2018/10/18,1,11 SMA 沥青混合料路面,2018/10/18,2,SMA是一种新型沥青混合料，在欧洲称为Split Mastic Asphalt，美国则称之为Stone Mastic Asphalt，我国“公路沥青路面设计规范”将其正式命名为“沥青玛蹄脂碎石混合料”，其意义为用沥青玛蹄脂填充碎石骨架而形成的混合料 SMA路面通过采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂、增加矿粉用量、沥青改性等技术手段，组成沥青玛蹄脂，沥青玛蹄脂可以使沥青的感温性变小，沥青用量增加，由它填充间断级配碎石集料中的空隙，从而使混合料既能保持间断级配沥青混合料表面性能好的优点，又能克服其耐久性差的缺点，尤其是能使混合料的高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能和水稳定性等各种路用性能大幅度提高11.1 SMA的组成特点和基本特征,2018/10/18,3,图11-1 沥青玛蹄脂碎石混合料的构成,Stones,+ Mastic,= Stone Mastic Asphalt,2018/10/18,4,图11-2 密级配沥青混凝土、排水沥青混凝土与SMA组成结构比较,传统密级配沥青混凝土,排水式开级配沥青混凝土,SMA,2018/10/18,5,11.1.1 SMA的组成特点,SMA是由沥青稳定添加剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛碲脂填充间断级配的碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料，它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂两部分（图11-1），其结构组成有如下特点： SMA是一种间断级配的沥青混合料，图 11-2示出了密级配沥青混凝土、排水沥青混凝土及SMA的剖面图，从中可以看出它们结构组成的不同之处； SMA增加了矿粉用量，使其能在混合料中加入较多的沥青，同时还使用了稳定添加剂； SMA的沥青用量比普通沥青混合料要高，并要求其具有较高的粘结力，通常选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青，如能采用改性沥青，可进一步改善高低温变形性能及与矿料的粘附性。
2018/10/18,6,11.1.2 SMA的基本特征,SMA的特征主要表现在两个方面： 大粒径集料互相嵌锁而形成高稳定性(抗变形能力)的结构骨料； 由细集料、沥青结合料及稳定添加剂组成的，具有足够数量的沥青玛蹄脂，除满足将骨架胶结在一起的要求外，还使混合料具有较好的柔性和耐久性SMA采用间断级配集料形成碎石骨架，其中有低百分率的细集料和较高比例的矿粉填料由于大粒径集料的含量高，矿料间具有较高的空隙率，使其能容纳较多的沥青，从而减少氧化，老化变硬和低温裂缝产生的可能性而细集料则起着填充空隙的作用，纤维添加剂增加了矿料的比表面积，从而增加了沥青的稠度和沥青玛蹄脂的稳定性，并可避免沥青混合料在运输和摊铺过程中产生离析现象，还可改善混合料的稳定性2018/10/18,7,较高的稳定性，SMA具有比密级配沥青混凝土更高的抗车辙能力，采用相同的粗集料分别制成密级配沥青混凝土和SMA混合料，经轮辙试验机在不同温度下分别进行800次加载试验后，所得试验结果列于表11-1 较高的疲劳寿命，影响沥青路面疲劳寿命的主要因素有沥青品种和含量、空隙率、温度、试验频率及荷载作用方式等混合料的空隙率和沥青用量与疲劳寿命的关系极大，而空隙率小、沥青含量高正是SMA混合料的显著特点。
