SMA路面技术讲义

1、江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTESMA路面技术讲座曹荣吉曹荣吉所长，高工所长，高工江苏交科院江苏交科院道路工程研究所道路工程研究所沪宁高速公路沪宁高速公路扩建工程路面扩建工程路面培训材料培训材料江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTESMA路面技术讲座n1 SMA概述概述n2 SMA在国内外的应用情况在国内外的应用情况n3 SMA配合比设计配合比设计n4 SMA材料的要求材料的要求n5 SMA施工工艺施工工艺江 苏 省 交 通

2、科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1 SMA概述概述n1.1 SMA的概念的概念n1.2 SMA的特点的特点n1.3 SMA级配曲线级配曲线江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1.1 SMA的概念的概念江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1.2 SMA的组成特点的组成特点n三多一少三多一少n粗集料用量多：粗集料用量多：7080%n沥青用量多：沥青用量多：6%n矿粉

3、用量多：矿粉用量多：8%n细集料用量少：细集料用量少：1520%江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1.3 SMA13级配曲线级配曲线01020304050607080901000.0750.150.30.61.182.364.759.513.21619SMA13AC13IAK13A江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1.3 SMA13级配曲线级配曲线 (0.45次方曲线次方曲线)0102030405060708090100SM

4、A13AC13IAK13A0 0.075 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 19江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE1.2 SMA的特点的特点n嵌挤的骨架嵌挤的骨架高温稳定性好高温稳定性好,抗车辙能力强抗车辙能力强n粗集料用量多粗集料用量多

5、路表粗糙抗滑、行车安全路表粗糙抗滑、行车安全n空隙率较小空隙率较小抗水害、耐老化抗水害、耐老化n沥青用量多沥青用量多抗裂性好，耐久性好抗裂性好，耐久性好江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE车辙试验车辙试验车辙试验动稳定度0100020003000400050006000AC16I-70SMA-70AC16I-SBSSMA-SBSSMA-Caribit动稳定度, 次/ m m江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE低温弯曲蠕变试验低温

6、弯曲蠕变试验低温弯曲蠕变试验0510152025AC16I-70SMA-70AC16I-SBSSMA-SBSSMA-Caribit蠕变速率, 1 E - 7/s江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE2 SMA在国内外的应用情况在国内外的应用情况n2.1 国外国外n2.2 国内国内n2.3 江苏省江苏省江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE2.1 SMA的应用概况的应用概况国外国外n60年代起源于德国年代起源于德国n从从80年代起在欧

7、洲推广，许多国家列入规范。年代起在欧洲推广，许多国家列入规范。n90年代初引入美国，多个州修筑了试验路年代初引入美国，多个州修筑了试验路nNCAT已经于已经于98年底完成了有关混合料设计的研究项目年底完成了有关混合料设计的研究项目nNAPA于于1999年出版了年出版了SMA设计与施工指南设计与施工指南n2000年列入年列入AASHTO规范规范江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE欧洲欧洲n普遍特点普遍特点:最大公称粒径较小、级配偏细，常最大公称粒径较小、级配偏细，常用用0/11、0/8、0/5等。等。nSMA级配

8、范围较宽，设计有很强的经验性级配范围较宽，设计有很强的经验性nSMA配合比设计主要依靠马歇尔、析漏试验配合比设计主要依靠马歇尔、析漏试验n对于怎样才能使粗集料形成相互嵌挤的骨架没对于怎样才能使粗集料形成相互嵌挤的骨架没有具体的试验方法及量化的指标。有具体的试验方法及量化的指标。n近年级配要求趋严，级配范围变窄近年级配要求趋严，级配范围变窄江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE美国美国nSMA技术于技术于90年代初传到美国，并得到迅速发展年代初传到美国，并得到迅速发展n出现了最大公称粒径变大、级配变粗、用油量相出现

9、了最大公称粒径变大、级配变粗、用油量相对减少的趋势。对减少的趋势。n最显著的变化是粗细集料的比例不同。最显著的变化是粗细集料的比例不同。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE粗集料的定义粗集料的定义n对于不同的公称粒径的对于不同的公称粒径的SMA，粗集料的定义不，粗集料的定义不同。同。n最大公称粒径与级配间断点的关系最大公称粒径与级配间断点的关系最大公称粒径，最大公称粒径，mmmmSMA级配间断点，级配间断点，mmmmSMA粗集料的定义，粗集料的定义，mmmm13.2254.754.759.52.362.364.

