SMA材料的选择及配比设计

张 健

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司 辽宁沈阳 110166）

1 引言

随着公路交通量的增长，大型及重载车辆的比例不断增加，对沥青路面的性能要求越来越高。SMA路面具有良好的抗车辙能力、高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性及水稳定性，成型后不透水，且具有良好的抗滑性能，适用于高等级公路沥青路面的上面层。

2 材料的选择

SMA的特点是沥青用量多、粗集料多、矿粉多、细集料少，使粗集料的骨架嵌挤作用得到充分发挥，使混合料具有抵抗荷载变形的能力；沥青玛蹄脂则填充于粗集料的剩余孔隙中，以形成骨架嵌挤结构。

2.1 沥青

SMA是间断级配，要求沥青结合料粘结性好，沥青的用量就会增加。因此应选择针入度小（南方宜为40～60，北方宜为60～80）、软化点高、温度稳定性好的沥青。最好采用改性沥青，在考虑与矿料的粘附性能前提下以改善抗高温变形和抗低温变形的能力。

2.2 集料

SMA是骨架嵌挤结构，集料间的接触力较大，石料的磨损较快，所以须采用高质量且耐压碎的集料。4.75mm以上的粗集料占70%以上，应选用花岗岩、砂岩、玄武岩等。粗集料应为颗粒形状，针片状含量不大于10%，压碎值不大于22%；粗集料还应表面粗糙且具有耐磨光性能，磨光值应在42BPN以上，洛杉矶磨耗损失应在30%以下。细集料应由坚硬的石料磨制而成。

2.3 矿粉

SMA中矿粉是马蹄脂的主要成分，其影响混合料的稳定性能和抗车辙能力。矿粉宜采用磨细的石灰石粉，粒径小于0.075mm的颗粒含量应在75%以上，亲水系数小于1。为改善沥青结合料的粘附性，消石灰和水泥用量应控制在矿料总质量的2%以下。

2.4 纤维稳定剂

纤维稳定剂的作用是增大集料的表面积及吸油，以增加油膜厚度达到增强与集料粘附性的目的；同时能提高SMA混合料高温下的抗剪能力，减少运输、摊辅过程中沥青的析漏。我国使用木质纤维和矿物纤维较多。

3 SMA配比设计

根据重载交通量大的特点，试验采用的马歇尔试件双面击实50次。试验结果须满足：空隙率VV为3～4%，矿料间隙率VMA不小于17%，沥青饱和度VFA为75～85%，稳定度不小于6.0KN，流值为2～5mm。最佳沥青用量参考飞散试验和高温析漏试验来确定。

3.1 确定初级级配

本试验选择3组级配，在4.75mm筛孔通过率均为设计级配范围的中值；其中矿粉数量在0.075mm筛孔通过率均为10%。

3组级配4.75mm筛孔通过率分别为26%、28%、30%，级配范围均在SMA的标准级配范围内：

级配 1：10～15mm：5～10mm：机制砂：矿粉=50：26：14：10；

级配 2：10～15mm：5～10mm：机制砂：矿粉=50：28：12：10；

级配 3：10～15mm：5～10mm：机制砂：矿粉=50：30：10：10。

3.2 沥青初试用量

我国经验，最佳油石比在5.7～6.2%之间，本试验最小油石比选择6.0%，以3组级配制作马歇尔试件，量测并计算矿料间隙率VMA和粗集料骨架间隙率VCA。试验结果见表1。

表1 SMA马歇尔试验结果

由此可见3组级配矿料间隙率VMA均大于17%，级配3的空隙率VV不满足3～4%的要求。当有2组及以上级配同时满足要求时，以粗集料分界筛孔通过率大的级配为设计级配，级配1和级配2均可满足要求，但级配1的空隙率VV为3.86%，略偏大，而级配2的空隙率接近设计空隙率3～4%的中值，最终确定级配2为设计级配。

3.3 确定最佳油石比

为确定最佳油石比，本试验选择木质纤维，其掺加量为混合料总量的0.3%。将油石比采用5.8%、6.0%、6.2%分别进行马歇尔试验，结果见表2。

通过试验结果可知：只有油石比为6.0%的空隙率VV满足3～4%的规范要求，故最佳油石比可采用6.0%。

3.4 SMA配比设计性能检验

为了检验级配2和选取的最佳油石比6.0%，对SMA配比设计性能进行试验，结果见表3。

表2 级配2的马歇尔试验验证

表3 SMA配比设计性能试验结果

从试验结果可以看出：试验结果均满足技术要求。最终确定SMA配比为 10～15mm：5～10mm：机制砂：矿粉=50：28：12：10，纤维稳定剂掺量为混合料总量的0.3%，最佳油石比为6.0%。

4 结语

SMA配比设计是通过试拌和检验后，达到级配合理并符合SMA的设计指标。由于各地区的情况不同，工程实践中需要经过多次试验及检验才能得出符合当地的最佳级配及最佳油石比。SMA配比设计复杂而细致，确定级配是关键。