２０１１年第９期 （总第２１１期） 黑龙江交通科技 ＨＥ ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．９，２０１１ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２１１） 改性沥青ＳＭＡ混合料技术探讨 王文利 （黑龙江省交通科学研究所） 摘要：改性沥青ＳＭＡ混合料因具有优良的路用性能而在我国得到了较为广泛的应用，结合伊春至绥化高 速公路工程对改性沥青ＳＭＡ一１３混合料材料选择、配合比设计、施工工艺进行了探讨。 关键词：改性沥青；ＳＭＡ；配合比设计；施工工艺 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ １前言 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１１）０９—００３８—０２ ＰＧ７６—２２。 我国规范对ＳＭＡ的定义为由沥青结合料与少量的纤维 稳定剂、细集料以及较多量的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄 脂，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙，组成一体形成的 沥青混合料，中文名称为沥青玛蹄脂碎石混合料，英文名称 为Ｓｔｏｎｅ Ｍａｓｔｉｃ ＡｓｐｈＭｔ（英）或Ｓｔｏｎｅ Ｍａｔｉｒｘ ＡｓｐｈＭｔ（美），简 称ＳＭＡ。 世界上第一条ＳＭＡ路面始建于２Ｏ世纪６０年代中期的 德国，８０年代起开始在北欧的瑞典、芬兰等国得到广泛应 用，并很快推广到全欧洲，美国于１９９１开始学习欧洲的ＳＭＡ 技术并付诸实践，我国于１９９２年首次在建设首都机场高速 ２．２粗集料 从ＳＭＡ的成型机理来看，ＳＭＡ混合料之所以具有较高 的高温稳定性，是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用， 而这种嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚 韧性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）、集料的颗粒形状和棱角性。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路面的粗集料必须使用坚韧的、粗糙 的、抗压碎能力强、棱角性好的优质集料，集料必须由联合反 击式破碎机械加工而成。 公路中应用改性沥青ＳＭＡ技术；值得说明的是，美国在引进 德国ＳＭＡ技术经过研究和应用后，对德国的做法有了许多 改进和新发展，包括材料要求、设计、施工方面等，由于美国 和我国一样，历来是搞密级配沥青混凝土的，而德国研究 但ＳＭＡ路面是否必须采用玄武岩，是否非玄武岩不可， 材料选择时应贯彻就地取材、服务地方的原则，在集料各项 指标均满足规范要求的前提下可论证地选用。伊绥高速公 路共有七个标段的上面层铺筑ＳＭＡ一１３沥青混合料，有１ 个标段采用了当地的玄武岩，一个标段采用了辉绿岩，其余 标段采用的是安山岩。 ＳＭＡ技术是从浇筑式沥青混凝土开始的，两者在机械设备、 ３细集料 材料要求等方面都有很大差别，美国在ＳＭＡ技术方面的一 ２．些改进在我国比较容易接受，而德国的做法在我国不好接 细集料在ＳＭＡ混合料中的用量很少，一般不到２０％，然 受，因此，我国在进行ＳＭＡ技术应用的过程中，主要还是参 而其对ＳＭＡ混合料的性能影响是较大的，在欧州，ＳＭＡ混合 料所用细集料必须采用机制砂；而在德国ｚＴｖ Ａｓｐｈａｌｔ—ＳｔＢ 照美国的ＳＭＡ技术。 由于ＳＭＡ路面造价较高，目前我国主要还是将其应用 ９４规范中也明确要求机制砂用量必须多于天然砂。