SMA 混合料的原材料质量控制及配合比设计初探

李晋旺

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

近年来，随着我国交通事业的迅猛发展，我国在公路交通建设方面取得了世界瞩目的成就。2013年6月20日，发改委基础产业司司长黄民透露，我国的高速公路里程已达到9.6万km，其中国家高速公路约7万km，在全球范围内位居前列。随着交通流量的迅速增大、恶劣的地质气候条件和工程技术等各方面的原因，现代交通发展的方向是密度大、轴载重以及渠化交通。在这一背景下，普通的沥青路面已难以承受各种繁重的交通压力。在我国，很多通车不久的高速公路路面均出现了不同程度的早期破坏现象。经分析，路面结构设计不完善是其中很重要的一个原因，这就对沥青路面的路用性能提出了更高的要求。

1 SMA路面结构的应用现状及特性

图1 SMA混合料成分组成

1.1 SMA在国内外的现状

SMA源于德国。在20纪60年代，德国普遍采用“浇筑式沥青混凝土”路面。在该类型的路面结构中，沥青含量为12%左右，矿粉含量高，导致路面出现车辙的现象十分严重。同时，汽车为了防滑需要，使用带钉的轮胎，使得路面磨耗特别严重。因此，为了克服日益严重的车辙，减少路面的磨耗，德国公路工作者对沥青混合料的配合比进行了调整，通过增大粗集料的比例，添加纤维稳定剂，形成具有良好的整体强度的路面结构，这是SMA结构路面的雏形。1984年，德国交通部门制定并推广了SMA路面的设计及施工规范，使得该路面结构得以完善。随后，该结构在瑞典、芬兰等欧洲国家得到了广泛的推广和应用。20纪90年代，SMA结构路面在美国得到了广泛的推广和应用。1992年，我国在建设首都机场高速公路时，率先采用了SMA技术，这是我国首次使用该结构。2002年，在建设长春扶余高速公路时，路面上面层均采用了SMA技术。同年，我国发布了SHC F40-01-2002公路沥青玛脂碎石路面技术指南，这对在我国推广和应用SMA路面结构起到了重要作用。2007年在山西长邯高速公路上采用了SMA路面结构，整体提高了高速公路的路面性能。目前，SMA路面结构在我国许多省市的公路建设中得到大规模推广和应用。

1.2 SMA路面结构的原理及特性

在SMA混合料中，粗集料用量多，占矿料总量的70%以上;矿粉用量多，为8%～12%;沥青用量多，为5.5%～6.5%，比密级配沥青混凝土大1%左右;细集料用量少，为10%左右。1)在SMA结构中，粗集料多，约占矿料总量的70%以上，同时矿料采用的间断级配，使得在粗集料的颗粒之间能够形成良好的嵌挤(见图2)，提高路面的整体强度，使路面具有良好的抗车辙能力。2)在SMA结构中，矿粉和沥青用量较多，加入的纤维作为稳定剂，使得沥青玛脂在粗集料表面的充分包裹，在集料间隙间的有效填充。当温度下降或者混合料收缩变形时，玛脂优越的粘结作用，使得路面具有良好的低温变形性能。3)在SMA结构中，空隙率约为4%，良好的隔水作用，起到对下面的沥青层和基层良好的保护作用;再加上玛脂良好的粘结性能，极大的改善混合料的水稳定性，可使得路面具有较高的整体强度和稳定性。4)在SMA路面中，由于矿料采用间断级配，粗集料含量高，压实后的路面表面形成大的孔隙，构造深度大，可有效降低路面噪声，极大的提高路面的抗滑性能。5)在SMA路面中，由于沥青用量多，实现玛脂对混合料结构的有效填充，有效提高混合料的耐老化性能，使得其耐疲劳性大大优于密级配沥青混凝土。

