SMA-13沥青玛蹄脂路面设计与施工质量控制*

昆山市鹿通路桥工程有限公司 昆山 215316

1 SMA的概念与特点

1.1 SMA的概念

SMA（Stone Mastic Asphalt）即沥青玛蹄脂碎石混合料，它是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架，然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料[1]。

SMA的组成特点是“三多一少”。具体是粗集料用量多，占70%～80%；沥青用量多，占6%左右；矿粉用量多，占10%左右；细集料用量少，占15%～20%。普通密级配沥青混凝土与SMA结构的比较见图1。

图1 结构比较

1.2 SMA的特点

1）嵌挤的骨架——高温稳定性好，抗车辙能力强；

2）粗集料用量多——路表粗糙抗滑、行车安全；

3）空隙率较小——抗水害、耐老化；

4）沥青用量多——抗裂性好，耐久性好。

2 原材料情况

2.1 集料岩性

细集料的岩性主要为玄武岩，也可为石灰岩； 粗集料的岩性主要为玄武岩或辉绿岩等硬质岩石。

2.2 材料要求

1）沥青：采用改性沥青， 针入度（100 g，5 s，25 ℃）在50～80（0.1 mm）之间；延度（5 cm/min，5 ℃）≥30 cm；软化点（环球法）≥65 ℃。

2）粗集料：采用反击式破碎机轧制的碎石，石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石，进场后按标化工地的要求分档堆放。

3）细集料：采用坚固、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的石灰岩细集料，且不得含有泥土杂物，不能采用山场的下脚料。

4）填料：采用石灰岩经磨细得到的填料。填料必须干燥、清洁。

5）木质素纤维：采用优良的原生木材生产的絮状木质素纤维。

3 SMA-13改性沥青混合料配合比设计

3.1 配合比设计的原则

选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤，使用强度高、立方体状集料，较多地使用沥青，空隙率为4%，VMA（矿料间隙率）＞ 16.5%，析漏、飞散满足要求，且满足高温稳定性要求及水稳性要求。

3.2 改性沥青SMA-13上面层的设计标准

上面层改性沥青SMA-13集料级配通过率见表1。在马歇尔试验配合比设计中，要求马歇尔试件两面各击75 次，空隙率在3%～4.5%，集料间隙率≥17%，沥青饱和度在75%～85%之间，稳定度≥6 kN，流值在2～5 mm之间。改性沥青SMA-13配合比设计检验的指标为：车辙试验动稳定度≥3 000 次/mm，残留马歇尔稳定度＞85%，冻融劈裂试验残留强度比＞80%，渗水系数≤50 ml/min，构造深度在0.7～1.1 mm之间[2]。

表1 上面层改性沥青SMA-13集料级配通过率范围

3.3 配合比设计的步骤

3.3.1 初拟级配

选择初试级配，按照表1的级配范围拟定3 个试验级配，使其4.75 mm的通过量分别为表中级配范围的中值、中值±3%。

3.3.2 测定VCA（粗集料间隙率）

按照T 0309—2000或AASHTO TP19的试验方法，测定各试验级配粗集料骨架部分的VCADRY（干捣试验的粗集料间隙率）。

3.3.3 选择初试沥青用量

在满足最小沥青用量要求的情况下，拟定一个初试沥青用量。根据工程所在地的玄武岩的状况，集料的合成毛体积密度约为2.9 g/cm3，因此最小沥青用量为5.7%（油石比为6.04%）。

3.3.4 确定设计级配

对3 个试验级配，采用初试沥青用量，成型马歇尔试件，测试混合料的VMA、VCAmix（指粒径大于2.36 mm的粗集料间隙率），比较3 组试验级配，选择VCAmix ＜VCADRY，且4.75 mm通过率较大的一组级配为设计级配。

