改性沥青混合料SMA的工程实际应用

1、改性沥青混合料 SMA 的工程应用SMA 全称沥青玛蹄脂碎石混合料， StoneMasic(Matrix)Asphalt 的 缩写，是 20 世纪 60 年代中期，德国道路工作者为提高路面的抗滑能 力，抵抗带钉轮胎对路面破坏而开发的新技术， 它能显著地提高沥青 混凝土的路用性能，特别适用于重交通道路。1 SMA 性能介绍1.1 SMA 组成沥青玛蹄脂 (Mastic) 是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的 混合物。 SMA 路面是按照内摩擦角最大的原则配制间断级配的粗集 料，使其形成相互嵌挤锁结的骨架，然后用足量的沥青玛蹄脂(细集料、矿粉、沥青和纤维稳定剂组成 )填充其骨架空隙的一种路面结构

2、。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。(1) 5mm以上的粗集料，用量高达70%80%;(2) 矿粉填料用量达8%13%,粉胶比(矿粉同沥青比)远远超出通 常 1.2 的限制;(3) 沥青结合料用量多，高达 6.5%7.0%细集料：一般0.075 mm筛孔的通过率高达10%;(5)纤维稳定剂占混合料总重的 0.3%4%，用来吸附过量的沥青。1.2 强度组成机理1.2.1 高温稳定性SMA的高温稳定性主要取决于内摩擦角 ©值，©值主要取决于 矿质骨料的尺寸均匀度、颗粒形状及表面粗糙度。 SMA 作为一种间 断级配混合料，4.75 mm9.5 mm之间的粗集料占粗集料总量的 40% 左右，

3、远高于普通密级配混合料， 且矿质颗粒粗大、 均匀，同时 SMA 对集料的扁平或细长颗粒有严格的限制， 某些情况下对磨光值也有严 格的要求。这样， SMA 混合料骨料有棱角且表面粗糙，故内摩阻角 ©值大。即使在高温条件下，由于粗集料颗粒之间相互良好的嵌挤作 用，混合料仍有较好的抗变形能力 。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。l.2.2 低温抗裂性在低温条件下， 混合料收缩变形使集料受拉时， 集料之间填充的 沥青玛蹄脂(Mastic)可以发挥其良好的粘结作用。此时SMA的抗拉能 力主要取决于沥青胶结料的粘聚力 C 值。由高含量的矿粉、纤维和 沥青组成的 Mastic 具有远高于普通密级配混合料的粘

4、结作用，从而 使混合料具有很好的低温抗裂性能 。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.3 SMA 的优缺点1.3.1 优点(1) 在材料组成上， SMA 遵循“三多一少”的原则 (即粗集料多、 矿粉多、沥青多、细集料少 )，充分发挥粗集料的骨架嵌挤作用，使 混合料产生非常好的抗变形能力， 即使在高温条件下， 沥青玛蹄脂的 粘度下降，但其抗车辙变形的能力仍不减弱 。 酽锕极額閉镇桧猪訣锥。(2) 由于有相当数量的沥青玛蹄脂包裹在粗集料的表面，当气温下降， 混合料因收缩变形使集料被拉开时， 沥青玛蹄脂仍具有很好的粘结作 用，它的韧性和柔性使混合料具有很好的耐久性和低温抗裂能力。 彈 贸摄尔霁毙攬砖卤庑。(3

5、) 由于 SMA 混合料内部的空隙率小， 沥青的耐老化性和混合料的水 稳定性都将大大提高， 同时由于间断级配在路表面形成大的孔隙， 具 有较大的构造深度(TD可达1.52.0mm),使路面具有很好的抗滑性 能，并对降噪音(减少35dB)、防行车水雾等都有益，从而全面提高 丁沥青混凝土的路用性能 。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。(4) SMA 可用于铺筑更簿的面层,从而可以降低工程造价。(5) 无论何种气候, 无论重交通条件与否, SMA 结构面层均稳定耐久。 即使是重交通地区,该结构预估使用寿命为1015年,仍比传统的沥青混合料结构路面延长寿命 20左右 。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1.3.2 缺点(

6、1) 约增加 20投资。(2) 沥青和矿粉用量较多,加工和铺筑温度较高,生产率较低。(3) 实际使用性能对结合料用量和粉料用量都较敏感。新路面和 路面潮湿时,有过滑危险。2 SMA 混合料设计2.1 设计原则正确的 SMA 混合料的配合比设计是充分发挥 SMA 优点、修筑高 质量的 SMA 实体工程的前提,设计的主要内容是确定矿料级配和沥 青用量 。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。2.2 材料选择SMA 混合料的配合比设计首要步骤是材料选择。正确把握标准、 选择适用的材料是修好 SMA 路面的关键,除了应严格执行现行规范 要求外, SMA 混合料对材料还有一些特别的要求 。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.

