應用的原因之一。

1.3 路面結構孔隙率低

SMA瀝青混合料內部孔隙被礦粉和纖維穩定劑填充密實，可大大降低路面結構的孔隙率，減少地表水對路面的破壞，也減緩了瀝青的老化速度，有效延長了高速公路的使用壽命。在進行SMA瀝青混合料配合比設計時，瀝青、纖維穩定劑和細集料將碎石內部的空隙填充密實，孔隙率大大降低。另外，為了進一步降低SMA瀝青混合料內部孔隙率，可以采用添加抗剝離劑的方式提高瀝青與骨料的粘結效果，如在瀝青中添加適量的灰水或消石灰，以進一步降低路面結構內部的孔隙率，提高路面結構的防水性能，減緩瀝青老化。

2 SMA瀝青混合料配合比設計原則與要求

2.1 SMA瀝青混合料礦料級配設計原則

SMA瀝青混合料配合比設計應嚴格遵循JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范對熱板瀝青混合料配合比設計方面做出的要求，嚴格進行SMA瀝青混合料目標配合比、生產配合比和生產配合比驗證，準確確定礦料級配和最佳油石比。在進行SMA瀝青混合料配合比設計時，應采用馬歇爾試件體積設計方法，具體設計原則如下：

1)SMA瀝青混合料所組成的路面結構必須是以粗集料為骨架結構，通過碎石間的相互嵌擠形成溫度結構，礦料級配的VMA在17%以上。

2)制作馬歇爾試件的VCAmin≤VCADRC。

2.2 SMA瀝青混合料配合比設計技術要求

1)為了嚴格控制馬歇爾試件的空隙率VV，按照《瀝青及瀝青混合料試驗規程》進行試驗確定最大理論相對密度，采用表干法確定毛體積相對密度。

2)SMA瀝青混合料配合比設計重點不是確定馬歇爾穩定度和流值，而是確定集料級配、瀝青用量和各種體積指標。

3 SMA瀝青混合料配合比設計分析

3.1 原材料要求

1)瀝青。

SMA瀝青混合料所選用的瀝青應選擇粘度較高，針入度較小的瀝青，以保證其高溫穩定性和低溫抗裂性要求。如選用改性瀝青，應滿足JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范要求。

2)粗集料。

SMA瀝青混合料具有較高的高溫穩定性，這主要是由于粗集料的嵌擠作用提高了結構穩定性。在進行粗集料選擇時，應注意選擇硬度高、多棱角的集料，并嚴格控制長條扁平和針片狀含量。通常粗集料可以選擇采用顎式破碎機加工的形狀規則玄武巖，不得選用反擊式破碎機加工生產。

3)細集料。

SMA瀝青混合料中細集料所占的比例較小，通常為10%左右。細集料的棱角性會直接影響SMA瀝青混合料的高溫穩定性，必須選擇有較好的棱角、硬度高、干凈整潔、無風化的級配良好的石灰巖，不得含有泥土和雜質。細集料可以選擇機制砂，其具有良好的棱角性和嵌擠性能，可有效提高SMA瀝青混合料的高溫穩定性。如添加天然砂，必須嚴格控制其含量，且不得超過機制砂。

4)填料。

SMA瀝青混合料選用的填料主要是磨細的石灰巖礦粉，而不能選用與瀝青粘附性差的玄武巖粉，且必須保證礦粉干凈清潔。可添加適量的消石灰粉或水泥，以改善SMA瀝青混合料的水穩定性。

5)纖維穩定劑。

在SMA瀝青混合料中添加纖維穩定劑可以起到加筋作用，提高對瀝青的吸附作用，提高混合料的高溫穩定性能，增強瀝青與礦料之間的粘結力。纖維穩定劑的摻量是根據瀝青混合料的類型通過試驗確定的，比如SMA瀝青混合料中木質素纖維的摻量宜為礦料的0.3%。

3.2 SMA瀝青混合料配合比設計

1)選擇初試級配和瀝青用量。

根據各礦料的篩分結果，進行各礦料比例的調整，確定3個不同初試級配。結合當地氣候條件和交通荷載情況，確定初試油石比，通過制作馬歇爾試件確定最佳油石比。

2)進行馬歇爾試驗。

根據試驗確定的初始油石比和初試級配，制作馬歇爾試件，計算SMA瀝青混合料相應技術指標，包括空隙率VV、最大相對密度ρmax、礦料間隙率VMA等。

3)確定最佳油石比。

根據設計級配和孔隙率，調整三組不同的油石比，分別制作馬歇爾試件。通過進行馬歇爾穩定度試驗，測定理論最大相對密度、流值、礦料間隙率VMA、空隙率VV等指標，確定配合比是否合理。根據各指標與油石比之間的關系曲線，全面分析確定最佳油石比OAC。

3.3 SMA瀝青混合料生產配合比設計

根據礦料級配要求，將篩分后的熱骨料和礦粉按照用量加入，以準確確定熱礦料和礦粉的用量。結合相關規范要求通過計算準確確定各粒徑用量，作為下一步施工拌和控制材料用量的依據。根據原材料基本情況，對冷料倉進料比例進行調整，以達到供料均衡。另外，為了減少試驗工作量，瀝青用量和骨料級配應盡可能與目標配合比接近。SMA瀝青混合料生產配合比設計過程中，需要對確定的油石比進行嚴格檢驗，通常采用對混合料配合比和鋪筑試驗路段進行檢驗。

3.4 SMA瀝青混合料馬歇爾室內試驗注意事項

1)為了保證馬歇爾試驗的準確性，應采用小型瀝青混合料拌和機拌制SMA瀝青混合料，盡可能模擬施工現場實際情況。在瀝青加熱和混合料拌和過程中必須嚴格控制溫度，以保證符合設計與規范要求。

2)采用表干法測定SMA瀝青混合料毛體積相對密度。在進行SMA瀝青混合料理論最大相對密度時，粗集料選擇毛體積和表觀相對密度平均值作為計算指標，細集料和礦粉采用表觀相對密度作為計算指標。

3)在制作馬歇爾室內試驗試件時，每個試件的配合和拌和應單獨進行，以保證試驗結果的準確性。在進行SMA瀝青混合料檢驗時，所選用的試驗材料應直接從瀝青混合料拌合機上取樣，并立即制作試件，冷卻后的材料不得再次加熱用于制作試件。

4 結語

與普通瀝青混凝土路面結構相比，SMA瀝青混合料路面結構具有十分明顯的技術優勢，有效提高瀝青路面的各方面性能。在SMA瀝青混合料配合比設計中，應嚴格控制礦料級配、瀝青用量、礦料孔隙率等指標，并通過馬歇爾試驗對配合比進行檢驗，準確確定生產配合比，為現場施工做好準備。另外，在瀝青路面施工過程中必須嚴格按照設計原則和技術要求，總結配合比設計要點，保證SMA瀝青混合料配合比設計的科學性和合理性，進而達到優化高速公路瀝青路面結構的目標。