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SMA技术讲座德昌DP1项目王志强中交路桥南方工程有限公司1、SMA在我国的应用状况◆20世纪初，SMA引进中国。在引入我国初期，一些地方铺筑了SMA试验路，由于大都照搬德国的经验，使用效果并不理想。◆1997年交通部公路司立项进行“沥青玛蹄脂碎石混合料性能及指标”研究。◆1998年交通部科教司立项进行了“九五”行业攻关项目－“沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）路面的推广应用”研究。◆2002年颁布《SMA路面技术指南》(SHCF40-01-2002)。◆2004年《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中增补了SMA相关技术内容。改性沥青SMA路面已经被公认为是性价比最好的沥青路面结构，在全国20几个省、市、自治区得到了推广应用。现在，SMA已经成为我国高速公路的主要路面结构形式之一，是一些大交通量、重载交通道路或重要高速公路首选的结构形式。全国公路沥青路面工程上SMA路面使用比例基本上达到了1/3，一些省份的SMA路面比例甚至超过了50％。如北京市SMA路面已经成为所有高速公路、城市道路主干线的唯一的结构形式；而江苏省SMA路面已接近2000km。同时许多飞机场、特大型钢桥面铺装也都得到大量应用。如北京首都国际机场东跑道、西跑道、天津、哈尔滨、大连、青岛、广州、厦门、敦煌、兰州、桂林等10多座民航机场及诸多的军用机场跑道上铺筑了SMA跑道。特大型钢桥面铺装应用更多。八达岭高速公路1996年首都国际机场东跑道1997年长安街施工2000年首都机场西跑道各地SMA路面2、SMA路面优缺点沥青玛蹄脂碎石(SMA)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组成一体的沥青混合料，其混合料具有以下特点：1)粗集料多在SMA的组成中，矿料是间断级配，粗集料占到70%以上，粗集料颗料之间有良好的嵌挤作用。沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降时，这种抵抗能力的影响也不会减小，因而有较强的高温抗车辙能力。AC-13AC-16SMA-13SMA-134.75mm通过率38~6834~6220~3427.12)矿粉和沥青用量高，采用纤维稳定剂SMA使用矿粉高达8%～12%，沥青用量高达5.7%～6.5%。同时要使用纤维作稳定剂，由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面，充分填充集料间隙，在温度下降、混合料收缩变形时，玛蹄脂有较好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能，低温抗裂性能得到大大提高。AC-13AC-16SMA-13SMA-130.075mm通过率4~84~88~1210.43)空隙率小SMA混合料的内部空隙率很小(3%～4%)，混合料渗水很少或几乎不渗水，混合料内部的水属毛细水形态，不易成为大的动力水，再加上玛蹄脂与集料的粘结力好，混合料的水稳定性也有较多改善。同时由于密水性好，对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，使路面能保持较高的整体强度和稳定性。4)路面表面粗糙，构造深度大SMA一方面要求采用坚硬的、耐磨的优质石料;另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大0.8~1.3mm，使雨天高速行车下不易产生水漂，抗滑性能提高，较好地解决了杭滑与耐久的矛盾。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水，路面噪声降低，从而可以全面提高路面的表面功能。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水，路面噪音可降低3～5dB，从而提高路面的表面功能。5)SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，空隙率小，沥青与空气接触少，沥青老化降低，因而沥青混合料的耐久性能良好。