10、751.181.18江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTENCAT的研究的研究n美国沥青技术中心（美国沥青技术中心（NCAT）的研究表明，对）的研究表明，对于于SMA13SMA25，4.75mm作为级配的间断作为级配的间断点有着重要意义，点有着重要意义，4.75mm筛孔通过量的大小筛孔通过量的大小直接影响粗集料的嵌挤效果及直接影响粗集料的嵌挤效果及VMA4。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTENCAT的研究的研究nNCAT还提出了

11、采用式（还提出了采用式（1）来判别混合）来判别混合料中粗集料是否形成了嵌挤的骨架。料中粗集料是否形成了嵌挤的骨架。n VCAMIXVCADRY，n则表明填充的细集料过多，将粗集料相互撑开，则表明填充的细集料过多，将粗集料相互撑开，没有形成骨架结构，该级配不能接受。没有形成骨架结构，该级配不能接受。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTENCAT的研究的研究nNCAT的研究表明的研究表明4，4.75mm的通过率的通过率与混合料的与混合料的VMA密切相关，只有当密切相关，只有当4.75mm的通过率小于的通过率小于30%

12、，VMA才开才开始增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得始增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得以发挥。以发挥。n美国的设计规范中美国的设计规范中4.75mm的通过量较小的通过量较小（20%28%）江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE2.2 SMA的应用概况的应用概况国内国内n1992年开始引入年开始引入n成立了交通部成立了交通部SMA推广课题组，进行专题研究。推广课题组，进行专题研究。n推广课题组于推广课题组于97年提出了年提出了SMA推广建议书推广建议书，n99年年6月月SMA路面施工技术指南路面施工技术指南n2002

13、年，公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南年，公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南n至今已有二十多个省市修筑了至今已有二十多个省市修筑了SMA试验路，很多地区已试验路，很多地区已经大规模推广应用经大规模推广应用SMA。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE2.3 SMA的应用概况的应用概况江苏省江苏省n SMA在江苏的应用始于在江苏的应用始于95年，在宁连、宁通公路上修年，在宁连、宁通公路上修筑了筑了SMA试验路。试验路。n98年以来对年以来对SMA路面进行了大量试验、研究路面进行了大量试验、研究n先在宁扬、宁合、宁杭等老路改

14、造项目上成功地应用先在宁扬、宁合、宁杭等老路改造项目上成功地应用了改性了改性/普通沥青的普通沥青的SMA16/SMA13。n2000年开始在淮江高速公路等新建公路应用年开始在淮江高速公路等新建公路应用n2001年：连徐年：连徐CDE26、宁靖盐、宁靖盐W、宁宿徐、宁宿徐R21n至今至今2003年底总里程已超过年底总里程已超过700公里。公里。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交

15、通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE2001 连徐高速SMA13江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INS

16、TITUTE2002 汾灌高速公路江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.SMA配合比设计配合比设计n3.1 配合比设计的原则配合比设计的原则n3.2 配合比设计的要求配合比设计的要求n3.3 配合比检验的要求配合比检验的要求n3.3 配合比设计的步骤配合比设计的步骤n3.4注意事项注意事项江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.1配合比设计的原则配合比设计的原则n选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤选择适当的级配保证粗集料间相互

17、嵌挤n使用强度高、立方体状集料使用强度高、立方体状集料n较多地使用沥青，空隙率为较多地使用沥青，空隙率为4%nVMA 17%n析漏、飞散满足要求析漏、飞散满足要求n满足高温稳定性要求满足高温稳定性要求n满足水稳性要求满足水稳性要求江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.2配合比设计的要求配合比设计的要求试验项目单 位技术要求马歇尔试件击实次数两面各击75次空隙率VV1l34.5矿料间隙率VMA1l不小于17.0粗集料骨架间隙率VCAmix不大于VCADRC沥青饱和度VFA7585最小石比，合成集料毛体积相对密度