3.3.5 确定设计沥青用量

根据设计级配在初试中空隙率的大小，拟定3～5 个沥青用量（一般间隔0.3%），成型马歇尔试件，马歇尔击实为75 次/面；沥青混合料的拌和、击实温度根据沥青的黏温曲线确定，相应的黏度分别为（0.17±0.02）Pa·s、（0.28±0.03）Pa·s。对于改性沥青，拌和温度与击实温度应征询沥青供应商的意见；根据4%（毛体积密度）的空隙率确定设计沥青用量。

3.4 马歇尔试验检验

1）马歇尔试验检验。根据合成级配拌和的SMA-13沥青混合料，采用马歇尔试验方法成型试件，得到对应的马歇尔指标 。

2）水稳定性检验。为了检验SMA-13沥青混合料的水稳定性能，按照有关规范进行了冻融劈裂试验。

3）车辙试验检验。为了检验SMA-13沥青混合料的高温稳定性能，按照有关规范进行了沥青混合料车辙试验。

4）飞散与析漏试验检验。为检验SMA-13沥青混合料的综合性能，按照有关规范进行了飞散与析漏试验。析漏是关键指标，由于SMA沥青含量高，该指标可以检验混合料的沥青用量是否超标。

5）水稳定性检验方法。研究表明，SMA的空隙率大于6%时，水损害较多发生，路面的压实空隙率应小于6%，AASHTO T283试验采用6%空隙率的试件进行冻融循环，测定其劈裂强度比TSR，作为评价SMA混合料水稳定性的指标。由于试件与路面通车早期的空隙率比较接近（约6%），因此T283试验较浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验更能反映混合料的水稳定性情况。T283试验方法的主要控制指标：6%空隙率，饱水率60%～75%，-18 ℃冷冻16 h后浸泡到60 ℃的热水中，24 h后检验其劈裂试验结果[3]。

6）混合料的检验。沥青混合料的矿料级配检验，应参照《沥青路面施工技术规范》中的要求进行。矿料级配与油石比检验应1 d检验2 次，并与设计级配和设计油石比相对照；对于SMA混合料，最大粒径筛孔、9.5 mm筛孔、4.75 mm筛孔、0.075 mm筛孔的通过率偏差不宜超过3%；由于SMA混合料中含有大量的矿粉，还有一定量的纤维，因此在进行油石比检验时，试验结果容易出现一定的偏差，必须提高试验精度或增加试验次数以获得正确的试验数据；SMA混合料的油石比是否偏高，可以以析漏试验的结果进行参考，如果析漏试验结果过大，则SMA 的油石比肯定偏高。SMA混合料中还掺加一定量的纤维，正常情况下这些纤维会和矿料分离，很容易除去，其质量应从矿料中扣除；如果纤维和矿料无法顺利除去，则表明混合料中的沥青未完全从矿料中分离，必须采取措施继续试验或放弃该组试验结果。

4 SMA-13改性沥青混合料上面层施工工艺

4.1 拌和

1）严格控制沥青和集料的加热温度以及改性沥青SMA-13的出厂温度。沥青加热温度为160～170 ℃，集料温度为180～190 ℃，出厂温度控制在170～180 ℃。

2）拌和时间由试拌确定。改性沥青SMA-13拌和加料次序为集料、纤维、矿粉、沥青，纤维与加集料、矿粉同步，总生产时间为60～65 s。

3）目测检查混合料的均匀性，及时分析异常现象。如混合料有无花白、冒青烟和离析、析漏等现象，如果出现浓浓的青烟，应检查是否超过了规定温度。

4）严格控制油石比和集料级配，避免油石比不当而产生泛油和松散现象。正确拌和的SMA混合料应保持一种黏聚状态[4]。

5）混合料不得在储料仓中长时间储存，以不发生沥青析漏为度，且不得储存过夜。

6）SMA拌和5 mm以上的颗粒占70%以上，矿粉占10%以上，细集料包括石屑和砂才占15%左右，因此会发生粗料仓经常不足，而细料仓经常溢仓的情况，应安排特殊方法设置振动筛和热料仓，且细集料应始终保持干燥状态，防止受潮。

