改性沥青混合料SMA的工程应用模板

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。5mm以上的粗集料，用量高达

2、70%一80%;矿粉填料用量达8%13%,粉胶比(矿粉同沥青比)远远超出 一般1.2的限制；沥青结合料用量多，高达6.5%7.0%细集料：一般0.075 mm筛孔的经过率高达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9值，9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 mm一9.5 mm之间的粗集料占粗集料总量的 40%左右，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

3、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9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。1.2.2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)能够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结作用, 从而使混合料具有很好的低温抗裂性能。1.3 SMA的优缺点1.3.1优点在材料组成上,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

4、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。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。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。SMA可

5、用于铺筑更簿的面层，从而能够降低工程造价。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10，仍比传统的 沥青混合料结构路面延长寿命20%左右。1.3.2缺点约增加20%投资。沥青和矿粉用量较多，加工和铺筑温度较高，生产率较低。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。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

6、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。2.2.1粗集料粗集料除满足现行规范要求外，尚需考虑其表面粗糙度。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。粗集料宜全部轧制，轧制石料时，建议使用锤式轧石机。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, 能够掺用优质天然砂，天然砂与机制砂的用量最大比例为1： 1。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矿粉填料填料不应含有机物

7、质。填料用量往往高达8%13%，应由纯正的磨细石灰岩石粉或其 它合适材料组成，不宜使用；1收粉尘，石粉的塑性指数不大于4。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，可是小于0.05 mm部分的含量亦不 宜太多。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、交通及其它特殊使用要求，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。沥青应选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青(最 好采用改性沥青)。国内外的经验表明，施工沥青用量应略小于试验

8、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。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. o%,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%。2.2.5稳定剂稳定剂可采用木质素纤维、矿物纤维或聚合物纤维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，粒状纤维要好一点。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

9、滴漏和泛油,采用木质素纤 维作为稳定剂性能更优。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。2.3.1国内规范法当前国内对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，动稳定度不应低于1500次/mm,同时试验温度相应提高101一20C。然而，越来越多的研究证实，马歇尔试验得到的性能指标一一马歇 尔稳定度和流值不但不能反映一般沥青混合料的使用性能，更不 能反映SMA混合

10、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 全波动到技术要求的最低值以下。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。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，能够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

11、”分别进行飞散试验和沥青析漏试验。 与当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。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体积法美国当前推荐体积法设计，用VCAo: 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。2.3.5其它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S