SMA沥青玛蹄脂碎石路面施工技术应用
裘智坤1，张长福2，隆劲军2 ，袁海舟2 ，刘德柱3
（1. 湖州城市建设发展总公司，浙江 湖州 313000；2. 湖州市政工程有限公司，浙江 湖州 313000;
3.湖州市建设工程质量监督站，浙江 湖州313000）
摘 要：结合湖州市人民路整治改造工程SMA沥青玛蹄脂碎石路面的应用实践，对SMA沥青混合料从原材料选用、配合比设计、施工生产等各方面作了较为全面的分析与介绍，对SMA沥青玛蹄脂碎石路面的施工具有一定指导意义。 关键词：SMA; 沥青混合料; 骨架密实结构; 施工技术 中图分类号： TU528.42 文献标志码：B
Application of the Construction Technology for SMA Asphalt
Concrete Road Surface
Qiu Zhikun，Zhang changfu, Long Jingjun, Yuan Haizhou, Liu Dezhu
SMA是一种热拌热铺的断级配骨架密实型沥青混合料。我国首次试用改性沥青SMA路面技术是1992年北京市公路局在建设“国门第一路”的首都机场高速公路中提出的，4经过多年的研究与发展， 2002年发布了SHCF40-04-2002《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》，但由于其施工控制和作业难度较普通沥青混凝土要求高，加上部分技术人员对SMA混合料的特性认识不足，有的省、市由于试验路段多次铺筑不理想，因此推广面始终不够广泛。
本文结合湖州市人民路整治改造工程SMA沥青玛蹄脂碎石路面的应用实践，对SMA沥青混合料从原材料选用、配合比设计、施工生产等各方面作了较为全面的分析与介绍，对SMA沥青玛蹄脂碎石路面的施工具有一定指导意义。 1 SMA的结构特点
路面沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性、耐久性及表面服务功能等往往是相互制约的。尤其是高温抗车辙性能及低温抗裂性能之间、抗滑性能与耐久性之间，始终是突出的两对矛盾。SMA沥青玛蹄脂碎石充分考虑了AC、AM和AK等级配的缺点，又力求利用它们的优点，达到较完美的组合，因而是一种较为理想的混合料结构。4其主要的结构特点：
1）SMA组成中，矿料是间断级配，粗集料占70%以上，粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形能力，因而有较强的高温抗车辙能力。
2）SMA使用矿粉多（8%～12%），沥青多（5.7%～6.5%），同时使用纤维作稳定剂，因此混合料的低温抗裂性大幅提高。
3）SMA的内部空隙率很小（3%～4%），几乎不透水，因而混合料的水稳性得到改善。
4）SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，空隙率小，沥青与空气接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好。
5）SMA基本上不透水，对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，因而使路面能保持较高的整体强度和稳定性。
在以上因素共同作用下，SMA结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能，减少维修养护费用，延长使用寿命。如果同时使用改性沥青，沥青玛蹄脂的性能大幅提高，尽管初期投资有所增加，但工程的总体经济效益显著提高。 2 SMA材料和配合比设计 2.1 原材料选用
SMA沥青混合料由沥青、纤维稳定、粗骨料、矿粉及少量细集料等原材料组成。 2.1.1 集料
粗集料是构成SMA混合料骨架结构的主体材料，要求选用质地坚硬、表面粗糙、抗磨耗、耐磨
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光、形状接近立方体的破碎石料，破碎率一般为100%。本工程采用的粗集料为玄武岩。
细集料宜采用专门生产的机制砂，当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，且不得有泥土、杂物。石灰岩石屑由于粉料含量普遍较高，一般要求小于0.075㎜粉料含量控制在10%以内。
填料一般为磨细天然石灰岩的矿粉，要求不含任何有机物质及易于膨胀引起损坏的成分。 2.1.2 稳定剂
与传统的沥青混凝土相比，SMA具有较高的沥青含量和较多的粗集料，因此必须含有适当类型和数量的稳定剂，以便在混合料的储存运输和摊铺过场中防止沥青混合料发生析漏。
SMA混合料通常采用纤维作为稳定材料，SMA普遍采用的稳定剂为本质素纤维。 2.1.3 沥青结合料
SMA混合料需要选择比AC混合料黏度更大的沥青结合料。采用黏度较大的沥青结合料或改性沥青，可以加厚包裹集料的沥青膜以减少析漏，同时可强化玛蹄脂性能以防止路面在交通荷载作用下