7）纤维的添加方法：控制木质素纤维的添加时机，以充分保证拌和时间，干拌时间延长10～20 s。添加纤维时必须在粗集料放料的同时加入纤维，利用粗集料拌和的打击力将纤维打散[5]。

8）SMA-13出料检测。拌和楼人员注意目测检查混合料的均匀性、有无花白、结团成块、冒青烟和离析等现象。沥青混合料出厂时逐车检测沥青混合料的质量和温度，记录出厂时间签发运料单，并覆盖好蓬布。

4.2 摊铺

1）摊铺前在下结构层喷洒黏层沥青。

2）连续稳定的摊铺，是提高路面平整度最主要的措施。通过采用2 台摊铺机梯队摊铺，来提高摊铺层均匀性和压实度。摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械的配套情况及路面所需摊铺的厚度，按2.5 m/min左右予以调整，通常不应超过3 m/min，并做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。

3）用机械摊铺的混合料未压实前，施工人员不得进入踩踏。只有在特殊情况下，在现场主管人员指导下，允许人工找补或更换混合料。

4）上面层采用非接触式平衡梁装置控制摊铺厚度。由2 台摊铺机联合作业实施摊铺，前摊铺机过后，摊铺层纵向接缝上应呈斜坡，后面摊铺机跨缝5～10 cm摊铺。2 台摊铺机距离控制在3～6 m。保证2 台摊铺机的速度、摊铺厚度、路拱、摊铺平整度及振动频率均保持一致。

5）摊铺前熨平板预热至≥100 ℃，摊铺时熨平板采用中强夯等级，夯级为5级，使铺面的初始压实度≥85%。

6）运料车在摊铺机集料斗的刮板尚未露出，有约厚10 cm的热料时，即可卸料，做到连续供料，并避免粗料集中。积极采取相应措施，尽量做到摊铺机不拢料，以减少面层离析。

7）在互通区主线路面拼宽路段施工时，边部用木板立模，使边部形成一个垂直面，在后面拼宽作业可以减少切边的工作，以及减少混合料的浪费。

4.3 碾压

1）对SMA路面来说，在所有检测项目中，施工工艺中的压实度是最重要的施工质量管理项目。为保证路面平整度和压实度，采用以下碾压组合方式：每台摊铺机后各紧跟1 台压路机，前静后振1 遍，前振后振1 遍，再用2 台压路机，全幅前振后振各3 遍，最后1 台进行终压。

2）改性沥青SMA-13初压、复压宜用钢轮振动压路机碾压，碾压应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。混合料摊铺后必须紧跟着在尽可能高温状态下开始碾压，不得等候。不得在低温状态下反复碾压，防止磨掉棱角、压碎石料，破坏石料嵌挤。碾压段的长度控制在20～30 m，改性沥青SMA-13严禁使用轮胎压路机[6]。

3）严格控制压实遍数，一般初压采用2 台100 kN钢轮压路机跟在摊铺机后压1～2 遍，复压用130 kN以上振动压路机振压3～4 遍，最后用较宽的钢轮压路机光面碾压1～2 遍即可。

4）能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥，是鉴别是不是SMA的重要标志，如果产生推拥现象，说明粗集料没有充分嵌挤好，或者嵌挤作用没有充分发挥，那就未能达到真正的SMA效果。

5）由于在沥青混合料中掺加了路用纤维，因此对碾压工艺的要求比较高。在碾压过程中要注意碾压温度及碾压方法，特别要遵循“紧跟、慢压、低幅、高频、小水”的原则。碾压过程中压路机有沥青混合料碾轮现象时，可向碾压轮洒少量水。

6）压路机的折返点要随着摊铺进程向前移动，这样既保持了碾压温度，又不影响平整度。

5 结语

SAM沥青马蹄脂碎石路面的铺筑是一个复杂工程，只有每一个环节都采用科学的程序进行严格控制，才能最终取得良好的效果[7]。本工程通过在设计与施工过程中的一系列质量控制，成功地保证了SMA-13的成型质量，可为类似工程提供参考与借鉴。