图2 密级配混合料和SMA混合料的结构

2 SMA混合料的材料质量要求

在SMA路面结构中，原材料的质量是保证路面质量的基础。原材料的质量控制是工程质量控制一项很重要的内容，在公路工程建设中起着举足轻重的作用。

1)粗集料。在SMA混合料中，粗集料之间形成良好的嵌挤是该路面具有较好的高温稳定性的主要原因。要在粗集料之间形成良好的嵌挤，很大程度上取决于集料的坚韧性、颗粒形状和棱角，这对SMA路面结构能否成功具有关键性的决定意义。为SMA混合料选择粗集料时，应使用机制的、洁净的非吸水性集料，石质必须坚硬耐磨，外观接近于立方体，以保证混合料形成良好的嵌挤。选择集料时，必须限制扁平颗粒的集料含量，要求非破碎面颗粒的含量不得超过5%，不得使用石灰石等碳酸盐类集料及任何磨光值不足的集料。SMA混合料对粗集料的质量技术要求见表1。

2)细集料。在SMA混合料中，细集料只占10%左右的比重，但其对SMA路面性能的影响却是不容忽视的。在混合料中，应使用机制砂。机制砂是由坚硬的岩石反复破碎而制成，其具有良好的棱角性能利于嵌挤的形成，对提高混合料的高温稳定性具有重要意义。机制砂要求防水、防潮、防污染，3 mm以上的筛除，0.075 mm以下要吹掉。SMA面层用细集料质量技术要求如表2所示。

表1 粗集料的质量要求

表2 细集料质量技术要求

3)矿粉。填料必须采用由石灰石磨细的矿粉。矿粉要求保持干燥，能够从石粉仓中自由流出。

在SMA沥青混合料中，矿粉的质量要求见表3。

图3 SMA混合料配合比设计流程

4)纤维稳定剂。在路面结构中，可使用的纤维种类很多，主要分为木质素纤维、矿物纤维及有机纤维三类。在本文中，以木质素纤维作为稳定剂。在SMA混合料中，木质素纤维的作用是:a.分散作用，可适当分散由沥青和矿粉组成的胶团。b.吸附及吸收沥青。在SMA结构中，木质素纤维充分吸附和吸收沥青，增加沥青膜的厚度，有利于提高混合料的耐久性。c.稳定作用，提高沥青膜的稳定状态。在夏季，沥青受热膨胀，在纤维内部形成的空隙作为缓冲，限制自由沥青的泛油现象，利于提高混合料的高温稳定性。d.增粘作用。木质素纤维可有效提高沥青与矿粉的粘附性，使得混合料之间的粘结力增强。应用于SMA的木质素纤维质量要求见表4。

表4 木质素纤维质量要求

5)沥青结合料。在SMA结构中，要求沥青结合料必须具有较高的粘度，以保证其与集料之间良好的粘附，从而保证SMA路面的高温稳定性和低温韧性;同时，还应符合重交通道路沥青技术要求。用于SMA混合料的改性沥青的质量要求见表5。

表5 改性沥青的质量要求

3 SMA混合料配合比设计

SMA必须具有相互嵌挤紧密的粗集料骨架，形成石—石嵌挤结构。SMA混合料的配合比设计应遵循现行技术规范中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌、试铺验证的三个阶段，以确定矿料级配及最佳沥青用量。SMA混合料配合比设计流程见图3。在确定配合比后，必须铺筑试验段，长度不小于200 m，以检查混合料是否符合要求，验证矿料级配及油石比，试验铺筑方法，压实工艺，检查SMA表面的构造深度和透水情况。铺筑试验段后，应提交配合比设计及试验段铺筑的报告，确定标准配合比及最佳油石比。

4 结语

SMA结构路面具有抗滑耐磨、抗疲劳、抗高温车辙和有效地减少低温开裂的技术优势，具有良好的路用性能。材料是保证工程质量的首要条件。SMA混合料对原材料具有很高的要求。严格执行技术规范，确保原材料质量，为确保工程质量奠定基础。SMA配合比设计是确保施工质量的最重要的环节。严格按照现行的规范三个阶段的要求，分别进行目标配合比设计，确定生产配合比，再验证生产配合比，确定施工工艺和流程，确保施工质量。

［1］潘 勐，温生国.浅述 SMA结构的原理及原材料的质量［J］.企业科技与发展，2013(7):53.

［2］覃继虎.SMA路面原材料的选择与配合比设计［J］.企业科技与发展，2008(18):101-102.

［3］辽宁省交通勘测设计院.SMA技术培训［Z］.2007.

［4］SHC F40-01-2002，公路沥青玛脂碎石路面技术指南［Z］.