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玛蹄脂上浮，从而稳定与强化SMA的粗集料骨架结构，保证SMA具有足够的高温抗车辙能力。该工程采用壳牌SBS改性沥青。 2.2 配合比设计
SMA混合料配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法，设计遵循下列原则：
1）SMA必须具有相互嵌挤紧密的粗集料骨架，即要达到马歇尔试件的粗集料间隙率VCAmix，并必须小于捣实状态下的粗集料骨架间隙率VCADRC；
2）填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青结合料，应符合最小沥青用量的要求，马歇尔试件的空隙率要求在3%～4%之间。
根据设计标准和配合比设计的各项技术、检验指标要求，经过多次矿料组分和不同油石比的反复试验，该工程最终确定的配比为：最佳油石比（Pa）= 6.2%；空隙率（Va）= 3.5%；矿料间隙率（VMA）= 17.7%；沥青饱和度（VFA）= 80.2%，粗集料间隙率（VCAmix）= 37.6；粗集料骨架间隙率（VCADRC）=38.8；稳定度(MS)8.82KN；流值（FL）=36.8。SMA混合料性能满足规范要求。各项检验结果见表1、表2。
表1 SMA-13混合料矿料组成级配
项目
16.00
设计级配 规范上限 规范下限 规范中值
100.0 100 100 100.0
13.20 91.1 90 100 95.0
9.50 58.6 50 75 62.5
通过下列方孔筛（mm）的质量百分率/%
4.75 28.1 20 34 27.0
2.36 21.0 15 26 20.5
1.18 18.9 14 24 19.0
0.60 15.6 12 20 16.0
0.30 14.0 10 16 13.0
0.15 13.0 9 15 12.0
0.075 10.5 8 12 10.0
表2 SMA混合料马歇尔试验结果与技术要求
Pa / % 6.2 技术要求
毛体积密度/（g/cm） Va / % VMA / % VCADRC / %
2.488 -
3.5 3～4
17.7 ≥17.0
38.8
3
VCAmix / % 37.6
VFA / % MS/kN FL / % 80.2 75～85
8.82 ≥6
36.8 -
VCAmix＜ VCADRC
3 SMA施工工艺
SMA混合料的施工工艺要求高，对原材料及施工环境因素影响较为敏感，因此必须做好精心组织、精心施工。 3.1 施工环境条件
由于SMA面层铺筑厚度薄，一般为30～40㎜，而且所用沥青比较粘稠，要求压实终结温度较高，故可压实的时间较短。SMA对施工环境条件的要求比常规沥青路面严格，需要相应提高施工温度，以延长有效压实时间。在改性沥青SMA施工时，要求气温及路床温度高于15℃，且处于上升状
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态，并应在干燥、清洁、经整平的下卧层上铺筑，雨天禁止施工。在大风天气与寒潮降温天气，混合料摊铺后，温降快，是否施工应慎重考虑，并应采取特殊的质量保证措施。 3.2 混合料生产
按设计要求生产合格的混合料是获得SMA沥青路面优良性能的根本保证。SMA路面性能与混合料体积特性对级配组成非常敏感，尤其是对3个关键性孔4.75㎜、2.36㎜与0.075㎜的通过率要求更为严格，因此SMA混合料生产必须对级配组成进行较为精确的质量控制。SMA混合料生产前，必须进行热料仓中热集料与填料的生产组合级配，并最大限度地减少各热料仓集料的溢料与待料现象，保证均衡地进行混合料生产，以提高混合料的生产效益。
由于SMA混合料中添加了纤维，填料数量多，且结合料黏度较大，故干拌和湿拌时间都需要适当增加，一般要求增加干拌和湿拌时间5～15s。使用改性沥青时，沥青加热温度控制在160～165℃，集料加热温度190～200℃，SMA混合料出厂温度（SBS改性沥青）控制在170～185℃。 3.3 摊铺与碾压
混合料摊铺是保证SMA路面平整度与厚度的关键工序，施工时应注意以下几个方面：
1）在铺筑SMA混合料之前，应对摊铺机进行标定。应注意适当设置料门高度，以保证将充足的混合料经条式传送器送到螺旋布料器。在摊铺机向前移动时，使混合料高度等于或大于螺旋高度的50%，但不超过2/3的高度，以保证混合料的充分拌和与均匀分布。
2）SMA粗集料占70%以上，施工中粗、细集料的离析已不是主要问题，因此摊铺宽度不作硬性限制，完全可以加宽到整个路幅宽度（一般不大于12m即可进行全幅摊铺）。这样不仅可提高SMA路面平整度，而且可消除两台摊铺机梯队作业时，结合部热接缝容易出现的压实不足、麻面、不平整等质量缺陷。
