高速公路SMA沥青混合料配合比设计研究

彭 玲

(山西远大公路桥梁建设养护有限公司，山西 忻州 034000)

1 高速公路SMA沥青混合料路面的工程特点

1.1 抗滑性能好，可提高行车安全

SMA沥青混合料内部含有大量的粗集料，可以形成稳定的骨架结构，有效提高路面结构的强度，提高路面结构的整体稳定性。大粒径骨料所组成的骨架稳定性好，路面碎石外漏棱角多，可提高高速公路沥青路面抗滑性能，可有效提高行车安全。

1.2 高温稳定性好，抗车辙性能好

SMA沥青混合料内部粗集料含量高，路面结构稳定性好，可有效提高沥青路面高温稳定性，预防车辙的发生。SMA沥青混合料所使用的碎石含量多，5 mm以上碎石所占比例高。碎石之间相互嵌挤形成稳定的结构，可有效提高沥青路面的稳定性，提高路面结构的高温稳定性，这也是SMA沥青混合料在高速公路沥青路面得到广泛应用的原因之一。

1.3 路面结构孔隙率低

SMA沥青混合料内部孔隙被矿粉和纤维稳定剂填充密实，可大大降低路面结构的孔隙率，减少地表水对路面的破坏，也减缓了沥青的老化速度，有效延长了高速公路的使用寿命。在进行SMA沥青混合料配合比设计时，沥青、纤维稳定剂和细集料将碎石内部的空隙填充密实，孔隙率大大降低。另外，为了进一步降低SMA沥青混合料内部孔隙率，可以采用添加抗剥离剂的方式提高沥青与骨料的粘结效果，如在沥青中添加适量的灰水或消石灰，以进一步降低路面结构内部的孔隙率，提高路面结构的防水性能，减缓沥青老化。

2 SMA沥青混合料配合比设计原则与要求

2.1 SMA沥青混合料矿料级配设计原则

SMA沥青混合料配合比设计应严格遵循JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范对热板沥青混合料配合比设计方面做出的要求，严格进行SMA沥青混合料目标配合比、生产配合比和生产配合比验证，准确确定矿料级配和最佳油石比。在进行SMA沥青混合料配合比设计时，应采用马歇尔试件体积设计方法，具体设计原则如下：

1)SMA沥青混合料所组成的路面结构必须是以粗集料为骨架结构，通过碎石间的相互嵌挤形成温度结构，矿料级配的VMA在17%以上。

2)制作马歇尔试件的VCAmin≤VCADRC。

2.2 SMA沥青混合料配合比设计技术要求

1)为了严格控制马歇尔试件的空隙率VV，按照《沥青及沥青混合料试验规程》进行试验确定最大理论相对密度，采用表干法确定毛体积相对密度。

2)SMA沥青混合料配合比设计重点不是确定马歇尔稳定度和流值，而是确定集料级配、沥青用量和各种体积指标。

3 SMA沥青混合料配合比设计分析

3.1 原材料要求

1)沥青。

SMA沥青混合料所选用的沥青应选择粘度较高，针入度较小的沥青，以保证其高温稳定性和低温抗裂性要求。如选用改性沥青，应满足JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范要求。

2)粗集料。

SMA沥青混合料具有较高的高温稳定性，这主要是由于粗集料的嵌挤作用提高了结构稳定性。在进行粗集料选择时，应注意选择硬度高、多棱角的集料，并严格控制长条扁平和针片状含量。通常粗集料可以选择采用颚式破碎机加工的形状规则玄武岩，不得选用反击式破碎机加工生产。

3)细集料。

SMA沥青混合料中细集料所占的比例较小，通常为10%左右。细集料的棱角性会直接影响SMA沥青混合料的高温稳定性，必须选择有较好的棱角、硬度高、干净整洁、无风化的级配良好的石灰岩，不得含有泥土和杂质。细集料可以选择机制砂，其具有良好的棱角性和嵌挤性能，可有效提高SMA沥青混合料的高温稳定性。如添加天然砂，必须严格控制其含量，且不得超过机制砂。

4)填料。

SMA沥青混合料选用的填料主要是磨细的石灰岩矿粉，而不能选用与沥青粘附性差的玄武岩粉，且必须保证矿粉干净清洁。可添加适量的消石灰粉或水泥，以改善SMA沥青混合料的水稳定性。

5)纤维稳定剂。

在SMA沥青混合料中添加纤维稳定剂可以起到加筋作用，提高对沥青的吸附作用，提高混合料的高温稳定性能，增强沥青与矿料之间的粘结力。纤维稳定剂的掺量是根据沥青混合料的类型通过试验确定的，比如SMA沥青混合料中木质素纤维的掺量宜为矿料的0.3%。

3.2 SMA沥青混合料配合比设计

1)选择初试级配和沥青用量。

根据各矿料的筛分结果，进行各矿料比例的调整，确定3个不同初试级配。结合当地气候条件和交通荷载情况，确定初试油石比，通过制作马歇尔试件确定最佳油石比。

2)进行马歇尔试验。

根据试验确定的初始油石比和初试级配，制作马歇尔试件，计算SMA沥青混合料相应技术指标，包括空隙率VV、最大相对密度ρmax、矿料间隙率VMA等。

3)确定最佳油石比。

根据设计级配和孔隙率，调整三组不同的油石比，分别制作马歇尔试件。通过进行马歇尔稳定度试验，测定理论最大相对密度、流值、矿料间隙率VMA、空隙率VV等指标，确定配合比是否合理。根据各指标与油石比之间的关系曲线，全面分析确定最佳油石比OAC。

3.3 SMA沥青混合料生产配合比设计

根据矿料级配要求，将筛分后的热骨料和矿粉按照用量加入，以准确确定热矿料和矿粉的用量。结合相关规范要求通过计算准确确定各粒径用量，作为下一步施工拌和控制材料用量的依据。根据原材料基本情况，对冷料仓进料比例进行调整，以达到供料均衡。另外，为了减少试验工作量，沥青用量和骨料级配应尽可能与目标配合比接近。SMA沥青混合料生产配合比设计过程中，需要对确定的油石比进行严格检验，通常采用对混合料配合比和铺筑试验路段进行检验。

3.4 SMA沥青混合料马歇尔室内试验注意事项

1)为了保证马歇尔试验的准确性，应采用小型沥青混合料拌和机拌制SMA沥青混合料，尽可能模拟施工现场实际情况。在沥青加热和混合料拌和过程中必须严格控制温度，以保证符合设计与规范要求。

2)采用表干法测定SMA沥青混合料毛体积相对密度。在进行SMA沥青混合料理论最大相对密度时，粗集料选择毛体积和表观相对密度平均值作为计算指标，细集料和矿粉采用表观相对密度作为计算指标。

3)在制作马歇尔室内试验试件时，每个试件的配合和拌和应单独进行，以保证试验结果的准确性。在进行SMA沥青混合料检验时，所选用的试验材料应直接从沥青混合料拌合机上取样，并立即制作试件，冷却后的材料不得再次加热用于制作试件。

4 结语

与普通沥青混凝土路面结构相比，SMA沥青混合料路面结构具有十分明显的技术优势，有效提高沥青路面的各方面性能。在SMA沥青混合料配合比设计中，应严格控制矿料级配、沥青用量、矿料孔隙率等指标，并通过马歇尔试验对配合比进行检验，准确确定生产配合比，为现场施工做好准备。另外，在沥青路面施工过程中必须严格按照设计原则和技术要求，总结配合比设计要点，保证SMA沥青混合料配合比设计的科学性和合理性，进而达到优化高速公路沥青路面结构的目标。