7、2.1 粗集料(1) 粗集料除满足现行规范要求外，尚需考虑其表面粗糙度。(2) 粗集料应采用破碎石料，形状理想、坚硬、针片状颗粒少、抗滑 不吸水。(3) 粗集料宜全部轧制，轧制石料时，建议使用锤式轧石机。(4) 集料多采用花岗岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩、片麻岩和石英岩 等。2.2.2 细集料(1) 细集料宜采用优质的机制砂。若全部采用机制砂确实有困难， 可以掺用优质天然砂，天然砂与机制砂的用量最大比例为 1： 1。籟丛 妈羥为贍偾蛏练淨。(2) 细集料应洁净、干燥、无风化、不含杂质，有适当的级配范围， 并与沥青有良好的粘结能力。2.2.3 矿粉填料(1) 填料不应含有机物质。(2) 填料用量往

8、往高达8%13%,应由纯正的磨细石灰岩石粉或其他 合适材料组成，不宜使用； 1 收粉尘，石粉的塑性指数不大于 4。預頌 圣鉉儐歲龈讶骅籴。(3) 石粉使用时应足够干燥, 不得成团,能自由流动。小于 0.075mm 粒径的含量不能太少，但是小于 0.05 mm部分的含量亦不宜太多。渗 釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.2.4 沥青(1) 当确定采用改性沥青铺筑路面时,首先应根据工程所在地的气候、 交通及其他特殊使用要求,选择适宜的基质沥青、改性剂类型,根据 已有经验初步确定改性剂剂量, 并制备改性沥青进行试验, 再根据试验结果确定改性沥青的相应等级。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。(2) 沥青应选用针入度小、 软

9、化点高、 温度稳定性好的沥青 (最好采 用改性沥青 )。(3) 国内外的经验表明，施工沥青用量应略小于试验设计的最佳沥 青用量为好。沥青含量大约比密级配沥青混凝土的沥青含量高1左右。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。(4) 沥青含量还随稳定添加剂的类型而异。假设聚合物纤维稳定的SMA混合料，设计沥青含量为6. 0%,那么矿质纤维稳定的同样混合料的沥青含量可能是6.2% 6.4%，采用木质素纤维稳定时，沥青 含量可能是6.5%6.7% 。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.2.5 稳定剂(1) 稳定剂可采用木质素纤维、矿物纤维或聚合物纤维(2) 粒状纤维稳定剂有便于仓储、运输、不易受潮等特点,若采用人 工添加方式

10、,粒状纤维要好一点。(3) SMA 混合料因沥青含量高和矿粉用量大,在贮存、运输和摊铺过 程中,沥青和矿粉会产生滴漏和离析,在车辆荷载作用下,易出现泛 油现象。为了吸收稳定沥青,防止滴漏和泛油,采用木质素纤维作为 稳定剂性能更优。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.3 设计方法SMA 沥青混合料的配合比设计,国际上尚无公认的成熟方法。混合 料设计随国家、承包商不同而不同。目前国内对 SMA 混合料的配合比设计主要采用马歇尔试验方法。 要求马歇尔稳定度不宜低于 6.2KN，流值宜为2mm5 mm,矿料间 隙率不应小于17%，空隙率控制在2%4%,油石比不宜小于6.2%, 特别提出必须做车辙试验,动稳定度

11、不应低于 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。1500次/ mm,同时试验温度相应提高10C20 C。然而,越来越多的研究证实, 马歇尔试验得到的性能指标马歇尔 稳定度和流值不仅不能反映一般沥青混合料的使用性能, 更不能反映 SMA 混合料的使用性能。 用马歇尔试验方法得到的 SMA 混合料的油 石比是不是最佳值, 无法用马歇尔试验性能指标来衡定, 在取值上很 难界定,有可能满足马歇尔试验指标要求的油石比会显得偏少或偏 多。另外,从施工实际情况来说,矿料的级配和沥青混合料的油石比 应该是一个合理的范围,在这个范围内无论级配和油石比如何变化, 都不应引起沥青混合料的性能急剧变化, 甚至波动到技术要求的最低 值

12、以下。因此用这种方法来进行 SMA 混合料的配合比设计是否合理 值得探讨。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.3.2正交试验方法正交试验方法以动稳定度为控制指标,进行 SMA 混合料的配合 比设计,可以得到满足施工要求的 SMA 混合料的最佳配合比,而无 需用“肯特保法和谢论保法”分别进行飞散试验和沥青析漏试验。与 目前国内外普遍采用的马歇尔试验方法相比,具有方法简单、 试验次数少、试验结果可靠等优点 。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2.3.3 欧洲方法欧洲的方法是基于马歇尔法，根据设计空隙率 (3 )和最小稳定度值(6. 2kN)确定最小沥青用量。2.3.4 体积法美国目前推荐体积法设计，用 VCAo ：

13、VCAmix 来判断粗骨料 是否处于嵌挤状态。 此方法直观明了， 比单纯的马歇尔配合比设计法 有很多的优越性，可在今后的生产中采用 。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。2.3.5 其他一些方法德国和瑞典 SMA 配合比设计只是使用马歇尔严验击实方法，而 不使用稳定度和流值作为主要控制指标， 配合比设计是建立在空隙率 和最小胶结料竺量的基础上。 芬兰是采用旋转压实仪的方法， 以空隙 率作为控制指标析漏现象。 在工艺流程中增加了改性沥青掺和机以及 使用改性沥青生产 SMA 时需要加入稳定剂纤维。 SMA 生产流程为： 备料?改性沥青生产一沥青混合料生产一混合料运输一摊铺一碾压 一保养。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。

