SMA沥青混合料路面特点及配合比设计说明

1、SMA 路面特点沥青玛蹄脂碎石 (SMA) 是一种由 沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细 集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配 的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混 合料，其混合料具有以下特点：1) 粗集料多 在 SMA 的组成中，矿料是间断级配，粗集 料占到 70% 以上，粗集料颗料之间有良好的嵌 挤作用。沥青混合料产生非常好的抵抗荷 载变 形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的 粘度下降时，这种抵抗 能力的影响也不会减小，因而有较强的高温抗车辙能力。 AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 4.75mm 通过率 3868 3462 2034 20322)矿粉和沥青用 量高，采用纤维稳定

2、剂 SMA 使用矿粉高达 8%12%，沥青用量高 达 5.7% 6.5%，比一般 AC-13/AC-16 高 1%左 右。同时要使用纤维作稳定剂，由此组 成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面， 充分填充集料间隙， 在温度下降、 混合 料收缩变形时， 玛蹄脂有较好 的粘结作用， 它的韧性和柔性使混合料有较好 的低温变形性能，低温抗裂性能得到大大提高。2) AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 0.075mm 通过率 48 48 812 8123) 空隙率小 SMA 混合料的部空隙率很小 (3% 4%)， 混合料渗水很少或几乎 不渗水，混合料部的水属毛细水形态，不易成为大的动力水，再加上玛

3、蹄脂 与集料的粘结力好，混合料的水稳定性也有较多改善。 同时由于密水性好， 对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用， 使路面能保持较 高的 整体强度和稳定性。3) 路面表面粗糙，构造深度大 SMA 一方面要求采用坚硬的、耐磨的 优质石料 ;另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成 大的孔隙，构造深度大 0.81.3mm，使雨天高速行车下不易产生水漂，抗滑 性能提高，较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时，雨天交通不会产生大的 水雾和溅水， 路面噪声降低，从而可以全面提高路面的表面功能。同时，雨 天交通不会产生大的水雾和溅水， 路面噪音可降低 35dB，从而提高路面 的表面

4、功能。4) SMA 的混合料部被沥青玛蹄脂充分填充， 空隙率小，沥青与空气接 触少，沥青老化降低，因而沥青混合料的耐久性能良好。综合 SMA 的组成 特点，可以归纳为 三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。 SMA 混合料形成机理 a)粗集料骨架； b)沥青玛蹄脂； c)用玛蹄脂填充的粗集料骨 架 SMA 是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级 配的粗集料碎石骨架间隙的混合料。或者说 SMA 是由互相嵌挤的粗集料骨 架和沥青玛蹄脂两部分组成。特点和性能、结构类型、空隙率( )、沥青用量、475mm、通过率 () 、0075mm 通过率 ()、抗车辙变形、疲劳耐 久性

5、、抗裂性能、水稳定性、渗水情况、抗老化性能、特点和性能、结构类 型、抗磨损、抗滑性能、路面噪声、反 光、溅水、水雾、施工难易程度 、 成本。 ACl6(I) 型 悬浮密实 结构 36 中等 4263 中等 (48) 很好 ACl6(II) 型 悬浮半 密实结构 48 (10) 较 少 3050 较 少 (25) 较好 ACl6(III) 型 悬浮半空隙结构 较好 较差 较差 较低 。SMA-l6 嵌挤密实结 构 34 (4.5) 较多 2030 很多 (812) 很好 很好 很好 很好小 很好 SMA l6 嵌挤密实结构 很好 好 好 稍难(温度提 高、纤维 ) 高 差 易 中 抗高温变形能力

6、强； 抗开裂、疲劳性能良好，提高耐久性和早期 裂缝 较少； 不透水，抗水损坏性能强； 表面粗糙度大，抗滑性能好，提高 行车安全 降低行车噪音 SMA 减小灯光反射， 减小水雾， 提高能见度与 普通沥青施工相比较， 具有施工复杂、 难 度大的特点， 对施工队伍的要求较 高，SMA 的施工工艺要求较高，对施工因素的敏感性较强，矿料级配及沥青 用量的小的波动和变化，很容易造成路面质量的大的波动，也会造成局部泛 油、油 斑、透水等。 同时 SMA 对集料要求较高，由于同时由于沥青用量 和矿粉多， 混合料的成本会显著增加。 初期 每吨增加费用 2025. 后期 延长使用年限约 25 30； 可减轻、延缓

