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摘要 1 SMA概述 2 SMA在国内外的应用情况 3 SMA配合比设计 4 SMA材料的要求 5 SMA施工工艺 1 SMA概述 1.1 SMA的概念 SMA（Stone Mastic Asphalt）即沥青玛蹄脂碎石混合料，它是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架;然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的沥青混合料。 1.2 SMA的组成特点 三多一少 -粗集料用量多：70~80% -沥青用量多：6% -矿粉用量多：8% -细集料用量少：15~20% 嵌挤的骨架——高温稳定性好,抗车辙能力强 粗集料用量多——路表粗糙抗滑、行车安全 空隙率较小——抗水害、耐老化 沥青用量多——抗裂性好，耐久性好 1.3 SMA13级配曲线 (0.45次方曲线): 2 SMA在国内外的应用情况 2.1 SMA的应用概况——国外 60年代起源于德国 从80年代起在欧洲推广，许多国家列入规范。 90年代初引入美国，多个州修筑了试验路 NCAT已经于98年底完成了有关混合料设计的研究项目 NAPA于1999年出版了《SMA设计与施工指南》 2000年列入AASHTO规范 欧洲: 普遍特点:最大公称粒径较小、级配偏细，常用0/11、0/8、0/5等。 SMA级配范围较宽，设计有很强的经验性 SMA配合比设计主要依靠马歇尔、析漏试验 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。 近年级配要求趋严，级配范围变窄 美国: SMA技术于90年代初传到美国，并得到迅速发展 出现了最大公称粒径变大、级配变粗、用油量相对减少的趋势。 最显著的变化是粗细集料的比例不同。 粗集料的定义: 对于不同的公称粒径的SMA，粗集料的定义不同。 NCAT的研究: 美国沥青技术中心（NCAT）的研究表明，对于SMA13~SMA25，4.75mm作为级配的间断点有着重要意义，4.75mm筛孔通过量的大小直接影响粗集料的嵌挤效果及VMA。 NCAT还提出了采用式（1）来判别混合料中粗集料是否形成了嵌挤的骨架。
NCAT的研究表明[4]，4.75mm的通过率与混合料的VMA密切相关，只有当4.75mm的通过率小于30%，VMA才开始增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得以发挥。 美国的设计规范中4.75mm的通过量较小（20%~28%)。 2.2 SMA的应用概况——国内 1992年开始引入 成立了交通部SMA推广课题组，进行专题研究。 推广课题组于97年提出了《SMA推广建议书》， 99年6月《SMA路面施工技术指南》 2002年，公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》 至今已有二十多个省市修筑了SMA试验路，很多地区已经大规模推广应用SMA。 2.3 SMA的应用概况——江苏省 SMA在江苏的应用始于95年，在宁连、宁通公路上修筑了SMA试验路。 98年以来对SMA路面进行了大量试验、研究 先在宁扬、宁合、宁杭等老路改造项目上成功地应用了改性/普通沥青的SMA16/SMA13。 2000年开始在淮江高速公路等新建公路应用 2001年：连徐CDE26、宁靖盐W、宁宿徐R21 至今2003年底总里程已超过700公里。
3.SMA配合比设计
3.1配合比设计的原则 选择适当的级配保证粗集料间相互嵌挤 使用强度高、立方体状集料 较多地使用沥青，空隙率为4% VMA > 17% 析漏、飞散满足要求 满足高温稳定性要求 满足水稳性要求 3.2配合比设计的要求
3.3配合比检验的要求
3.4配合比设计的步骤
⑴初拟级配 选择初试级配，按照下表的级配范围拟定3个试验级配，使其4.75mm的通过量分别为表中级配范围的中值、中值±3%。
⑵测定VCA(粗集料间隙率) 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
⑶选择初试沥青用量 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%)。
⑷确定设计级配 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，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。
⑸确定设计沥青用量 根据设计级配在初试中空隙率的大小，拟定3~5个沥青用量（一般间隔0.3%），成型马歇尔试件; 马歇尔击实为50次/面； 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0.17±0.02Pa·S、0.28±0.03Pa·S。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； 根据4%(毛体积密度)的空隙率确定设计沥青用量。 ⑹析漏试验 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。 普通沥青SMA试验温度为170 ℃. 析漏试验的沥青损失应满足<0.2%的要求。 ⑺飞散试验 飞散试验损失不大于20%。 ⑻车辙试验 SMA的高温稳定性好，抗车辙能力强，因此车辙试验是检验配合比设计的一个重要环节。
