改性瀝青SMA混合料技術(shù)探討

王文利

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 前言

我國規(guī)范對SMA的定義為由瀝青結(jié)合料與少量的纖維穩(wěn)定劑、細集料以及較多量的填料(礦粉)組成的瀝青瑪蹄脂，填充于間斷級配的粗集料骨架的間隙，組成一體形成的瀝青混合料，中文名稱為瀝青瑪蹄脂碎石混合料，英文名稱為 Stone Mastic Asphalt(英)或 Stone Matrix Asphalt(美)，簡稱SMA。

世界上第一條SMA路面始建于20世紀(jì)60年代中期的德國，80年代起開始在北歐的瑞典、芬蘭等國得到廣泛應(yīng)用，并很快推廣到全歐洲，美國于1991開始學(xué)習(xí)歐洲的SMA技術(shù)并付諸實踐，我國于1992年首次在建設(shè)首都機場高速公路中應(yīng)用改性瀝青SMA技術(shù);值得說明的是，美國在引進德國SMA技術(shù)經(jīng)過研究和應(yīng)用后，對德國的做法有了許多改進和新發(fā)展，包括材料要求、設(shè)計、施工方面等，由于美國和我國一樣，歷來是搞密級配瀝青混凝土的，而德國研究SMA技術(shù)是從澆筑式瀝青混凝土開始的，兩者在機械設(shè)備、材料要求等方面都有很大差別，美國在SMA技術(shù)方面的一些改進在我國比較容易接受，而德國的做法在我國不好接受，因此，我國在進行SMA技術(shù)應(yīng)用的過程中，主要還是參照美國的SMA技術(shù)。

由于SMA路面造價較高，目前我國主要還是將其應(yīng)用于上面層，主要的混合料類型有 SMA16、SMA13、SMA9.5，鑒于層厚和集料公稱粒徑相匹配的原則(要求至少大于3倍)，目前高速公路上面層中以改性瀝青SMA13應(yīng)用較為廣泛，厚度一般為4 cm。

2 原材料選擇

2.1 瀝青膠結(jié)料

SMA混合料對膠結(jié)料的要求比普通的瀝青混凝土要高，它要求膠結(jié)料必須具有較高的粘度，其質(zhì)量必須滿足瀝青瑪蹄脂的需要，同時與集料有良好的粘附性，以保證有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫韌性。但是否一定需要采用改性瀝青，國際上也并無一致肯定的結(jié)論，這是因為各個國家、地區(qū)的氣候條件和交通條件不一樣，而且與經(jīng)濟實力也有很大關(guān)系。

作為表面層的SMA13不僅需經(jīng)受行車荷載的直接作用，同時還直接暴露于頻繁變化的各種不利氣候條件下，對瀝青混合料的各項性能要求更高。研究表明，改性瀝青的綜合性能要遠遠優(yōu)于道路石油瀝青，因此，建議在進行瀝青材料選擇時可結(jié)合項目所在地的氣候、交通等因素并結(jié)合PG等級計算結(jié)果選擇合適的瀝青膠結(jié)料，宜采用改性瀝青，伊綏高速公路上面層SMA13采用SBS改性瀝青，PG等級為PG76-22。

2.2 粗集料

從SMA的成型機理來看，SMA混合料之所以具有較高的高溫穩(wěn)定性，是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用，而這種嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料石質(zhì)的堅韌性(Toughness)、集料的顆粒形狀和棱角性。可以說粗集料的這些性質(zhì)是SMA成敗與否的關(guān)鍵。

因此，用于SMA路面的粗集料必須使用堅韌的、粗糙的、抗壓碎能力強、棱角性好的優(yōu)質(zhì)集料，集料必須由聯(lián)合反擊式破碎機械加工而成。

但SMA路面是否必須采用玄武巖，是否非玄武巖不可，材料選擇時應(yīng)貫徹就地取材、服務(wù)地方的原則，在集料各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求的前提下可論證地選用。伊綏高速公路共有七個標(biāo)段的上面層鋪筑SMA-13瀝青混合料，有1個標(biāo)段采用了當(dāng)?shù)氐男鋷r，一個標(biāo)段采用了輝綠巖，其余標(biāo)段采用的是安山巖。

2.3 細集料

細集料在SMA混合料中的用量很少，一般不到20%，然而其對SMA混合料的性能影響是較大的，在歐州，SMA混合料所用細集料必須采用機制砂;而在德國ZTV Asphalt-StB 94規(guī)范中也明確要求機制砂用量必須多于天然砂。原因在于機制砂是采用堅硬巖石反復(fù)破碎制成，具有良好的棱角性和嵌擠性能，對提高混合料的高溫穩(wěn)定性能和馬歇爾穩(wěn)定度效果非常明顯。

天然砂質(zhì)地堅硬，但一般表面光滑，棱角性差，且對瀝青的粘附性不好。使用天然砂，混合料的和易性好、容易壓實，但對混合料的高溫穩(wěn)定性不利。另外，天然砂表面吸附的瀝青量少，且天然砂的使用減小了混合料的內(nèi)摩擦角，使混合料的VMA減小、瀝青用量降低，甚至VMA不能滿足設(shè)計要求。因而，如果有質(zhì)量較好的機制細集料，盡可能不用天然砂;但如果機制砂針片狀較多、含泥量大，可以考慮采用優(yōu)質(zhì)的天然砂，機制砂與天然砂的比例應(yīng)大于1∶1。