7、沥青路面的早期破坏； 改善路 面行驶质量； 节约大量维修、养护费用，降低 50 75。SMA沥青混合料的配合比设计一、概述沥青玛碲脂碎石（ stone mastic asphalt 简称 sma）路面 具有优良的 高温稳定性，良好的低温抗裂性，使用的耐久性以及明显的抗滑性和一定的 降噪声的效果。国外已普遍使用，国也得到了推广应用。但是，必须要保证 SMA 路面的工程质量才能体现 SMA 路面的优越性，保证质量的技术关键在 于 SMA 沥青混合料的配合比设计。二、材料（一）粗集料SMA 混合料是依靠粗集料石、 石接触和紧密嵌接而形成骨架结构， 为防 止碎石颗粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗

8、集料的质量有严格的要 求，也可说粗集料是 SMA 质量控制的关键，一般要求使高质量的轧制粗集 料，其岩石应坚韧， 具有较高的强度和刚度， 而不能使用质地较软的石灰石。SMA 混合料的性质对集料 4.75mm通过率十分敏感， 要求针片状颗粒 （1：3） 含量不超过 20%。根据 SMA 材料的特性，在有条件的地方最好目前基本上采用玄武岩、 辉绿岩等硬质的碱性石料。（二）细集料在 SMA 混合料中细集料（指小于 4.75mm颗粒）的质量仅为 10%-20%， 但同样要求石质坚硬、富有棱角，并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性 低，粘土含量不超过 1%。细集料宜用机制砂，也称人工砂。天然砂由于颗粒

9、接近于圆形，磨阻力小，故不宜多用。（三）矿粉矿粉在 SMA 混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂， 从而影响 SMA 的性能。矿粉为混合料产生“加劲”效应。按照我国目前沥 青路面施工技术规生产的石灰石矿粉可用于 SMA 混合料，使用的石灰石磨 细矿粉。（四）沥青材料SMA 所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性， 一般应采用重交 通道路沥青，其指标符合规要求。我用的标号应根据道路所在地区气候来确 定，但一般宜采用较好的沥青，如南方地区可采用 50 号沥青，长江、黄河流 域采用 70 号沥青，东北地区采用 90号沥青。虽然改性沥青种类很多，但现在国外的发展趋势是 SBS改性沥青应

10、用日 趋广泛，这是因为 SBS改性沥青性能确实比 PE等改性沥青优越， 而且它的适 应性强，无论在南方还是在北方都能有效地改善热稳定性和低温性抗裂性。（五）纤维为了防止沥青滴漏， 绝大部分 SMA 中都使用纤维， 虽然也有的 SMA 项 目使用改性剂来增加沥青粘度以防止滴漏。现在大多数情况是，既使用改性 沥青，也同时使用纤维材料。三、玛蹄脂的组成与技术要求SMA 的结构可分成两个部分：其一，是由粗集料构成的空间骨架结构； 其二，电沥青、矿粉及纤维等材料所组成的玛蹄脂，玛蹄脂填充在 SMA 混 合料骨架空隙中，形成密实骨架结构。这是 SMA 混合料与传统沥青混合料 在结构组成上的主要区别。对于玛

11、蹄脂的组成，有人将细集料（ 0.075-2.36mm）、矿粉、沥青和纤维 组成的混合料作为玛蹄脂， 而将无细集料的玛蹄脂称为细玛蹄脂。 美国 e ray beown等人对细玛蹄脂和粗玛蹄脂的性能，采用动态剪切流变仪（ dsh）及直 接拉伸试验（ dtt ）等方法作了试验，结果表明二者的性能相关性非常好。很 明显，细玛蹄脂的性能可代表粗玛蹄脂性能。（一）玛蹄脂的配合比1 、矿粉用量： SMA 矿粉的用量大多控制在 8%-12%围。我国在 SMA -16 级用为 5.5%-7.5%、SMA -13 级时相应降低。 高的沥青用量是 SMA 混合料组 成设计的特点。2 、纤维用量SMA 中纤维掺量以纤

