SMA混合料在榆绥高速项目的沥青上面层配合比设计及施工质量控制

王琨

【摘要】路面表层直接承受着交通荷载和气候的双重作用，质量的好坏直接关系路面通车后的路用性能和营运效果。因此沥青路面的表面层不仅要求具有优良的高温抗车辙能力，抗裂、抗水损害的特性，而且要具有良好的抗滑功能。榆绥高速公路处于陕西省北部，常年温差较大，且是陕西省北部交通大动脉。预期重载车辆多，车辆渠化现象严重的实际情况，我们在配合比设计时优先考虑抗车辙能力和抗裂能力。本文结合渝遂高速上面层施工来论述SMA配合比设计、生产、摊铺、碾压等施工工艺及施工质量保证措施。

【关键词】SMA沥青混合料，配合比设计、施工质量控制，

一、SMA路面的组成以及特点

沥青玛蹄脂混合料（Stone Matrix Asphalt，简称SMA）是一种 由粗集料、沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的间断级配的沥青混合料.其组成特征主要包括两个方面：①含量较多的粗骨料互相嵌锁组成高稳定性（抗变形能力强）的骨架结构；②细集料、矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料将骨架胶结在一起，填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。SMA路面结构不仅在高温、重载时车辙变形量低，而且低温性能良好。

SMA的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。具体讲：（1）SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70%～80%，矿粉的用量达7%～13%，（“粉胶比”超出通常值1.2的限制）。由此形成的间断级配，很少使用细集料；（2）沥青用量较多，高达6.5%～7%，。一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂，提高胶结料的粘结性；（3）选用优质的沥青材料，要求使用针入度小、软化点高、高温稳定性好的沥青，一般选用SBS改性沥青。

SMA的特点：由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。添加纤维稳定剂，增加了沥青混合料耐久性。SMA混合料摊铺和压实效果较好。混合料的间断级配在表面形成较大的孔隙，构造深度大，抗滑性能好。同时混合料中沥青玛蹄脂的胶结填补作用又使路面的空隙率很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混合料的路用性能。

二、SMA配合比设计

1、原材料；（1）集料；选择集料的统一性，包括粗集料的棱角性、扁平与细长颗粒含量以及细集料的粘土含量等指标。另一类是集料的地区性标准，即料源特性是：坚固性、安定性、有害物质含量。SMA集料的统一特性在我国规范中已有明确规定，只要适当的选择原材料，严格控制材料的生产过程，集料比较容易满足SMA规范要求。如果在实际生产中除尘不好，细集料棱角性和砂当量不一定能满足SMA规范要求。本项目的材料产地：山西临县鸿达石料厂生产，经检验符合设计和规范要求。

（2）沥青；选择沥青时根据当地的气候条件和交通量的大小来全面选择具有可靠度的沥青，并绘制沥青粘温曲线，选择最佳的混合料拌和及压实温度。本项目选择了国创 SBS改性瀝青：产地：陕西国创沥青材料有限公司。经检验符合设计和规范要求。

（3）絮状木质纤维；产地：德国。经检验符合设计和规范要求。纤维密度由厂家提供1.25-1.40g/cm3，本次配比取中值1.33 g/cm3。

2、混合料的级配选择

沥青混合料的矿料级配是配合比设计的重要部分。设计良好的级配具有密实性好、强度好、抗变形能力强等特点。为此，在规范的基础上，根据经验适当调整，确定了榆绥高速公路各面层目标设计级配标准。

SMA-13按此比例进行合成级配计算，结果如下：

确定各种材料的用量比例为：

3、计算各项指标参数

依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规范及《榆绥高速公路沥青路面设计与施工指导意见书》要求，以5.2%，5.6%，6.0%，6.4%，6.8%的油石比成型马歇尔试件进行验证，加混合料3‰的颗粒状木质纤维和加沥青3‰的抗剥落剂所制备的马歇尔试件自然冷却12小时后，脱模并测定其物理指标，随后测定试件在60℃水中浸泡40分钟后的马歇尔稳定度及流值。

4、确定最佳油石比

根据以上试验结果绘制最佳沥青用量选定图，从图中得出沥青混和料的最佳油石比：

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.00

OAC2=（OACmax+OACmin）/2=6.07

沥青混合料的最佳油石比为：OAC=（OAC1+OAC2）/2=6.04%，对照沥青用量选定图中6.0%油石比的各项指标均符合要求。所以最佳油石比选定为6.0%。

5、生产配合比的验证

生产配合比验证过程，我们对热料仓的各种集料分别进行筛分和密度试验，再进行生产配合比的设计，选择最佳油石比±0.3的混合料进行体积分析，从中选择最佳的级配和最佳油石比，并将选定的结果进行拌和楼的试拌，进一步确定该配合比的准确性。具体分析结果如下；

马歇尔试验指标测定结果汇总表

经对6.0%的油石比进行马歇尔试验检验，证明其残留稳定度97.9%， 动稳定度DS：次/10700mm，试验结果符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）及《榆绥高速公路沥青路面设计及施工指导意见书》要求。

三、SMA的施工质量控制

SMA沥青路面的生产配合比尽可能接近目标配合比的设计，才能确保目标配合比的设计指标准确性。在实际应用中控制关键筛孔0.075mm、2.36mm、4.75mm的通过量。在抽提试验中以生产配合比级配为准。同时控制油石比的误差范围。在施工现场试验用旋转压实和马歇尔击实两种方法来控制，确保路面的工程质量。

