1、G220 菏泽段 SMA 沥青混合料配合比设计摘要：随着我国高速公路建设的快速发展，菏泽市公路系统对新的施工方法、施工技术等方面提出了更高的要求。针对普通沥青混凝土的不足和交通发展的需要，SMA 路面以其更好的路用性能在我国工程领域得到广泛推广。在 G220 菏泽段施工中，通过对 SMA 试验配合比设计分析，剖析其制作工艺，详细讨论其配合比确定及检验方法。 关键词：SMA 沥青混合料；配合比设计； 中图分类号：TU528 文献标识码：A 前言：沥青玛蹄脂碎石混合料，简称 SMA,是一种沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中所形成的沥青混合料，它在高温抗车辙、低
2、温抗裂、抗水损害、抗老化与抗滑方面，均优于传统的沥青混凝土路面。 一、SMA 特点分析 SMA 是一种间断级配的沥青混合料,4.75mm 以上粗集料的比例高达 70%-80%,矿粉用量达 8%-13%,0.075mm 的通过率达到 10%,细集料用量很少,形成一种稳定的粗集料互相嵌挤结构。沥青结合料用量大,一般油石比在5.6%-6.0%之间,粘结性要求高,应选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青,最好采用聚合物改性沥青,以提高低温变形性能及矿料的粘结力,防止沥青析漏，减小感温性。为保持较多沥青的稳定，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作稳定剂。 二、SMA 配合比设计 SMA 的配合比设计是
3、做好 SMA 面层的第一步，也是至关重要的一步。SMA 配合比设计的全过程分为三个阶段，即目标配合比设计阶段，生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。 1.第一阶段：目标配合比设计 目标配合比设计的目的是确定各种规格集料的配合比，使矿料混合料的颗粒组成接近级配范围的中值，采用不同沥青用量制备马歇尔试件，并通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。 （1）材料的选择 欲使 SMA 配合比成功，首先要选择优质的符合要求的材料。 （1.1)沥青 沥青必须符合“重交通道路沥青技术要求”,一般要使用比通常的标号低一级的沥青，最好使用改性沥青。用于 SMA 的聚合物改性沥青的质量应符合公路改性沥青施工技术规范 （J
4、TJ036）规定的技术要求。以提高沥青混合料的抗车辙能力作为主要目的时，宜要求改性沥青的软化点温度高于年最高路面温度。 （1.2)粗集料 为了充分发挥粗集料的嵌挤作用，必须采用坚硬的、粗糙的石料。使用花岗岩、砂岩等酸性石料时，最好使用改性沥青，使粘附性达到 要求。SMA 的高温稳定性是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，在很大程度上取决于集料石质的坚韧性，颗粒形状和棱角性。可以说，粗集料的这些性质是 SMA 成败与否的关键。因此，用于 SMA 的粗集料必须符合现行规范关于抗滑表层集料的技术要求。 以 G220 东郑线济宁至菏泽界第二合同段 SMA 路面为例， 表面层用粗集料的质量技术要求 粗集
5、料 5-15mm 指 标 单 位 技术要求 检测结果 试验方法 石料压碎值 不大于 % 25 8.3 T0316 洛杉矶磨耗损失 不大于 % 28 19 T0317 视密度 不小于 t/m3 2.60 2.858 T0304 吸水率 不大于 % 2.0 0.58 T0304 与沥青的粘附性 不小于 % 4 5 T0616 坚固性 不大于 % 12 9 T0314 水洗法0.075mm 颗粒含量 不大于 % 1 0.4 T0310 针片状颗粒含量 不大于 % 15 10.1 T0312 软石含量 不大于 % 1 0.1 T0320 石料磨光值 不小于 BPN 42 33 T0321 粗集料 3-