▲抗高温变形能力强；▲抗开裂、疲劳性能良好，提高耐久性和早期裂缝较少；▲不透水，抗水损坏性能强；▲表面粗糙度大，抗滑性能好，提高行车安全▲降低行车噪音▲SMA减小灯光反射，减小水雾，提高能见度与普通沥青施工相比较，具有施工复杂、难度大的特点，对施工队伍的要求较高，SMA的施工工艺要求较高，对施工因素的敏感性较强，矿料级配及沥青用量的小的波动和变化，很容易造成路面质量的大的波动，也会造成局部泛油、油斑、透水等。同时SMA对集料要求较高，由于同时由于沥青用量和矿粉多，混合料的成本会显著增加。项目增加的费用纤维增加沥青用量增加矿粉用量采用高质量集料拌和延时、增加燃料费和人工费利润和税金增加管理费合计增加SMA混合料较一般改性沥青混合料成本增加情况(元/吨)初期每吨增加费用20％～25％；每公里约需增加20万元。后期延长使用年限约25％～30％；可减轻、延缓沥青路面的早期破坏；改善路面行驶质量；节约大量维修、养护费用，降低50％～75％。3、SMA沥青混合料的集料技术要求3.1SMA粗集料技术要求(1)用于SMA的粗集料应采用质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体，有良好的嵌挤能力的破碎集料。有些材料非常致密，但是表面非常光滑，其吸附沥青较少或油膜较薄，这些材料不宜用于SMA路面。SMA用粗集料应该满足下表要求。项目单位技术要求试验方法石料压碎值％≤25T0316洛杉矶磨耗损失％≤28T0317表观相对密度－≥2.60T0304吸水率％≤2.0T0304与沥青粘附性级≥4T0616坚固性％≤12T0314针片状颗粒含量混合料粒径大于9.5mm粒径小于9.5mm％％％≤15≤12≤18T0312水洗法0.075mm颗粒含量％≤1T0310软石含量％≤3T0320石料磨光值BPN≥42T0321(2)粗集料在细破作业时不得采用颚式破碎机加工，要用反击式或者锥式碎石机破碎。(3)当采用酸性石料作粗集料，如一些花岗岩、石英岩、砂岩等酸性岩石质量较好，但与沥青的粘附性往往很差，应采用掺加适量消石灰粉或水泥等措施。如使用抗剥落剂时，必须确认抗剥落剂具有长期的抗水损害效果。3.2SMA细集料技术要求1)细集料宜采用专用的细料破碎机(制砂机)生产的机制砂。当采用普通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，且不得含有泥土、杂物。与天然砂混用时，天然砂的用量不宜超过机制砂或石屑的用量。建议将细集料分为3～5mm(S14规格)和0～3mm(S16规格)两种规格。细集料需要满足下表要求。项目单位技术要求试验方法表观相对密度－≥2.50T0328坚固性(0.3mm部分)％≤12T0340水洗法0.075mm颗粒含量％≤3(天然砂)≤10(机制砂和石屑)T0333砂当量％≥60T0334亚甲蓝值g/kg≤2.5T0349棱角性(流动时间)s≥30T03452)洁净程度，根据施工技术规范，对于天然砂按水洗法0.075mm颗粒含量小于3％控制，但是建议在工程中对砂当量和亚甲蓝值也进行规定。洁净程度，对于机制砂和石屑，当为0~4.75mm规格时宜按照砂当量控制，也可以按亚甲蓝值控制。当采用0~2.36mm和2.36~4.75mm两档控制时，对于2.36~4.75mm无需进行砂当量或者亚甲蓝值控制，而对于0~2.36mm则宜采用亚甲蓝值控制，如果需要按照砂当量值控制则需要将0~2.36mm和2.36~4.75mm两档料按配合比比例，配制成0~4.75mm混合料进行砂当量测试、评价。3.3SMA用填料技术要求3.3SMA用填料技术要求填料必须采用由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉。矿粉必须保持干燥，能从石粉仓自由流出，其质量应符合下表的技术要求。为改善沥青结合料与集料的粘附性，使用消石灰粉和水泥时，其用量不宜超过矿料总质量的2%。粉煤灰不得作为SMA的填料使用。项目单位技术要求试验方法表观相对密度－≥2.50T0352含水量％≤1T0103粒度范围0.6mm0.15mm0.075mm％10090~10070~100T0351外观－无团粒结块－亲水系数－1T0353塑性指数％≤4T0118或T0119加热安定性－实测记录T0355SMA使用除尘装置回收的粉尘时，回收粉用量不得大于矿粉总量的25%，混用回收粉后的0.075mm通过部分的塑性指数不得大于4%。