SMA中碎石所包裹的沥青膜较厚，有效地减小了混合料的空隙率此外，高沥青含量的SMA混合料所产生的疲劳破坏，在夏季行车作用下具有自动愈合的能力在以上两方面因素的综合作用下，使得SMA混合料的抗疲劳能力大大高于密级配沥青混凝土 较好的耐久性，SMA耐久性非常好，不易松散，抵抗温度裂缝和荷载裂缝的性能好，其优异的耐久性来源于沥青玛蹄脂的不透水性，由于其渗透性小，空气及水的渗入量小，从而减缓了沥青的氧化过程，提高了耐久性2018/10/18,8,较好的抗磨耗及抗滑能力，SMA含有高比例、高品质的粗集料，使其具有较大的表面构造深度和抗磨耗能力 良好的平整度和能见度，SMA的高温稳定性使路面稳定，具有良好的平整度和行车舒适性SMA还能减少灯光的反射，减小雨中行车的水雾，从而提高了路面能见度和行车安全 较好的经济效益，SMA混合料采用高品质的矿质集料，较高含量的优质沥青，并加入添加剂，增加拌和时间，使得SMA的单位价格比传统密级配沥青混凝土高，但由其较高的稳定性及较高的疲劳寿命，使SMA的使用寿命比传统密级配沥青混凝土高出30%～40%，若考虑到有效使用年限，维修费用及使用者费用，折算成年平均成本时，SMA比传统密级配沥青混凝土更经济，特别是在高温重载，大交通量的条件下，SMA更具有较高的经济效益,2018/10/18,9,从以上分析可知，SMA对沥青路面的各种性能都有所改善。
尤其以抗车辙性能及耐久性的改善效果最为显著欧洲沥青路面协会（EAPA）1998年曾对SMA路面的应用情况做过总结和归纳，EAPA认为，归纳SMA的优点，首先是具有良好的表面功能，抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好其次是增加了路面抗变形能力，不透水，使用寿命长，维修养护工作量小同时，它可以减薄表面层厚度，易于施工和重建，维修重建对交通的影响小2018/10/18,10,11. 2 SMA的应用,由于SMA所具有的一系列特性使其除了可代替传统密级配沥青在一般路面上使用外，在某些特殊路面或特殊环境下，采用SMA还可解决采用密级配沥青所难以解决的问题 SMA具有较好的稳定性，能有效地抵抗重复荷载作用下所形成的车辙，因而可在交叉口、公交站点等易产生车辙的部位用SMA代替传统密级配混凝土以提高抗车辙能力 沥青混凝土路面铺筑完工后，应有足够的时间让路面冷却后才能开放交通，如在路面没有充分冷却的情况下即提早通车，将对路面造成极大的损害，其主要原因是沥青没有充分冷却时稳定性较差，承受车辆荷载作用时，将形成严重的辙槽，甚至断裂而SMA在高温时具有比密级配沥青混凝土更高的稳定性，对提早开放交通的影响较小。
2018/10/18,11,钢板桥面铺装一直是工程界难以很好解决的一个问题，由于钢桥桥面板日夜温差过大，夏季面板温度很高，再加上其具有的高挠度，要求桥面铺装须有较好的高温稳定性，低温延展性和优异的抗疲劳性能，但目前所使用的桥面铺装材料多难以胜任，即使是造价不菲的环氧树脂，也难以完全解决上述问题而细粒式SMA，尤其是采用高达7.0%的沥青含量及经高分子聚合物处理的改性沥青,可较好地解决上述问题2018/10/18,12,11. 3 SMA 混合料配合比及材料要求,沥青结合料， SMA混合料中，沥青结合料必须有较高的粘度，较大的稠度，符合一定的技术要求，以保证其有足够的高温稳定性和低温韧性，沥青类型及标号应符合“重交通道路沥青技术要求”（表11-2） 粗集料，SMA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集料嵌挤作用的大小在很大程度上取决于集料石质的坚韧性以及集料的颗粒形状和棱角可以说，粗集料的这些性质是SMA成败的关键由于粗集料颗粒直接接触形成的骨架受到外作用时，其颗粒在接触点处将产生很大的压力，因此需要粗集料具有较高的强度，以避免在施工碾压过程中及使用过程中荷载长期重复作用下产生磨损和破坏。
2018/10/18,13,SMA混合料中的粗集料，对颗粒形状和强度的要求均高于传统密级配沥青混凝土其所用粗集料必须完全破碎，并接近立方体，扁平细长颗粒含量不超过10%，以增加颗粒间的接触面积，使由粗集料形成的骨架在受到外力作用时具有较高的稳定性和抵抗外力的能力 细集料，在SMA中所占比例较小，一般不超过10%，但细集料对SMA的性能有较大的影响细集料一般要求采用具有良好棱角性和嵌挤性的人工砂，当全部采用人工砂有困难时，机制砂与天然砂的比例应大于1：1，并应满足表11-3的要求 填料，SMA混合料中的矿粉填料对混合料的空隙率及劲度有明显影响，矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其它粗、细集料产生粘附作用2018/10/18,14,由于SMA混合料中的纤维添加剂能起到分散矿粉沥青胶团的作用，需要有足够的矿粉以形成SMA结构，SMA中的矿粉数量比传统密级配沥青混凝土要多一倍左右，一般达到沥青用量的1.8～2.0倍 SMA中的矿粉最好采用磨细石灰粉，还应符合一定的技术要求（表11-4），若掺加一定量的回收粉尘，其用量不得超过填料总质量的50% 纤维稳定剂，沥青玛蹄脂碎石混合料，必须采用纤维稳定剂。