我國目前機制砂產(chǎn)量較低，且成本較高，太多數(shù)工程中主要還是采用石屑，對于石屑的應(yīng)用國內(nèi)也有不少爭議，在現(xiàn)階段，可以鼓勵使用機制砂，若要使用石屑，則必須是經(jīng)反擊式聯(lián)合破碎設(shè)備加工生產(chǎn)并裝有除塵設(shè)備的集料生產(chǎn)線加工而成，其各項技術(shù)指標(biāo)須滿足規(guī)范要求，并適當(dāng)提高砂當(dāng)量要求。

2.4 礦粉

礦粉在瀝青混合料中的作用至關(guān)重要，瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜，才能對其他粗、細集料產(chǎn)生粘附作用，所以瀝青礦粉混合料才是真正意義上瀝青結(jié)合料。作為填料用的礦粉必須與瀝青具有較好的粘附性和較大的比表面積，宜選用石灰石或白云石礦粉。

黑龍江伊綏高速公路所用礦粉均為石灰石加工而成。

2.5 纖維

纖維之所以逐步成為SMA的必須成分，與SMA使用較多的礦粉與瀝青結(jié)合料有關(guān)，纖維的主要作用為吸附及吸收瀝青，纖維充分吸附表面瀝青及吸收內(nèi)部瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提高混合料的耐久性。目前國內(nèi)外SMA中主要以添加木質(zhì)纖維素為主，但也有人提出采用聚脂纖維等，從SMA混合料中纖維的作用機理來看，可不必采用價格高昂的聚脂纖維等材料。

對于木質(zhì)纖維素究竟是使用松散的好還是使用顆粒的好，目前有不同的說法，建議采用專用的纖維添加設(shè)備添加松散的木質(zhì)纖維。

3 施工注意事項

改性瀝青SMA13路面施工過程中應(yīng)注意以下幾個方面。

(1)SMA混合料中礦粉、瀝青用量較大，拌和時一般先加礦粉，后噴入瀝青。為充分分散纖維，纖維一般在干拌時就加入，與集料一起干拌后再進行濕拌。

同時，由于拌和時間增加等原因的影響，拌合站生產(chǎn)效率會受到較大影響，其生產(chǎn)效率一般只有AC類型混合料的70%左右。因此，在計算拌和能力時應(yīng)充分考慮，現(xiàn)場攤鋪速度應(yīng)與拌合站產(chǎn)量匹配，不應(yīng)過快或過慢，避免頻繁停機待料。

(2)SMA混合料瀝青含量高，粘度大，一般不使用輪胎式壓路機碾壓，以防止粘輪及輪胎揉搓造成瀝青瑪蹄脂擠到表面而達不到壓實效果;能否采用振動壓路機，主要是看石料抗壓碎的能力以及瀝青結(jié)合料和油石比的大小，壓碎過程中應(yīng)密切注意集料的壓碎、棱角、嵌擠、泛油等現(xiàn)象，對SMA結(jié)構(gòu)來說，不能過碾壓。

(3)SMA13混合料碾壓應(yīng)遵循“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的原則，面層一旦達到足夠的密度后，碾壓即應(yīng)停止，過度碾壓可能導(dǎo)致瀝青瑪蹄脂結(jié)合料被擠壓到路表面，影響構(gòu)造深度。建議壓實后，路面現(xiàn)場空隙率為3.5% ～6%。

(4)為避免粘輪對平整度的影響，建議采用非接觸式平衡梁進行厚度控制。

(5)油斑的形成及防治。在SMA13路面碾壓成型過程中，路面可能會出現(xiàn)油斑，當(dāng)油斑直徑大于5 cm時，應(yīng)及時在油斑區(qū)域灑機制砂。攤鋪后即出現(xiàn)的油斑，應(yīng)在碾壓之前鏟除、換填。油斑的產(chǎn)生可能是纖維摻加劑拌和不均勻所致，因此需檢查摻加劑加入劑量是否準(zhǔn)確，拌和時間是否夠長;當(dāng)由于碾壓過度產(chǎn)生油斑時，應(yīng)正確掌握碾壓遍數(shù)及振動力的大小;過高的用油量也會產(chǎn)生油斑，因此要及時檢查拌和樓瀝青計量器的準(zhǔn)確性;拌和料(特別是纖維摻加劑)及路表含有一定的水份，也會產(chǎn)生油斑，因此摻加劑必須干燥，嚴(yán)禁路表帶水施工。

4 結(jié)語

結(jié)合黑龍江伊綏高速公路SMA13面層施工對SMA混合料的原材料選擇、配合比設(shè)計、施工工藝等方面得出如下結(jié)論。

(1)選擇優(yōu)質(zhì)的原材料是改性瀝青SMA13路面取得成功的前提條件之一，原材料選擇時應(yīng)結(jié)合項目所處地區(qū)的交通、氣候等特點，本著經(jīng)濟實用的原則，沒有必要必須采用玄武巖，輝綠巖、安山巖也可以用于SMA路面。

(2)近年來，我國SMA路面得到了相當(dāng)規(guī)模的推廣應(yīng)用，絕大部分都取得了良好的效果，目前，SMA路面在我國的應(yīng)用并不存在技術(shù)上的壁壘，雖初期投入較高，但從長期路用性能來看，SMA路面適用于我廣大地區(qū)復(fù)雜的氣候條件，是一種實用性強，性能優(yōu)越的瀝青路面。

［1］ 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［2］ 公路公程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ052-2000)［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］ 伊綏高速公路建設(shè)指揮部.伊綏高速公路指揮部瀝青路面施工技術(shù)指南［R］.黑龍江:伊綏高速公路指揮部，2010.

［4］ 張肖寧.兩種瀝青混合料的級配與VMA關(guān)系分析.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2006，(8):48-50.

［5］ 公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南(SHC F40-01-2002)［S］.中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會公路工程委員會，2002.