6、10mm 指 标 单 位 技术要求 检测结果 试验方法 石料压碎值 不大于 % 25 9.2 T0316 洛杉矶磨耗损失 不大于 % 28 9.6 T0317 视密度 不小于 t/m3 2.60 2.832 T0304 吸水率 不大于 % 2.0 0.76 T0304 与沥青的粘附性 不小于 % 4 5 T0616 坚固性 不大于 % 12 9 T0314 水洗法0.075mm 颗粒含量 不大于 % 1 0.2 T0310 针片状颗粒含量 不大于 % 15 9.2 T0312 软石含量 不大于 % 1 1 T0320 石料磨光值 不小于 BPN 42 36 T0321 （1.3) 细集料 细集
7、料最好使用坚硬的人工砂，人工砂是利用坚硬的石料反复破而制成的，它具有一定的粗细级配，不同于从石屑中筛分出来的细颗粒。人工砂采购有困难时，可采用一部分优质天然砂代替，但人工 砂与天然砂的比例不应小于 1:1。细集料的洁净程度，对沥青混合料的性能有极为重要的理想，所以必须严格控制含泥量。一般采取国际上通行的砂当量指标作为含泥量标准，并参照美国 SUPERPAVE 的要求，将原规定不小于60%改为不小于 55%。 SMA 面层细集料质量技术指标 （机制砂）指标 单位 技术要求 检测结果 试验方法 视密度不大于 t/m3 2.50 2.732 T0329 坚固性不大于 % 12 9.9 T0340 砂
8、当量不小于 % 55 80 T0334 （1.4） 矿粉：SMA 需要的矿粉数量，一般为沥青用量的 1.8-2.0 倍。这是因为矿粉帮助沥青起到了分散作用的缘故。矿粉在 SMA 中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其它粗、细集料产生粘附作用。所以沥青矿粉混合料才是真正的沥青结合料。用于 SMA 的矿粉必须使用磨细的石灰石粉，且最好不用回收粉尘。 矿粉技术指标 （矿粉）指标 单位 技术要求 检测结果 试验方法 视密度 t/m3 2.50 2.717 T0352 亲水系数 % 1 0.6 T0353 塑性指数 % 4 3.2 T0118 外观 无团粒、不结块 无团粒、不结块 （
9、1.5) 纤维稳定剂 纤维稳定剂通常采用木质素， 纤维用量一般为沥青质量的 0.3%。 SMA 必须采用纤维稳定剂，在缺乏纤维的情况下，可使用改性沥青，但不能完全起到纤维的作用。在 SMA 中掺加纤维，纤维以一种三维的分散形式存在，可以起到加筋作用。若没有纤维，用量颇大的沥青矿粉很可能成为胶团，不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看见油斑的存在，纤维可以使胶团适当地分散。纤维还可以充分吸附表面沥青和吸收内部沥青，从而使沥青用量增加，沥青膜变厚，提高 SMA 的耐久性。 纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为
10、自由沥青而泛油，对高温稳定性也有好处。 纤维将增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。在实际使用时，很难对哪一种纤维的质量好坏有一个固定的评价，具体情况应该具体分析，最好通过试验对不同纤维品种进行选择。惨加松散木质素纤维的动稳定度明显高于颗粒状的木质素纤维的混合料。（2）选择初试级配 选择初试级配时必须以 SMA 矿料级配范围为基础，以 4.75mm 通过率为变化点，改变不同的三个通过率:22%、25%、28%,或者采用20%、25%、30%,三个级配均固定矿粉量,0.075mm 通过率为 10%左右。所选择的三个初试级配必须在要求的范围内,此时当然也要考虑 9.5mm
11、通过率,大体在中值上下波动。 选择三个集料级配的目的是选择三个不同的集料空隙率 VMA,以便满足 VMA 大于 17%的要求。满足 VMA 大于 17%的要求对于发挥粗集料的嵌挤作用至关重要。 以 G220 东郑线济宁至菏泽界第二合同为例 SMA-13 级配 集料比例 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 5-15：3-10：机制砂：矿粉=41：35：15：9 100 93.9 65.8 26.5 22 18.4 16.3 13.8 11.8 9.9 5-15：3-10：机制砂：矿粉=41：35：15：9 100 94.1 66.7 27.