混合料中加入纤维后，可有效地提高混合料的高温稳定性并降低轮胎的磨耗2018/10/18,15,纤维在SMA中的所起的主要作用有如下几点： 加筋作用，SMA中的纤维，以三维分散相在混合料中存在，可起到加筋的作用； 分散作用，SMA中用量较大的沥青矿粉在没有纤维的情况下，可能成为胶团，不均匀地分散在集料之间，而纤维则可以使胶团适当均匀地在集料中分散； 吸附及吸收沥青的作用，SMA混合料中的纤维稳定剂可充分吸附表面沥青吸收内部沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，以提高混合料的耐久性； 稳定作用，纤维可使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是夏季高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙将容纳这些膨胀的沥青，使其不致成为自由沥青而泛油； 增粘作用，SMA中的纤维将增加沥青与矿料间的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力2018/10/18,16,木质素纤维，又称纤维素纤维，由天然木材经化学处理后得到的有机纤维，在各种条件下均是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂及酸、碱所腐蚀，且对人体无害，不影响环境SMA中加入纤维素纤维后，混合料具有良好的保温性能，冷却后具有良好的伸缩性，有较好的施工和易性，用量通常为混合料质量的0.3%； 矿物纤维，是一种微细纤维，目前常用的矿物纤维多为石棉纤维，在混合料拌和时加入可有效地吸附沥青，防止沥青胶砂高温时出现流淌的现象，微细纤维的比表面积大，用量为混合料质量的0.4%； 聚合物有机纤维，在有机化学纤维中，聚脂纤维和丙烯酸纤维是最常用的纤维品种，用量为混合料质量的0.15%～0.30%。
由于纤维的作用，沥青用量将增加0.2%～0.3%，研究和应用实践表明，聚合物有机纤维使混合料性能得到普通提高，疲劳寿命可提高25%～45%，车辙减少45％～53%2018/10/18,17,11.5 SMA 路面施工概要,SMA 路面施工温度 SMA混合料中加入了较多的矿粉，其拌和、施工及室内试验温度均比一般热拌沥青混合料温度要高 表11-12给出了SMA路面施工时各工序的施工温度，可供参考 SMA混合料的拌和 SMA混合料应在沥青拌和厂进行拌制，拌制时应注意纤维的加入、拌和时间与温度均应严格控制并拌和均匀； SMA混合料若长时间的贮存，将发生沥青析漏现象，从而使混合料中沥青分布不均匀，SMA混合料的贮存不能过夜，当天拌和的混合料必须当天摊铺并碾压完毕 SMA混合料的运输与摊铺 由于SMA中沥青玛蹄脂的粘性较大，运料车的车厢底部应涂刷较多的油水混合物； 为防止混合料运输过程中温度下降过快而使运料车表面的混合料结成硬壳，要求运料车加盖苫布；,2018/10/18,18,要求缓慢、均匀，连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变更速度或中途停顿； SMA生产时拌和机生产效率降低，摊铺机供料不足的问题比较突出，难以保证摊铺机不间断地均匀摊铺。
因此摊铺机的摊铺速度应缓慢，一般不超过180m/h～240m/h 拌和设备与摊铺机的生产能力应匹配，运料车应稍有富余 4. SMA路面碾压成型 SMA一般在路面的表面层使用，厚度比较薄，混合料温度下降比较快，应特别注意不能在温度下降过多后才开始碾压，碾压的最低温度约为130℃ 由于轮胎式压路机在碾压时的搓揉将使SMA混合料中的沥青玛蹄脂上浮，从而减小构造深度，甚至出现泛油现象，所以SMA路面必须采用刚性碾压 碾压过程为三阶段，初压，采用10t的钢筒压路机紧跟在摊铺机后碾压1～２遍；复压，刚性压路机静压3～４遍，或振动碾压2～3遍；终压，较宽的刚性压路机碾压一遍，至此即可接束碾压 过度碾压将使SMA结构无法稳定，因此应严格控制碾压次数，切忌过碾一般要求的碾压速度不能超过4km/h～5km/h。