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1、沥青玛蹄脂碎石混合沥青玛蹄脂碎石混合料路面料路面(SMA)一、基本概念一、基本概念n nSMA（Stone Mastic (Matrix)Asphalt）.n n1.SMA在德国诞生n nSMA以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世。第一条SMA路面始建于60年代中期的德国。 n nSMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。它的最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分。n n在在6060年代，德国在研究能抵抗新型埋钉轮胎磨损年代，德国在研究能抵抗新型埋钉轮胎磨损的新铺罩面层时，发现采用木质素纤维或矿物纤的新铺罩面
2、层时，发现采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂，增加矿粉用量，使用改性沥青，组成维稳定剂，增加矿粉用量，使用改性沥青，组成的沥青玛蹄脂可以减轻钉子对路面的磨损，同时的沥青玛蹄脂可以减轻钉子对路面的磨损，同时使沥青感温性变小。混合料中沥青用量增加，由使沥青感温性变小。混合料中沥青用量增加，由它来填充基本上是由单一粒径碎石组成的集料骨它来填充基本上是由单一粒径碎石组成的集料骨架的大孔隙，从而使混合料既保持架的大孔隙，从而使混合料既保持OGFCOGFC表面功能表面功能好的优点，又克服耐久性差的缺点，尤其是使好的优点，又克服耐久性差的缺点，尤其是使高高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能、水温抗车辙能力、
3、低温抗裂性能、耐疲劳性能、水稳定性等各种路用性能大幅度提高稳定性等各种路用性能大幅度提高。这种新型的。这种新型的沥青混合料就是沥青玛蹄脂碎石混合料沥青混合料就是沥青玛蹄脂碎石混合料( (SMA)SMA)。n n 70年代初，欧洲经历了两个罕见的炎热的夏季，发现许多密级配沥青混凝土路面出现了严重的车辙变形，唯有铺筑SMA的路面几乎没有车辙变形。从此在欧洲很多国家开始将SMA用于承受重交通荷载及高轮胎压力的道路和机场道面。二、二、SMA的组成特点和形成机理的组成特点和形成机理1、SMA的组成特点 目前通用的沥青混合料按照各种成分的比例和排列的不同，可以有两种类型： 一种是根据连续级配的原理组成的密
4、级配沥青混合料，矿料级配基本上是按照富勒曲线的指数原理构成的，即0.45次方的规律。 我国的AC 型密级配沥青混凝土基本上符合此规律，这种级配的混合料属于悬浮式密实结构。 悬浮式密实沥青混合料的结构源于粗细集料之间的嵌挤(内摩擦力)和沥青矿粉结合料的粘结力的支撑。n n (2) 另一种是基本上依靠集料嵌挤作用的混合料，我国以前常用的贯入式沥青碎石、沥青表面处治，以及拌和式沥青碎石混合料都属于此类型。这种混合料实际上是一种骨架空隙结构。n n SMA则是一种全新意义上的沥青混合料，它是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料接近于我国的沥青碎石混合料的空隙中用丰富的沥青玛蹄脂填充的
5、情况。顾名思义，SMA的组成有以下特点。n n （1）SMA是一种间断级配的沥青混合料是一种间断级配的沥青混合料，以SMA16为例，4.75mm以上的粗集料，颗粒的比例高达7080%，其中9.5mm以上的占一半，矿粉的用量达813%，0.075mm筛的通过率一般高达10，粉胶比远超出通常的1.2的限制值，由此形成间断级配，很少使用细集料。n n AC沥青混凝土，4.75mm以上的一般仅占3050%。SMA级配与级配与AC、AM级配的比较级配的比较类型类型通过下列筛孔（通过下列筛孔（mmmm）百分率（百分率（%）1919161613.213.29.59.54.754.752.362.361.18
6、1.180.60.60.30.30.150.150.070.075 5AC16AC16100100901009010076927692608060803462346220482048133613369269267187185145144848AM16AM16100100901009010060856085456845681840184062562531831811411401001008080505SMA1SMA16 6100100901009010065856585456545652032203215241524142214221218121810151015914914812812SMA-
7、13SMA-13与与AC-13AC-13级配曲线比较级配曲线比较密级配沥青混凝土与密级配沥青混凝土与SMA剖面图剖面图比较比较n nACAC， SMA SMASMAn n (2) (2)为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂，通常采用使用纤维作为稳定剂，通常采用木质素纤维，用量木质素纤维，用量为沥青混合料的为沥青混合料的0.0.3 3，也可采用矿物纤维，用量也可采用矿物纤维，用量为混合料的为混合料的0.0.4 4。 n n(3)(3)沥青结合料用量多，比普通混合料要多沥青结合料用量多，比普通混合料要多1 1以上，以上，粘结性要求高
8、，希望选用针入度小，软化点高，温粘结性要求高，希望选用针入度小，软化点高，温度稳定性好的沥青。最好采用改性沥青，以改善高度稳定性好的沥青。最好采用改性沥青，以改善高低温变形性能及与矿料的粘附性；低温变形性能及与矿料的粘附性；n n (4) (4)SMASMA的配合比不能完全依靠马歇尔配合比设计方的配合比不能完全依靠马歇尔配合比设计方法，主要由体积指标确定，马歇尔试件成型双面击法，主要由体积指标确定，马歇尔试件成型双面击实实5050次，目标空隙率次，目标空隙率2 244，稳定度和流值不是，稳定度和流值不是主要指标，沥青用量还可参考高温析漏试验确定。主要指标，沥青用量还可参考高温析漏试验确定。车辙