原因在 具有良好的棱角性 于上面层，主要的混合料类型有ＳＭＡ１６、ＳＭＡ１３、ＳＭＡ９．５，鉴 于机制砂是采用坚硬岩石反复破碎制成，对提高混合料的高温稳定性能和马歇尔稳定度 于层厚和集料公称粒径相匹配的原则（要求至少大于３ 和嵌挤性能，倍），目前高速公路上面层中以改性沥青ＳＭＡ１３应用较为广 泛，厚度一般为４ ｃｍ。 ２原材料选择 ２．１沥青胶结料 效果非常明显。 天然砂质地坚硬，但一般表面光滑，棱角性差，且对沥青 的粘附性不好。使用天然砂，混合料的和易性好、容易压实， 但对混合料的高温稳定性不利。另外，天然砂表面吸附的沥 青量少，且天然砂的使用减小了混合料的内摩擦角，使混合 ＳＭＡ混合料对胶结料的要求比普通的沥青混凝土要 高，它要求胶结料必须具有较高的粘度，其质量必须满足沥 青玛蹄脂的需要，同时与集料有良好的粘附性，以保证有足 够的高温稳定性和低温韧性。但是否一定需要采用改性沥 青，国际上也并无一致肯定的结论，这是因为各个国家、地区 的气候条件和交通条件不一样，而且与经济实力也有很大关 系。 料的ＶＭＡ减小、沥青用量降低，甚至ＶＭＡ不能满足设计要 求。因而，如果有质量较好的机制细集料，尽可能不用天然 砂；但如果机制砂针片状较多、含泥量大，可以考虑采用优质 的天然砂，机制砂与天然砂的比例应大于１：１。 我国目前机制砂产量较低，且成本较高，太多数工程中 主要还是采用石屑，对于石屑的应用国内也有不少争议，在 现阶段，可以鼓励使用机制砂，若要使用石屑，则必须是经反 击式联合破碎设备加工生产并装有除尘设备的集料生产线 作为表面层的ＳＭＡ１３不仅需经受行车荷载的直接作 用，同时还直接暴露于频繁变化的各种不利气候条件下，对 沥青混合料的各项性能要求更高。研究表明，改性沥青的综 加工而成，其各项技术指标须满足规范要求，并适当提高砂 合性能要远远优于道路石油沥青，因此，建议在进行沥青材 当量要求。 料选择时可结合项目所在地的气候、交通等因素并结合ＰＧ ２．４辞 等级计算结果选择合适的沥青胶结料，宜采用改性沥青，伊 矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在 绥高速公路上面层ＳＭＡ１３采用ＳＢＳ改性沥青，ＰＧ等级为 矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗、细集料产生粘附作用，所 收稿日期：２０１１—０５—１１ ・３８・ 第９期 王文利：改性沥青ＳＭＡ混合料技术探讨 总第２１１期 以沥青矿粉混合料才是真正意义上沥青结合料。作为填料 用的矿粉必须与沥青具有较好的粘附性和较大的比表面积， 宜选用石灰石或白云石矿粉。 （４）为避免粘轮对平整度的影响，建议采用非接触式平 衡梁进行厚度控制。 黑龙江伊绥高速公路所用矿粉均为石灰石加工而成。 ２．５纤维 （５）油斑的形成及防治。在ＳＭＡ１３路面碾压成型过程 中，路面可能会出现油斑，当油斑直径大于５ ｃｍ时，应及时 在油斑区域洒机制砂。摊铺后即出现的油斑，应在碾压之前 铲除、换填。油斑的产生可能是纤维掺加剂拌和不均匀所 致，因此需检查掺加剂加入剂量是否准确，拌和时间是否够 长；当由于碾压过度产生油斑时，应正确掌握碾压遍数及振 纤维之所以逐步成为ＳＭＡ的必须成分，与ＳＭＡ使用较 多的矿粉与沥青结合料有关，纤维的主要作用为吸附及吸收 沥青，纤维充分吸附表面沥青及吸收内部沥青，从而使沥青 用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性。目前国内 外ＳＭＡ中主要以添加木质纤维素为主，但也有人提出采用 聚脂纤维等，从ＳＭＡ混合料中纤维的作用机理来看，可不必 采用价格高昂的聚脂纤维等材料。 对于木质纤维素究竟是使用松散的好还是使用颗粒的 好，目前有不同的说法，建议采用专用的纤维添加设备添加 松散的木质纤维。 ３施工注意事项 改性沥青ＳＭＡ１３路面施工过程中应注意以下几个方 面。 动力的大小；过高的用油量也会产生油斑，因此要及时检查 拌和楼沥青计量器的准确性；拌和料（特别是纤维掺加剂） 及路表含有一定的水份，也会产生油斑，因此掺加剂必须干 燥，严禁路表带水施工。 ４结语 结合黑龙江伊绥高速公路ＳＭＡ１３面层施工对ＳＭＡ混 合料的原材料选择、配合比设计、施工工艺等方面得出如下 结论。 （１）选择优质的原材料是改性沥青ＳＭＡ１３路面取得成 功的前提条件之一，原材料选择时应结合项目所处地区的交 通、气候等特点，本着经济实用的原则，没有必要必须采用玄 武岩，辉绿岩、安山岩也可以用于ＳＭＡ路面。 （１）ＳＭＡ混合料中矿粉、沥青用量较大，拌和时一般先 加矿粉，后喷入沥青。为充分分散纤维，纤维一般在干拌时 就加入，与集料一起干拌后再进行湿拌。 同时，由于拌和时间增加等原因的影响，拌合站生产效 （２）近年来，我国ＳＭＡ路面得到了相当规模的推广应 用，绝大部分都取得了良好的效果，目前，ＳＭＡ路面在我国 率会受到较大影响，其生产效率一般只有ＡＣ类型混合料的 ７０％左右。因此，在计算拌和能力时应充分考虑，现场摊铺 速度应与拌合站产量匹配，不应过快或过慢，避免频繁停机 待料。 （２）ＳＭＡ混合料沥青含量高，粘度大，一般不使用轮胎 的应用并不存在技术上的壁垒，虽初期投入较高，但从长期 路用性能来看，ＳＭＡ路面适用于我广大地区复杂的气候条 件，是一种实用性强，性能优越的沥青路面。 参考文献： 式压路机碾压，以防止粘轮及轮胎揉搓造成沥青玛蹄脂挤到 表面而达不到压实效果；能否采用振动压路机，主要是看石 料抗压碎的能力以及沥青结合料和油石比的大小，压碎过程 ［１］公路沥青路面施工技术规范（ＪＴＧ Ｆ４０—２００４）［Ｓ］．北京：人 民交通出版社，２００４． ［２］公路公程沥青及沥青混合料试验规程（ＪＴＪ０５２—２０００）［Ｓ］． 北京：人民交通出版社，２０００． ［３］伊绥高速公路建设指挥部．伊绥高速公路指挥部沥青路面施 工技术指南［Ｒ］．黑龙江：伊绥高速公路指挥部，２０１０． ［４］张肖宁．两种沥青混合料的级配与ＶＭＡ关系分析．交通标准 化，２０ｏ６，（８）：４８—５Ｏ． 中应密切注意集料的压碎、棱角、嵌挤、泛油等现象，对ＳＭＡ 结构来说，不能过碾压。 （３）ＳＭＡ１３混合料碾压应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅” 的原则，面层一旦达到足够的密度后，碾压即应停止，过度碾 压可能导致沥青玛蹄脂结合料被挤压到路表面，影响构造深 度。建议压实后，路面现场空隙率为３．５％一６％。 【上援弟３７贝Ｊ ［５］公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南（ＳＨＣ Ｆ４０—０１—２００２） ［Ｓ］．中国工程建设标准化协会公路工程委员会，２００２． Ｑ＝扣 ｓｉｎ ０／－ｔＯ） 由此可得 ２ｃ＝ ‘ｐｏｔｔｏ＋ ’ 韭 ：ｆ ｓｉｎａ￣ｃｏｓｔａ－ｓｉｎｗｃｏｓａ／ ：（ ． 。ｔ∞ ｓ１‘ｎ ∞ 一＼ ｓｉｎａ￣ ， ““ 、２ 口 ∞ （２） 所以 ｃｏ 。＝ｃ咖＋√忐．ｃｓｃ Ｏ）０的界限为詈≤ ＜ 。 （４） 令 ，而，＝ｔａｎ ，当进行边坡稳定性计算时， 、厂及 均为已知值。 为便于求导数．式（２）最末项改写成 望 一！ 望［（ ＝ ２± ］ ＝ｓｉｎ（ｔ￣一口）・ｓｉｎｗ—ｓｉｎ（ａ－－０））・ｓｉｎｔｏ ＝ｃｏｔｗ＋ｃｏｔ（ 一∞） 据此，式（３）简化成为下式 Ｋ＝ ＋口）・ｃｏｔｗ＋ａ・ｃｏｔ（ 一 ） （３） 吉 ＋ …ｃ 】－ｃｏｔ …¨ ｃｓｃｏ￣㈤ 欲求 值，对式（３）求导数，取ｄＫ／ｄ￣＝０，则最危险滑 动面的倾角 。表达式如下 ｄＫ／ｄｗ—Ｃｆ＋ａ 因为 。。 ｓｉｎ Ｌ ｏ／ 一∞Ｊ Ｓｌｎ ∞