12、维占混合料重量之比表示。 目前实际应用中， 木质 素纤维等有机纤维的掺量一般为 0.3%-0.4%，玻璃纤维等无机纤维掺量一般 为 0.4%0.6%。纤维掺量过少会使混合料中沥青增多，易发生滴漏，形成油 斑。同时还会造成玛蹄脂有效数量不足， 空隙率增大， 降低路面的耐久性能。 纤维掺量过多时，会使分散困难，影响生产率，而且如有结团，还会使混合 料粘聚力下降，影响路用性能。此外，纤维较多时，混合料中自由沥青过少， 使玛蹄脂过于粘稠。低温性增大，降低混合料抵抗低温开裂能力。四、SMA 混合料级配（一） SMA 混合料的最大粒径 沥青混合料的最大粒径是指这种集料的最大公称粒径，如 SMA -16 的

13、最 大公称粒径为 16mm，实际上整个混合料中还有比 16mm大一级的集料，即 19mm。 一般来说，最大公称粒径以上大一级的粒料还可能有90%-10%，所以在集料级配中公称尺寸的通过率一般为 50% 100%。SMA 混合料的最大公称粒径与路面的层次和厚度有关， 也与铺设的地区 有关。一般来说，如果沥青混合料的最大粒径大一些，热稳定性就比较好。 显然，根据我国大部分地区的气候条件，采用过小粒径的 SMA 是不可取的。 以为例，七八月份的平均气温达到 26- 27，由于温室效应，近几年的气温 又有所上升，夏季高温持续时间长，沥青路面容易出现泛油， SMA 的最大粒 径则可放大至 19mm或 2

14、5mm。根据使用场合和交通组成的不同，可以选择不 同的类型的 SMA 。（二）集料级配SMA 混合料的集料级配， 与普通沥青混合料有根本的区别。 为了说明这 种差别现以公称尺寸为 13mm的这几种类型的沥青混合料级配作一比较。五、SMA 混合料技术指标与要求在设计中规普遍采用马歇尔试验方法，即锤击成型试件，测试马歇尔稳定度 等指标。（一）试件成型的锤击次数 试件成型号的密度不仅与锤击次数有关，而且与成型时的温度有关在温 度偏高时，由于玛蹄脂的润滑作用，锤击 50次和 75次都可使 SMA 达到石 石接触的效果， 密度达到最大值， 但在温度偏低时， 锤击 50 次就有可能密度 明显偏低，达不到石

15、石接触的状态。在实际施工时，由于混合料拌和温度的 高低、运输距离的远近、施工现场的摊铺速度等因素，使混合料温度偏高或 偏低都是有可能的。 在温度偏低的情况下， 按 50 次锤击的密度控制， 路面的 密度就可能偏小， 在重车压实下就会出现再次压密， 进而有出现轮碾的可能。 鉴于此，采用高质量轧制碎石铺筑 SMA 路面，其混合料试件成型的锤击次 数建议采用 75 次。（二） SMA 马歇尔技术指标与要求1 、稳定度 马歇尔稳定度不随沥青用量的变化而有明显的峰值，也就是说马歇尔稳 定度对沥青用量的变化不敏感，故稳定度一般不能作为判断 SMA 沥青用量 的指标。2 、流值SMA 混合料马歇尔试验时， 图上的变形曲线往往呈现较大的变形而不下 降，有时甚至没有明显的峰值，当采用改性沥青时尤其如此。这实际反映了 SMA 混合料具有很好的韧性，说明即使在很大变形时仍有相当高的支撑能 力，流值控制在 2-4mm围。3 、空隙率