9、试验是重要的设计手段。车辙试验是重要的设计手段。n n (5)SMA的材料要求：粗集料必须特别坚硬、表面粗糙，针片状颗粒少，以便嵌挤良好；细n n集料一般不用天然砂，宜采用坚硬的人工砂；矿粉必须是磨细石灰石粉，最好不使用回收粉尘。n n (6)SMA的施工与普通沥青混凝土相比，拌和时间要适当延长，施工温度要提高，压实不宜采用轮胎碾。n n 综合SMA的特点，可以归纳为三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少，掺纤维增强剂，材料要求同，使用性能全面提高。5。纤维稳定剂。纤维稳定剂n n（1）纤维稳定剂在SMA中的作用n n 在沥青混凝土中使用增强纤维，已有二十多年历史。早期在水库的沥青
10、衬砌中掺加石棉纤维，曾经取得过良好的防止开裂渗水的效果，现在纤维的种类已经很多，主要有木质素纤维、矿物纤维、有机纤维三大类，另外还有玻璃纤维，不过很少使用。n n 制造沥青玛蹄脂碎石混合料时必须采用纤维稳定剂,在缺乏纤维的情况下，可使用改性沥青代替，但不能完全起到纤维的作用。最早在德国发现加了纤维以后可以有效地提高混合料的高温稳定性和抵抗埋钉轮胎的磨耗,后来纤维逐步成为SMA的必须成分，其原因与SMA使用较多的矿粉与沥青结合料有关。纤维有以下作用。n n 加筋作用:在SMA混合料中掺加纤维，纤维在混合料中以一种三维的分散相存在，犹如农民盖土坯房时向抹墙的灰泥小掺加草筋一样，也象各种钢纤维混凝土
11、、土工格栅、土工布等等加筋材料一样，可以起到加筋作用。n n 分散作用：如果没有纤维，用量颇大的沥青矿粉很可能成为胶团，不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看见“油斑”存在，纤维可以使胶团适当分散。n n吸附及吸收沥青的作用：在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附(表面)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。 稳定作用：纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，对高温稳定性也有好处。n n 增粘作用，提高粘结力：纤维将增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜
12、的粘结，提高集料之间的粘结力。n n（2）木质素纤维n n 木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维。由于处理温度高达250以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为般的溶剂、酸、碱腐蚀。未经处理的木质素纤维也用作食品添加剂，是减肥食品，所以对人体无害，不影响环境，不造成公害。木质素纤维要求木质素纤维要求项目项目单位单位指标指标纤维长度，不纤维长度，不大于大于mmmm6 6灰分含量灰分含量%185185PHPH值值- -7.51.07.51.0吸油率，不小吸油率，不小于于- -纤维质量的纤维质量的5 5倍倍含水率，不大含水率，不大于于%5 5n n路用木质素纤维路用木质素纤维n n颗
13、粒状颗粒状（3）矿物纤维）矿物纤维n n 在矿物纤维中，最早使用的是石棉纤维，北京市公路局在修建首都机场高速公路、八达岭高速公路和东西长安街时，由于缺乏合适的纤维，一直使用国产的石棉纤维。据了解，国外一开始也曾使用过石棉纤维，现在已经很少使用了，一些工业发达国家已经禁止使用石棉纤维。为了环保及保护人体健康，将来，石棉纤维终将为其他纤维所代替。n n 位于美国佛罗里达州迈阿密的斐伯兰德公司（fiberand TM)是北美及南美最大的生产矿物纤维的公司，所使用的矿物是玄武岩、如图是矿物纤维的形态。 n n玄武岩矿物纤维玄武岩矿物纤维n n 据美国FHWA的建议，矿物纤维的用量要求为混合料的0.4，
14、木质素纤维的用量要求为混合料的0.3。按规定加入纤维后，混合料的干拌时间需延长5s10s，湿拌时间需增加5s(木质素纤维)或5s以上(矿物纤维)。从放大的照片可以看出，矿物纤维表面直而光，而木质素表面柔曲且有绒毛，可吸附沥青的比表面较矿物纤维大得多。美国美国SMA设计时矿物纤维标准设计时矿物纤维标准试验试验指标指标纤维长度纤维长度66mmmm纤维厚度纤维厚度0.0050.005mmmm球状颗粒含量球状颗粒含量: : 通过通过0.250.25mmmm筛筛 通过通过0.0630.063mmmm筛筛（955955）%（70107010）%n n（4）聚合物有机纤维n n 在有机化学纤维中，聚脂纤维(
15、涤纶)和丙烯酸纤维(腈纶)是最通用的纤维品种。美国PETROFLEX聚脂纤维也被用在沥青混合料中作为稳定剂，用量为0.150.3，即每吨混合料用1.36kg2.72kg，由于纤维的作用，沥青用量要增加0.20.3。据宾夕法尼亚州立大学的研究和在公路中的应用实践，聚脂纤维使混合料性能得到了普遍的提高，疲劳寿命提高2545车辙减小了4553。n n Kapejo公司的聚脂纤维Bonifibers是1970年由DuPont公司的化学工程师Boni Philip Martinez研制的，已在美国许多州使用，超过1000个工程。尤其多用于桥面铺装中. Kapejo公司的聚醋纤维由低熔点聚乙烯包装后投入拌和罐，用量为0.25，在投入集料和矿粉后投入纤维，干拌最少30s，湿拌不少于1min，集料加热温度208235，要求混合料温度19012。 配合比设计检验：n n除沥青混凝土配合比设计规定项目外，SMA混合料的配合比设计还必须进行谢伦堡析漏试验及肯特堡飞散试验。