12、5 23 19.4 17.3 14.8 12.7 10.6 5-15：3-10：机制砂：矿粉=41：35：15：9 100 93.3 62.5 21.6 17.9 15.8 14.6 13 11.3 9.5 级配范围 100-100 90-100 50-75 20-34 15-26 14-24 12-20 10-16 9-15 8-12 （3）测定粗集料骨架部分的集料间隙率 VCA 为了充分发挥 SMA 粗集料的嵌挤作用，在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率 VCAmix 必须等于或小于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体的捣实状态下间隙率 VCADRC。如果做不到这一点，粗集料的嵌挤
13、作用就不能形成，因此这是一个鉴别能否实现嵌挤的基本条件。如果 VCAmix 大于 VCA,则说明粗集料一定是被细集料、矿粉、玛蹄脂撑开了，粗集料也就形不成嵌挤作用,那也就不称其为 SMA 了。所以 VCAmix 是否小于 VCA 是检验粗集料能否形成骨架嵌挤，成为 SMA 的关键指标。 （4）选择初试沥青用量 选择初试沥青用量首先要考虑关于 SMA 对最小沥青用量的规定。SMA耐久性与沥青用量关系极大，所以 SMA 设定了最小沥青用量的限制。 细集料、矿粉填充在粗集料骨架的间隙中，全部矿料之外的间隙 即矿料间隙率 VMA,可以由沥青及纤维填充，没有足够大的 VMA,沥青想放也放不进去。在矿料间
14、隙率 VMA 中填充沥青和纤维，沥青体积占全部间隙的百分率即为沥青饱和度 VFA,所剩下的部分即是空隙率 VV。 （5）进行马歇尔试验，根据 VMA 和 VCA 确定设计级配 按照初试的沥青用量，用三组初试级配拌和制作马歇尔试件，击实时采用正反击 75 次，试件数量为每组四个，三组共计 12 个。一组 4 个试件中，一个用于测定最大相对密度 max,三个用于测定毛体积相对密度 mb。 将三组初试级配试验的结果 VCAmix 与 VCA 比较,从中选 择 符合 VCAmixVCA 要求的级配，以 4.75mm 通过率最大的一组级配作为设计级配，此时应注意尽量选择 VMA 稍大于 17%的级配作为
15、设计级配，以防施工过程中 VMA 可能降低。 （6）进行马歇尔试验，根据空隙率 VV 确定沥青用量 在设计级配确定以后，变化不同的沥青用量，进行马歇尔试验，根据 SMA 混合料的设计要求，确定最佳沥青用量。 以 G220 东郑线济宁至菏泽界第二合同为例 SMA-13 马歇尔稳定度参数 试件 编号 沥青 油石 比 视 密 度 空 隙 率 矿料 间隙 率 沥青 饱和 度 稳 定 度 流 值 备 注 01 5.0 2.447 5.6 16.2 65.6 8.1 7.8 02 5.5 2.450 4.8 16.5 71.1 9.26 7.1 03 6.0 2.462 3.6 16.5 78.0 6.7
16、5 5.8 04 6.5 2.468 2.7 16.7 83.7 3.95 3.6 技术标准 3-4 16.5 75-85 6.0 （7）SMA 的配合比设计检验 SMA 混合料在由马歇尔试验确定了矿料级配和沥青用量后，还必须对下列试验进行确认和验证。 （7.1) 用谢伦堡析漏试验检验沥青用量，沥青析漏损失0.1%，试验温度 185 （7.2) 用肯塔飞散试验检验沥青用量，飞散损失15%，试验温度20。 （7.3) 用车辙试验进行高温稳定性试验，3000 次/mm.（建议值3000-6000 次/mm） 。 （7.4) 用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行水稳定性试验，80%，如果达不到此标准要
17、求，必须采取抗剥落措施。 （7.5)透水性检验，采用轮碾成型的 SMA 试件进行渗水试验，建议渗水不大于 30ml/min。 （7.6) 表面构造深度检验，SMA 混合料应采用轮碾法成型的试件进行表面的构造深度检验，构造深度应达到 1.0mm 以上。 2.第二阶段 生产配合比设计 拌和厂冷料仓的集料按目标配合比确定的比例进入烘干筒烘干 后，若采用间歇式拌和机，则烘干的热料经过二次筛分重新分成几个 不同粒级的集料，分别进入拌和机的热料仓。各个热料仓中，集料颗 粒组成已不同于冷料仓。因此需要重新进行矿料配合比计算，以确定 各个热料仓集料进入拌和室的比例并检验最佳沥青用量，这一过程即 为生产配合比设计。 生产配合比设计流程：校核料场集料颗粒组成热料仓集料筛分试验热料仓集料配合比设计马歇尔试验检验，确定生产配合比的最佳沥青用量。 2.1 料场集料颗粒组成的校核 对料场中各种粗细集料均要重新取样，进行筛分试验。若筛分结果发现集料的颗粒组成与进行目标配合比设计时有明显差别，则要重新进行矿料配合比计算，重新确定各冷料仓的出料比例。 2.2 热料仓集料筛分试验 对各个热料仓的的矿料取样做筛分试验，得出各热料仓的颗粒组 成，用于进行热料仓矿料配合比设计。 2.3 热料仓矿料配合比设计 根据各热料仓集料的颗粒组成，计算出拌和时从各个热料仓的取料