(9)水损害检验 江苏省降雨较多，沥青混合料的设计应特别重视水稳定性的检验 -浸水马歇尔试验 -冻融劈裂试验 3.4SMA配合比设计的注意事项 混合料最大相对密度 马歇尔击实次数 水稳定性检验
混合料最大相对密度： 计算法 -集料的视密度 -集料的毛体积密度 -集料的平均密度 实测法 -真空法 -溶剂法
最大理论密度的影响： 不同方法得到的最大理论密度，对空隙率、设计油石比有显著的影响。也影响对路面的压实度的控制。 对于吸水率较大的集料，这种影响将更为显著。 《指南》中推荐的采用矿料毛体积密度计算最大理论的方法，会导致设计油石比偏低、实际空隙率偏大，不够合理。 集料——沥青界面示意图：
集料的有效密度： 在沥青混合料中，集料的有效密度测定较难 “因为矿质集料表面是多空隙的，并能不同程度地吸收水分和沥青，而且水分与沥青的吸收比例随每一种集料而异”[3]。 由于沥青的渗透性比水差，所以混合料中矿料的有效密度应介于表观密度与毛体积密度之间
最大理论密度的测定： 对于不同矿料、不同级配的混合料，建议采用真空法实测 测试前沥青混合料老化2小时。
计算法： 在实测的基础上，确定系数α，采用式（2）得到的矿料有效密度来计算最大理论密度； 无条件实测时，对于江苏的玄武岩，可取矿料的平均密度（α=0.5）来近似计算最大相对密度。 试件密度测试——表干法： 在使用表干法时，试验者必须注意：该方法关键是在用拧干的湿毛巾擦拭试件表面时要制造一种真正的饱和面干状态，表面既不能有多余的水膜，又不能把吸入孔隙中的水分擦走，得到真正的毛体积。
3.4SMA配合比设计的注意事项 混合料最大相对密度 马歇尔击实次数 水稳定性检验 马歇尔击实法： 马歇尔试验法是在20世纪30年代末由美国密西西比州公路局 Bruce Marshall发明。 设计标准随着轮胎气压和轴载的变化不断调整。
交通现状： 交通量增长迅速 货车超载现象严重
50次/面： 为什么用50次/面 -SMA混合料劲度小，容易压实； -骨架嵌挤结构，大的击实功可能会破坏粗集料 -以往的设计经验 缺陷 -交通量增长/超载 -与目前的路面压实功相比，击实功偏小 75次/面： 为什么用75次/面 -某些集料坚硬，很难击实； -适应交通量增长/超载的需要 -路面压实功的增加 缺陷 -尚需实践的检验 水稳定性检验： -AASHTO-T283 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%。 AASHTO 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。 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、冻融劈裂试验更能反映混合料的水稳定性情况。 6%空隙率；饱水率60~75% -18 ℃,16h；60 ℃,24h
新型的设计方法： Superpave旋转压实法设计
生产配合比设计的注意事项： 要点 -级配 -沥青用量 -体积性质的一致性 与目标配合比的差异 -棱角性的变化 -集料除尘 -新鲜矿粉替代回收粉尘 -采用工地材料 -结果用于QC/QA
4.SMA材料的选择 4.1 沥青
4.2粗集料
4.3细集料
4.4矿粉
4.5纤维添加剂 SMA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。 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。 建议使用絮状纤维，采用自动添加的方式。 4.6抗剥落剂 SMA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。 5.SMA 施工工艺
5.1 拌和 由于使用了纤维，拌和时间延长 应采用自动纤维添加装置 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 拌和次序 拌和次序：
5.2 运输 大吨位自卸车 加盖棉被、毡布 不宜用柴油作隔离剂 摊铺现场待卸车不少于5辆
5.3 摊铺 确保摊铺温度 摊铺速度均衡 松铺系数较小（1.1~1.15)
5.4 碾压 双钢轮压路机,8~12吨 紧跟、慢压、高频、低幅 压路机速度不超过5km/h 防止过度碾压 一般不使用胶轮压路机 压实后的空隙率<6%
5.5 施工控制 SMA的施工除了应建立健全的质量管理、监理体系及进行完善的施工组织设计以外，应特别重视以下几个环节。 ⑴ 稳定料源 ⑵ 严格控制级配 ⑶ 定期检查机械设备 ⑷ 严格控制各项施工温度 ⑴ 稳定料源 SMA的级配范围较窄，比普通的沥青混合料对材料的规格、质量要求严格。生产中必需有稳定的矿料来源，每一批进料都要及时筛分，及时调整用料比，这样SMA的级配才能得到保证。 ⑵ 严格控制级配 大量试验及资料表明，对于SMA13，4.75mm筛孔通过量有着重要意义，为保证粗集料间形成相互嵌挤的骨架结构，4.75mm筛孔通过量宜控制在30%以下。 ⑶ 定期检查机械设备 施工机具，对于计量、温控设备要做到经常标定，对于传送、转动、筛分装置每天都要检修、保养，及时排除设备故障。 ⑷ 严格控制各项施工温度 SBS改性沥青对温度比较敏感，温度过高会导致改性剂焦化，温度过低时粘度大不易施工。因而，应按照要求控制好沥青加热温度、拌和温度、摊铺温度及碾压温度等，使其在合理的范围内。
作者：曹荣吉 |
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