1、SMA混合料的拌和注意事项；

（a）木质素纤维的分散拌匀非常重要，干拌时间延长5～15s，加入沥青后的拌和时间延长 5-10s，总生产时间延长15～25s。

（b）由于沥青可能会离析，SMA不应在贮料仓里储备时间过长，贮料仓里SMA的数量不宜过多。

（c）采用人工添加木质素纤维易产生由于人为因素而少加或多加的现象，从而 影响SMA的使用品质；采用机械添加木质素纤维应防止输送管道堵塞。质检室每天对拌合楼生产总量及纤维添加总量进行统计，并采用质量和体积双控木质纤维添加量。

（d）由于SMA使用了SBS改性沥青，拌和温度比拌普通沥青混合料提高了10℃～20℃左右。沥青加热温度掌握在170℃～180℃；矿料加热温度在185℃～195℃；矿粉和纤维不加热；混 合料出料温度控制在170℃～185℃（实际施工时的温度范围）， 当混合料超过195℃时，予以废弃。

（e）矿粉和消石灰粉添加：矿粉罐安装防结块装置，传输系统应经常检查·维修保持良好的性能状态，防止出现传输故障或发生结块。

（f）拌合楼出料口设置专人负责观察，目测发现混合料出现花白·无纤维·纤维结团或冒青烟等异常现象，应立即通知操作室人员进行检查处理。

2、混合料的摊铺控制要点；

SMA沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，应尽量减少横缝，提高其面层平整度。为提高路面的平整度，面层宜采用摊铺机前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。提高摊铺过程中的预压密实度。SMA混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减少，初压的痕迹也极小，进而确保路面的最终平整度

3、混合料的碾压原则；

SMA的碾压遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则。碾压温度越高越好，摊铺后应立即压实，不得等候。压路机应以2～4km/h的速度进行均匀的碾压，碾压按初压（1遍）、复压（2遍）、终压（1遍）三阶段进行，终压温度一般控制在110℃～130℃（实际施工时的温度范围）， 终压时不得振动。在碾压过程中，可以发现混合料能在高温状态下用振动压路机碾压 而不产生推拥，碾压成型后表面有足够的构造深度又基本上不透水（经测定，SMA路面构 造深度在0.9～1.25之间）。

SMA的碾压与普通沥青混凝土碾压相比，有以下几点值得注意： （a）为了防止混合料粘轮，可在钢轮表面均匀洒水使其保持潮湿，水中掺少量的清洗剂 或其它适当的材料。但要防止过量洒水引起混合料温度的骤降。

（b）压路机碾压时相邻碾压带应重叠1/3～1/4轮宽，碾压工作面长度30～50m。

（c）SMA面层如果达到足够的密度后，碾压即应停止，过度碾压可能导致沥青玛蹄脂结合料被挤压到路表面，影响构造深度。工作中应密切注意路表情况，防止过度碾压。

（d） 由于SMA混合料使用了SBS改性沥青且沥青含量高，因而粘度大，不得使用轮胎式压路机 碾压，以防止粘轮及轮胎揉搓造成沥青玛蹄脂挤到表面而达不到压实效果。

四、建立良好的质量保证体系

1、建立良好的质量监控制度

在工程施工过程中，及时掌握工程质量状况和处理存在的质量问题.制定全面反映工程质量动态的监控表，每天填写，总结、分析和处理，确保工程质量符合各项技术要求。实施逐日跟踪监控行之有效的质量管理办法，及时发现和处理存在问题，更重要的是通过落实岗位责任制，防止问题再次出现。

2、執行质量动态管理

在本工程实施过程中进行质量监控的同时，我们还根据需要采用计算机对工程质量进行动态管理，在施工中及时反映工程质量水平和存在问题，在工程完成后分析、总结施工经验，不断提高施工工艺和施工水平。比如，在沥青面层施工过程中对一些主要的试验、检测指标油石比、厚度、压实度、平整度、改性沥青软化点和针入度等技术指标均进行全面的计算机动态管理，对这些指标的平均值、极差、标准差和变异系数进行统计分析并绘制相应的质量控制直方图或正态分布曲线图，对施工过程质量起到全面控制作用。

3、严格的原材料管理，为良好的混合料做好保障

质检室经常对后场堆料场进行巡视，要求材料管理人员将各种材料分别堆放整齐，对细集料作好防雨工作，一旦发现细集料受潮，即要求相关人员及时进行处理。试验人员在开始拌和后就在操作间，现场观察拌和情况，逐盘打印各个热料仓的材料质量、矿粉质量及混合料的总质量，及时计算出矿料级配，与标准配合比进行对照。控制拌和时间，检查出料温度，发现问题及时处理。

五、结束语

（1）从SMA使用效果来看，具有更优良的抗车辙能力和抗滑能力，而且解决了路面的渗水问题，减少了路面的早期水损害。

（2）SMA混合料温度在190℃～200℃时的性能有待于铺筑试验路进一步检验。

（3）添加木质素纤维后，SMA路面结构比普通沥青混凝土路面成本高20%左右。

（4）渝遂高速公路采用SMA的路面结构，竣工后路面平整、坚实、粗糙、均匀、美观，基本不渗水，达到优良工程的效果，具有良好的路用性能。

参考文献

1、榆商线榆林至绥德高速公路两阶段施工图设计路面工程设计文件

2、《公路工程质量检测评定标准》（JTGF80/1-2004）

3、《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》（JTJ052-2000）

4、《陕西省沥青路面车辙防治指导意见》