3.3SMA用纤维稳定剂技术要求用于SMA的纤维稳定剂包括木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维等，以改善沥青混合料性能，吸附沥青，减少析漏。木质素纤维的质量，应符合下表的技术要求。其他纤维品种的质量可参照国内外相关的技术要求执行，其长度也不宜大于6mm。木质素纤维稳定剂矿物纤维稳定剂（参考）项目技术要求形状要求纤维长度纤维直径6mm0.005mm球状颗粒含量通过0.25mm筛通过0.063mm筛90%±5%70%±10%纤维应能承受250℃以上的环境温度不变质，且对环境不造成公害，不危害身体健康。纤维可采用松散的絮状纤维或预先与沥青混合制成的颗粒状纤维。施工过程中应保证纤维不受潮结块，并确认纤维能在沥青混合料拌和过程中均匀地分散开。纤维应存放在室内或有棚盖的地方，在运输及使用过程中应防止受潮、结团，已经受潮、结团不能在拌和时充分分散的纤维，不得使用。纤维稳定剂的掺加比例，以沥青混合料总量的质量百分率计算，用量根据沥青混合料的种类由试验确定。通常情况下用于SMA路面的木质素纤维不宜少于0.4%，矿物纤维不宜少于0.4%，必要时可适当增加。掺加纤维的质量允许误差为±5%。由于纤维稳定剂的材料质量影响SMA泛油成为SMA较为常见的病害之一。各种纤维各有利弊，选择合适的品牌、正确的类型和相应的纤维投放设备。同时，目前纤维生产厂家很多，质量量也参差不齐，选择时需要慎重。在实际使用时，很难对哪一种纤维的质量好坏有一个固定的评价，具体情况应该具体分析，宜对不同纤维品种通过试验进行选择。3.5SMA用沥青胶结料技术要求用于改性沥青的基质沥青的标号宜为70＃或90＃，其质量也应该满足施工技术规范中的规定。用于SMA的聚合物改性沥青的质量应符合施工技术中的规定，但是部分指标需要进行提高。I-BI-CI-D德昌针入度指数PI-0.6-0.2+0.20.0～+1.0软化点TR&B(℃)不小于55606570弹性恢复(25℃)不小于70758080针入度比(25℃)不小于65707575SMA用SBS改性沥青较规范一般SBS规定之不同对于改性沥青，除了规范中规定的三类外，也可以采用其他改性类型，或者采用复合改性，采用湖沥青、岩沥青等天然沥青作改性沥青时，天然沥青的质量参照相关国家标准执行，天然沥青与石油沥青的混合比例通过试验确定。4、SMA沥青混合料的配合比设计4.1、SMA沥青混合料的级配范围SMA宜选择SMA-13或者SMA-16。设计厚度宜为4~5cm。从室内试验看，SMA-13和SMA-16性能相当。从施工性能和表面效果看，SMA-13较为均匀、离析会好一些，也容易碾压。但是，有些地方材料加工时10～15mm档较10～20mm难于生产，且采用10～15mm档会增加石屑细粉含量，同时10～15mm档集料针片状颗拉的含量往往会高一些。同时，SMA-13中热料仓中5～10mm非常集中，热料仓不容易分配均匀。因此从材料加工角度考虑采用SMA-16较为方便。同时，SMA-13较SMA-16成本会适当增加。级配类型通过下列筛孔(mm)的质量百分率(％)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075SMA-1310090-10050-7520-3415-2614-2412-2010-169-158-12SMA-1610090-10065-8545-6520-3215-2414-2212-1810-159-148-12SMA级配范围4.2、SMA沥青混合料的配合比设计技术要求项目单位技术要求方法马歇尔试件尺寸mm标准马歇尔T0702马歇尔试件击实次数次两面各75T0702空隙率VV％3～4.5T0705矿料间隙率VMA％≥17.0T0705粗集料骨架间隙率VCAmix％≤VCADRCT0705沥青饱和度VFA％75～85T0705稳定度kN6.0T0709流值mm－T0709谢伦堡析漏损失(185℃)％≤0.1T0732肯塔堡飞散损失(20℃)％≤15T0733浸水马歇尔试验残留稳定度％≥80T0709冻融劈裂试验