18、 2.92.82.72.6不小于5.7不小于6.0不小于6.3不小于6.6稳定度KN不宜小于6.0流值mm25江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.3配合比检验的要求配合比检验的要求检验项目单位技术要求试验方法谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失1不大于0.1T0732肯塔堡飞散试验的混合料损失(20)不大于20T0733车辙试验动稳定度2次mm3000T9719水稳定性：残留马歇尔稳定度 冻融劈裂试验残留强度比85以上80以上T0709T0729构造深度3 mm0.71.1T0731江 苏 省 交 通 科 学 研

19、 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.4配合比设计的步骤配合比设计的步骤江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE初拟级配初拟级配n选择初试级配，按照下表的级配范围拟选择初试级配，按照下表的级配范围拟定定3个试验级配，使其个试验级配，使其4.75mm的通过量的通过量分别为表中级配范围的中值、中值分别为表中级配范围的中值、中值3%。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE江苏地区江苏地

20、区SMASMA级配推荐范围级配推荐范围 层次 类型方筛孔尺寸（mm）上面层SBS改性沥青SMA-1316.010013.2901009.550754.7522322.3616271.1814240.612200.310160.159130.075812江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE测定测定VCA(VCA(粗集料间隙率粗集料间隙率) )n按照T0309-2000或AASHTO TP19的实验方法，测定各试验级配粗集料骨架部分的粗集料间隙率VCADRY江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TR

21、ANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE选择初试沥青用量n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。根据我省玄武岩的状况，集料的合成毛体积密度约为2.9g/cm3左右，因此最小沥青用量为5.7%(油石比为6.04%)。nSMA最小沥青用量要求最小沥青用量要求n集料的合成毛体积密度，g/cm3 最小沥青用量（油石比），% 2.5 6.6 (7.07)n 2.6 6.3 (6.72) 2.7 6.1 (6.50) 2.8 5.9 (6.27) 2.9 5.7 (6.04)n 3.0 5.5 (5.82)江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRAN

22、SPORTATION RESEARCH INSTITUTE确定设计级配n对三个试验级配，采用初试沥青用量，成型马歇尔试验，测试混合料的VMA、VCAmix，n比较三组试验级配，选择满足: VCAmix VCAdry ，且4.75mm通过率较大的一组级配为设计级配。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE确定设计沥青用量n根据设计级配在初试中空隙率的大小，拟定35个沥青用量（一般间隔0.3%），成型马歇尔试件;n马歇尔击实为50次/面；n沥青混合料的拌合、击实温度根据沥青的粘温曲线确定，相应的粘度分别为0.170.0

23、2PaS、0.280.03PaS。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；n根据4%(毛体积密度)的空隙率确定设计沥青用量。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE析漏试验。n在混合料马歇尔试验各项指标满足设计要求后，对设计沥青用量的混合料进行析漏试验。n普通沥青SMA试验温度为170 .n析漏试验的沥青损失应满足 100 *106江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE50年代的交通荷载n 江 苏 省 交 通 科 学

24、研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE现在的交通荷载江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTESuperpave旋转压实表设计ESALS（106）压实参数 N初始 N设计 N最大0.3650750.337751153308100160309125205江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE交通现状n交通量增长迅速n货车超载现象严重江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU

25、TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE一个累计当量轴次0.00E+002.00E+074.00E+076.00E+078.00E+071.00E+081.20E+081.40E+08199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010年份累计轴次工可预测不考虑超载货车60%超载率返回沪宁东段一个车道累计当量轴次沪宁东段一个车道累计当量轴次 沪宁高速公路东段江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE50次/面n为什么用50次

26、/面nSMA混合料劲度小，容易压实；n骨架嵌挤结构，大的击实功可能会破坏粗集料n以往的设计经验n缺陷n交通量增长/超载n与目前的路面压实功相比，击实功偏小江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE75次/面n为什么用75次/面n某些集料坚硬，很难击实；n适应交通量增长/超载的需要n路面压实功的增加n缺陷n尚需实践的检验江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE3.4SMA配合比设计的注意事项n混合料最大相对密度n马歇尔击实次数n水稳定性检验