3）混合料的生产、运输、摊铺和压实的协调性至关重要，摊铺速度应与拌和站混合料生产率相适应。摊铺机行走速度，在很大程度上受混合料的生产能力和碾压能力控制，为了给压路机留出较多的有效压实时间，摊铺速度应尽量放慢，并保持均速运行，一般控制在1.5m～2.5m/min，最多不超过3 m/min。
混合料压实是保证SMA路面具有优良抗车辙、防水损害性能与耐久性的关键工序，施工时应注意以下几个方面：
1）SMA混合料是骨架型密实混合料，压实SMA混合料并不需要强大压实功能，过强的压实功能将会破坏SMA粗集料骨架结构。SMA混合料有效压实时间较短，施工时必须趁热打铁，及时进行压实，严防低温过度碾压。
2）SMA混合料铺筑中通常采用2～3台10～12t双振双驱钢轮压路机进行静压或加振碾压。不应采用轮胎压路机压实SMA路面，因为采用轮胎压路机压实不仅因轮胎容易粘附SMA混合料而形成表面缺陷，而且易造成玛蹄脂上浮而使SMA丧失表面构造，对SMA路面质量造成负面影响。
3）在压实工艺上，必须屏弃传统的压实观念。压实应采用一步到位的压实方式，以最短的时间在混合料冷却到规定的压实终结温度（一般不低于130℃）之前，将混合料压实到规定要求。一般在铺筑层任一位置压实4～6遍（往返1次为1遍），即可达到要求的压实度。 3.4 接缝施工
由于SMA混合料具有更多的粗集料与劲度更大的结合料，因而在SMA铺筑面设置接缝比在密级配混合料中更加困难。
SMA上面层的纵向接缝应与规定的车道线相一致，不同层次纵向接缝之间的距离应不少于15㎝。不同层次横向接缝之间的距离不少于1m。接缝处摊铺混合料时应调整好预留高度，以保证接缝处的平整度。为保证获得平整密度的接缝，碾压工艺非常重要，接缝处应优先碾压和趁热高温时碾压，如有可能，横向接缝应采用横向碾压。 3.5 施工注意事项
1）判断SMA的重要特征之一是“是否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥”。SMA是骨架嵌挤型结构，因此可以在混合料高温状态下（160～170℃）振动碾压。
2）SMA热混合料在运输和铺筑过程中，可能会因产生沥青结合料或玛蹄脂的析漏而导致出现油斑，应采用有效措施加以预防,例如：适当降低混合料生产温度；降低结合料含量；改变纤维用量和
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性能等。
3）“表面既有较大的构造深度又基本不透水”是判别SMA真伪的第二大标志。因此要及时做好SMA路面的渗水量检测，一般要求现场检测渗水量不大于200ml/min，路面构造深度控制在0.8～1.5㎜之间。
4）SMA路面的压实度很重要，因此要加强压实工艺的管理，在有效压实温度（＞130℃）下，确保碾压遍数（一般为4～6遍）。
5)施工中应及时做好混合料质量检测，发现问题，及时调整，做好质量监控工作。 4 结语
在不断摸索和总结经验的基础上，人民路整治改造工程5个路段的SMA路面施工质量总体上达到了较高的水平，现场平整度、表面粗糙度、压实度和室内混合料的马歇尔检验等各项指标都达到了较为满意的结果。现场压实度检测平均达98%以上，渗水量检测80个断面平均为72ml/min，路面构造深度检测80个断面综合评定为0.81㎜，满足SMA路用性能的各项指标要求。
人民路整治改造工程SMA路面结构层的施工实践经验表明，SMA混合料的骨架结构和关键性筛孔的级配控制是保证SMA路用性能的根本，而在有效碾压温度条件下的碾压工艺是保证SMA路面质量的关键。碾压不及时或不到位就很容易出现渗水量偏大或超过标准的现象，这是SMA施工的一个重点和难点，因此渗水量的检测在SMA沥青路面施工中是一项重要指标。
参考文献：
[1] 中国工程建设标准化协会公路工程委员会. SHC F40-01-2002 公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南 [S].北京：人民交通出版社 2004.
[2] 吕伟民,孙大权.沥青混合料设计手册[M].北京：人民交通出版社 2007：p**-p**(请补充引用页码，并在正文内适当位置用上角标作文献引用标识，例如：“对防止墩身温度内力过大、改善矮墩受力也产生很大的影响[2]。”) [3] 余叔潘. SMA路面设计与施工[M].北京：人民交通出版社 2002：p**-p**(请补充引用页码，并在正文内适当位置用上角标作文献引用标识，例如：“对防止墩身温度内力过大、改善矮墩受力也产生很大的影响[3]。”) P1、P18 [4] 沈金安,李福普.SMA路面设计与铺筑[M]. 北京：人民交通出版社 2003: p**-p**(请补充引用页码，并在正文内适当位置用上角标作文献引用标识，例如：“对防止墩身温度内力过大、改善矮墩受力也产生很大的影响[3]。”) P28
收稿日期：2009－08－04
作者简介：裘志坤（1975-），男，浙江湖州人，工程师，学士，主要从事市政道路、桥梁施工与项目管理工作。
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