瀝青瑪蹄脂碎石路面在公路施工中的應(yīng)用

高中鶴，劉 剛

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 SMA特性

SMA路面結(jié)構(gòu)不僅在高溫、重載時車轍變形量低，而且低溫性能良好。瀝青結(jié)合料主要提高瀝青混凝土的感溫性(即高溫穩(wěn)定性和低溫韌性)、防止混合料分散并提高路用性能，通常采用改性瀝青。改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細(xì)的橡膠粉或者其他材料等外摻劑(改性劑)，使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結(jié)合料。

改性瀝青SMA路面具有如下特性:

(1)改性劑必須完全分散在瀝青中，才能充分發(fā)揮其效能;

(2)改性瀝青及SMA混合料具有粗集料多，礦粉多，改性瀝青結(jié)合料多，細(xì)集料少，摻纖維穩(wěn)定劑，材料要求高的特點。特別是對粗集料的堅韌性、顆粒形狀和棱角性的要求很高;

(3)只有在高溫狀態(tài)下碾壓才能達(dá)到密實效果，且不產(chǎn)生推擁;

(4)改性瀝青及SMA混合料致冷后非常堅硬，強度高。

SMA屬于間斷級配的瀝青混合料，它既有一定數(shù)量的粗集料形成骨架，又有足夠的細(xì)集料填充到粗集料之間的空隙中去。瀝青用量比普通混合料高1％以上，因此使它同時具有較高的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力。SMA明顯特點是三高一低一劑，即高用量的軋碎粗骨料，以提高抗車轍能力;高瀝青用量和高礦粉用量，促使瀝青膜加厚，混合料孔隙小，其耐水性、耐老化性能和耐久性能都有提高;低的細(xì)集料含量;添加纖維穩(wěn)定劑，在混合料中起加筋、分散、吸附、吸收瀝青和穩(wěn)定的作用，并通過增加瀝青與礦料之間的粘附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力，改善膠結(jié)劑(瑪蹄脂)的高低溫性能，增強混合料的抗裂、耐磨能力。這也是SMA混合料組成設(shè)計必不可少的前提條件和依據(jù)。

將SMA與普通的密集配瀝青混凝土AC相比，AC的組成中細(xì)集料大體上占到一半，從鉆芯試件可以清楚地看到瀝青砂漿已經(jīng)把粗集料撐開，粗集料實際上是懸浮在瀝青砂漿中，彼此相互并未精密接觸，由于粗集料之間有相當(dāng)大的空隙，故而交通荷載主要是由瀝青砂漿承受，AC抵抗荷載變形的能力很大程度上受到礦料級配、礦料間隙率、空隙率以及瀝青砂漿比例的影響，在高溫條件下瀝青砂漿的粘度變小，承受變形的能力急劇降低，很容易產(chǎn)生永久變形，造成車轍、推擁等，而SMA的組成中，粗骨料骨架占到70％以上，混合料中粗集料相互之間的接觸面或支撐點很多，細(xì)集料很少，瑪蹄脂部分僅僅填充了粗集料之間的間隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受，由于粗集料顆粒之間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也會很小，因而有較強的高溫抗車轍能力，而這一點是極其重要的，即充分利用了集料嵌擠作用提高高溫抗車轍能力。當(dāng)然AM同樣有相當(dāng)多的粗集料，也有良好的石料嵌擠作用，但使用瀝青較少，空隙率太大，瀝青與集料的粘結(jié)性不足，集料之間充滿了水分，水分對混合料的浸蝕使瀝青與集料脫開造成剝落，很容易造成雨季大面積破壞，而且低溫抗裂也不好，所以瀝青碎石的耐久性很差，AK也存在同樣缺點。

2 SMA設(shè)計中應(yīng)注意的問題

(1)空隙率指標(biāo)。馬歇爾試件的空隙率應(yīng)采用表干法測定，試件的空隙率主要由瀝青用量控制的，減少瀝青用量使空隙率增大。我國的SMA瀝青用量相對較少，經(jīng)常會遇到空隙率偏大的情況。但是如果瀝青用量不能再大，再增大可能會泛油，例如出現(xiàn)油石比已經(jīng)超過6.0％，而空隙率仍然大于3％～4％的情況時，必然是集料的間隙率太大的緣故，此時只能適當(dāng)增加4.75mm的通過率，如果VMA已經(jīng)大于17％，瀝青用量也不多，空隙率偏小，達(dá)不到3％那很可能是測定的精度不足，應(yīng)進行復(fù)查。在計算空隙率的基準(zhǔn)密度時，從理論上講以采用實測的最大密度為好，但現(xiàn)在SMA瀝青混合料大都用改性瀝青，這樣混合料在水中的分散往往比較困難，這時就要求用計算的理論密度。在計算理論密度時又會遇到困難，那就是纖維的密度和纖維吸收瀝青的問題，礦物纖維和有機纖維吸入纖維內(nèi)部的瀝青少，而木質(zhì)纖維吸入瀝青較多，影響勢必增大，如果將纖維的比例忽略不計，實際是將纖維算成集料了，其比例的差異將使計算的空隙率變大，另外，計算理論密度時，除5mm以下的石屑等難以測定的部分外，集料密度應(yīng)采用毛體積相對密度。

(2)SMA的馬歇爾穩(wěn)定度一般比普通密級配瀝青混凝土要小得多，其原因是因為馬歇爾試驗的荷載方式對SMA是不利的。馬歇爾試驗表面上是受壓，其實試件內(nèi)部的破壞是受拉而致。SMA材料有70％以上是接近于單一粒徑的粗集料，在受壓時能產(chǎn)生相互嵌擠而不能抗拉。混合料中主要依靠瀝青瑪蹄脂結(jié)合料抗拉，但在試驗溫度60℃時粘度低，對受拉不可能產(chǎn)生多大的抵抗，因而馬歇爾穩(wěn)定度較低，一般在5～8kN左右。但是，馬歇爾穩(wěn)定度低并不意味著SMA高溫穩(wěn)定性差，馬歇爾試驗的目的主要有配合比設(shè)計時確定最佳瀝青用量和施工中進行質(zhì)量檢驗。SMA的高溫穩(wěn)定性主要由車轍試驗的動穩(wěn)定度和抗永久變形能力來表達(dá)的。

(3)根據(jù)試驗，馬歇爾試驗的流值一般要比普通瀝青混凝土大，尤其在使用改性瀝青的情況下更是如此。盡管馬歇爾試驗的穩(wěn)定度和流值并不像普通熱拌瀝青混合料那么重要，但馬歇爾試驗仍是拌和廠的主要質(zhì)量檢測項目，其目的是首先檢測混合料試件的密度和空隙率、VMA、VCA、VFA等四大體積指標(biāo)，以確定是否滿足SMA構(gòu)成的必要條件，同時檢測馬歇爾試驗的穩(wěn)定度和流值，測試馬歇爾試驗的穩(wěn)定度和流值目的是主要看試件質(zhì)量的穩(wěn)定性，是否能穩(wěn)定在一個基本不變的水平上。

SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水穩(wěn)定性及耐久性好，和AM路面的集料嵌擠作用好、高溫抗車轍能力強，以及AK路面抗滑性能等優(yōu)點，同時克服了AC路面的高溫穩(wěn)定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水損壞性能差的特點，形成一種新型的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，值得推廣和應(yīng)用。