27、江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE水稳定性检验nAASHTO-T283江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEAASHTO T283n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%nAASHTO 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。n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

28、能反映混合料的水稳定性情况。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTEAASHTO-283q6%空隙率；饱水率空隙率；饱水率6075%q-18 ,16h；60 ,24h江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE新型的设计方法nSuperpave旋转压实法设计江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE生产配合比设计的注意事项n要点n级配n沥青用量n体积性质的一致性n

29、与目标配合比的差异n棱角性的变化n集料除尘n新鲜矿粉替代回收粉尘n采用工地材料n结果用于QC/QA目标配合比是粗加工；生产配比是精加工江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE4.SMA材料的选择材料的选择n4.1 沥青沥青n4.2 粗集料粗集料n4.3 细集料细集料n4.4 矿粉矿粉n4.5 纤维纤维n4.6 抗剥落剂抗剥落剂江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE4.1 沥青江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRA

30、NSPORTATION RESEARCH INSTITUTESBS改性沥青技术要求检验项目技术要求针入度（25，100g,5S）(0.1mm) 最小5080针入度指数PI -0.2+1.0延度(5cm/mim,5)（cm） 最小30软化点(TR&B)() 最小65动力粘度（60）( Pa.S) 最小800动力粘度（135）( Pa.S) 最大3闪点（） 最小230溶解度（%） 最小99离析，软化点差（） 最大2.5弹性恢复（25）（%） 最小70RTFOT试验后质量损失（%） 最大0.6针入度比（25）（%） 最小65延度(5cm/mim,5)（cm） 最小20SHRP性能等级PG7622江

31、苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE4.2粗集料 指 标 技术要求 石料压碎值 不大于()24 洛杉矶磨耗损失 不大于()30 视密度 不小于(t/m3)2.60 吸水率 不大于()2.0 对沥青的粘附性 不小于掺加抗剥离剂后不小于5级 坚固性 不大于()12 细长扁平颗粒含量 不大于()13水洗法0.075 mm颗粒含量 不大于()1号料0.6 2号料0.8 软石含量 不大于()3磨光值 不小于(BPN)42江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH IN

32、STITUTE4.3细集料 指 标 技术要求 视密度 不小于(t/m3)2.60 坚固性 不大于()12 砂当量 不小于()60（宜控制在70%以上） 水洗法0.075 mm颗粒含量 不大于()12.5江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE4.4矿粉 指 标技术要求视密度 不小于(t/m3)2.50含水量 不大于(%)1粒度范围（%）0.6mm1000.15mm901000.075mm80100外观无团粒结块亲水系数1江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEAR

33、CH INSTITUTE4.5纤维添加剂nSMA的沥青用量较高，为了防止施工时混合料中沥青析漏，需要在混合料中加入稳定剂。n纤维的种类很多，如木质素纤维、矿物纤维、玻璃纤维、有机纤维等。研究表明，木质素纤维吸油量最大、防析漏效果最好。木质素纤维中又以松散的絮状纤维分散性、稳定性最佳。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE4.5纤维添加剂n建议使用絮状纤维，建议使用絮状纤维，n采用自动添加的方式采用自动添加的方式。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH

34、INSTITUTE4.6抗剥落剂nSMA混合料在配合比设计时应进行抗水损害评价，如不满足要求，应采用沥青抗剥落剂。江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE5.5.SMA 施工工艺施工工艺n5.1 拌和拌和n5.2 运输运输n5.3 摊铺摊铺n5.4 碾压碾压n5.5 施工控制施工控制江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE5.1 拌和拌和n由于使用了纤维，拌和时间延长n应采用自动纤维添加装置n拌和温度：普通沥青由粘温曲线确定、改性沥青由供应商提供n拌和次序江 苏 省 交 通 科 学 研 究 院JIANGSU TRANSPORTATION RESEARCH INSTITUTE拌和次序拌和次序加矿料加矿料 加矿粉加矿粉 干拌干拌 约约5 510s 加沥青加沥青 加纤维加纤维 湿拌湿拌 约约 3 30 035s35s 出料出料 约约 5 5s s 总生产时间约总生产时间约 606075s75s 注：采用松散纤维、自动添加方式注：采用松