14、3.1 备料SMA 对材料要求非常严格， 各种材料进场前后都必须有中心试验 室的检验报告。场内需设有防尘、防雨设施。3.2 改性沥青生产选配适当的沥青改性设备。 制备改性沥青时， 应采用适宜的生产 条件和方法进行，通过试验确定合理的改性剂剂量和适宜的加工温 度，制订详细的生产工艺和操作规程。 使改性剂在基质沥青中分散均 匀并达到一定的细度 。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.3 沥青混合料生产SMA 混合料的搅拌循环时间要比普通沥青混合料长， 选择专用纤 维添加设备，必须合理安排， 不能出现停机现象， 影响施工进度。 SMA 混合料拌和质量的好坏受生产级配、温度控制、搅拌时间、操作人员 素质等方面的

15、影响较大。一般SMA混合料干拌时间8s,湿拌时间48s。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.4 混合料运输为防止运输过程中温度下降太快,采取了严格的保温措施,沥青 混合料出厂温度采用上限,沥青混凝土装车后盖一层麻布和一层帆 布，实行双层保温，保证沥青混凝土摊铺时温度保持在170 C以上。混合料的运输虽然是一个中间环节,但组织不好将直接影响路面质 量,因此要保证摊铺机不能因缺料停机, 同时减少运输车和摊铺机的 接触次数。 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.5 摊铺SMA 的摊铺是保证路面质量的关键。 SMA 混合料铺筑方式为热拌热 铺。3.6 碾压碾压是最重要的一环, 保证及时碾压非常关键。 碾压时严格按照 “

16、紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行,避免因温度下降造成压实 困难。碾压程序为先稳压 l 遍,再静压 23 遍。与普通沥青混合料 碾压时的最大区别是不能使用轮胎压路机, 一是因为改性沥青粘度非 常大,容易粘轮； 二是轮胎搓揉造成玛蹄脂上浮。在保证粗集料不被 压碎的情况下, 选用较重的压路机在较高的温度下紧跟在摊铺机后碾 压，压实效果最佳。由于 SMA混合料降温特别快，120C以下基本 处于凝固状态，很难摊铺平整，初压温度控制在 150C左右，终了温 度不低于130C，碾压速度控制在 5km/h。静压完成后很长时间后 路面弹性仍较大，需要保护 24h 以上。为了保证碾压效果，有几点应 特别注意 。

17、 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。(1)防止过度碾压。混合料达到一定的压实度，继续碾压会使玛蹄脂 挤压到表面，降低构造深度，因此当发现构造深度减小、玛蹄脂有上 浮迹象时，碾压即应停止 。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。(2)防止粘轮。每天施工前对压路机的洒水装置进行严格检查，选 用纯净的清水，避免管道堵塞，否则，因改性沥青的粘度非常大，会 大面积粘起混合料，严重影响平整度 。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。(3) 防止漏油。施工前对所选用的压路机进行严格检查，禁止使用漏 机油或柴油的压路机。(4) 碾压达到规定的遍数以后，紧跟着进行乎整度检测，发现局部乎 整度较差的点，立即进行适当的碾压处理。(5) 横向施工缝采用平接

18、缝，每天开工前用 6m 直尺测其端部平整 度，用锯缝机切除端部平整度或厚度达不到要求的地方。 接头处铺筑 新混合料之前用乳化沥青涂刷， 并用熨平板对接头处预热。 摊铺时根 据松铺厚度适当垫起熨平板后的滑靴，直接利用浮动基准梁传感控 制，这样做对接头处的平整度有明显改善。 进行碾压之前接头处应稍 洒一些细混合料，以弥补大的孔隙。碾压时用 6m直尺反复测量接头 处的平整度，反复进行碾压，直到平整度满足要求。施工缝处理时间不超过20min，而且先横向赶压，再斜向赶压，然后顺路碾压。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。另外，在开工前至少一周铺设长度不小于 150m 的试验段，从而 有足够时间对不合理的混合料成分、施

19、工工艺及设备进行必要调整。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。4 注意事项4.1 泛油SMA 路面泛油与集料品质、纤维稳定剂投入方式有很大关系。4.1.1 集料SMA 对材料要求很苛刻， 特别是对粗集料的外观形状要求应是或 接近立方体。 相对而言，花岗岩外观几乎均呈立方体， 表面粗糙洁净， 嵌挤能力强，同沥青能很好地结合；玄武岩则因受轧制机械的制约， 外观呈立方体的较少，细小扁平含量较多，集料间的嵌挤能力差，在 行车荷载作用下矿料间隙率 VMA 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。降低，空隙率 VV 变小，导致混合料的稳定性不足。当矿料表面不是 很洁净时，同沥青的粘结力较差，一旦受到水损害，沥青膜很容易脱 落，当受到外力作用时，沥青就会向上迁移乃至泛油 。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。4.1.2 纤维稳定剂投放方式纤维稳定剂采用人工投料时漏放， 也是泛油的