浅谈沥青玛蹄脂碎石混合料技术

浅谈沥青玛蹄脂碎石混合料技术时间:2003-10-14作者:方德铭出处:土木工程摘要介绍SMA混合料性能及材料组成、设计施工方法。关键词SMA混合料技术一、前言沥青玛蹄脂碎石混合料又称填碎石沥青混凝土(StoneMatrixAsphalt)，简称SMA，在欧洲已成功地使用20多年；80年代初，德国公路部门把SMA作为一种标准材料，现已推广应用到瑞典、丹麦、法国、日本和美国等；1996年美国乔治亚州沥青玛蹄脂碎石混合料路面被联邦公路管理局（FHWA）评为连续四年全美最好德干线公路洲。据介绍美国乔治亚州运输部对路面成本、寿命等经济分析中发现，SMA成本比传统的热沥青混合料高出20%～25%左右，但是，这些添加纤维的混合料的寿命却显著提高，采用传统密级配混合料铺筑的路面寿命约为7.5年，而SMA路面在需要修复前可使用12～15年。我国首次试用SMA技术是交通部专家对欧洲进行技术考察后，于1992年修建首都机场高速公路过程中提出，后又在首都机场东跑道、八达岭高速公路修建以及北京长安街旧沥青路面层整修不同程度上采用SMA技术，标志我国采用SMA路面结构技术逐步走向成熟阶段。实践证明，SMA与普通热沥青混合料相比，具有更好的抗疲劳、抗车辙等性能，高温稳定性、低温抗裂性有明显改善，路面耐久性更为显著。二、SMA混合料组成２．１集料的集料级配是间断性级配，4.75mm以上的粗集料，主要是4.75～13mm的比例高达70%～80%，矿粉用量达8%～12%；这些粗集料占大多数的SMA完全不同于传统的密级配混合料；又由于通过0.075mm筛孔的粉料很多，就使得SMA的空隙率比较低，因此也完全不同于国外经常使用的开级配沥青混合料（简称OGFC）。对粗集料质量要求比较高，骨料要求坚硬、耐磨，颗粒形状接近立方体，表面构造粗糙，针片状颗粒含量少，以便在交通荷载作用下，集料间能保持连锁紧密。中的细集料是沥青砂浆即沥青玛蹄脂的一部分，其要求坚硬而稳定，所以细集料必须清洁、坚硬、表面粗糙，且只能含有少量的软料或有害物质。用于SMA矿粉数量较多，所以矿粉的质量及级配对混合料的性能起了非常重要的作用，要求粉料干净、疏松；一般选用磨细石灰粉。２．２纤维增强剂添加纤维的目的是增加砂浆稳定性，避免运输和摊铺过程中产生离析现象，而且纤维可以使混合料加入较多的沥青，增厚沥青膜，从而提高路面的耐久性；用于SMA的纤维稳定剂分为有机纤维（木质素纤维）和无机纤维（矿物纤维）；目前德国习惯在SMA沥青混合料中加入木质素作为稳定剂，用量占骨料重的0.3%～0.5%；但由于当木质素受潮后，会直接影响沥青与拌合料的结合强度，同时木质素本身会吸收少许沥青，增加沥青用量。因此，有些国家则采用矿物纤维，如美国采用佛罗里达州迈阿密的斐伯兰德（Fiberand）公司生产的道路纤维；Fiberand矿物纤维是在高温条件下将玄武岩熔化后抽丝，然后将其表面特殊处理，增加了纤维与沥青间结合力，并使得纤维与集料、沥青拌合更加均匀；用量一般控制在0.3%～0.4%之间。２．３沥青结合料的沥青用量比普通级配热沥青混合料要多，这是由于在SMA混合料中加入大量的矿粉及少许纤维所致；一般要求选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青或改性沥青，因此，用聚合物改性沥青通常也被用于SMA，尤其是铺筑在重交通道路上的混合料。部分国家SMA混合料级配范围及沥青用量范围推荐值见表1。表1SMA混合料级配及沥青用量范围推荐值项目名称通过下列筛孔(mm)的质量百分率沥青用量(%)16.013.29.504.752.361.180.6000.3000.1500.075德国SMA10095～10075～8829～3921～2716～2312～2011～189～158～126.5～7.5美国乔治洲～10086～9660～8025～3218～2414～2212～2110～209～178～126.0～6.5美国～10087～9665～7520～2816～2412～1612～158～125.5～7.0澳大利亚～10054～7026～3921～3017～2514～2212～199～158～126.0～7.0中国SMA—1010090～10025～4520～3616～3012～2611～229～188～12＞6.0中国SMA—1390～10010055～7526～4213～3416～2812～2410～188～158～12＞6.0中国SMA—1695～10072～9254～7225～4017～3114～2610～228～177～157～12＞6.0三、SMA混合料设计与施工混合料设计原理与普通密级配沥青混凝土设计原理相似，目前SMA混合料的马歇尔试验方法普遍采用热沥青混凝土马歇尔试验，即先测定试件的马歇尔稳定度、流值，再求出样品的密度、饱和度和空隙率，在选择合适空隙的同时，稳定度、流值、饱和度也要满足热沥青混凝土规范要求。混合料马歇尔试验配合比的一般设计要求可参见表2。试验项目或指标技术要求马歇尔试件击实数稳定度流值最佳沥青用量的空隙率矿料间隙率VMA油石比谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失两面击实50次不宜小于6kN2～5mm2%～5%不小于17%不宜小于6%不小于0.2%SMA生产和施工与普通热沥青混凝土类同，其区别在于：a）SMA混合料大多数采用间歇式滚筒式搅拌机；b）为了使纤维均匀分布于混合料之中，SMA混合料干拌时间比普通混合料增加5～15s，热拌时间比密级配沥青混凝土延长5～20s。（SMA混合料施工程序步骤略）四、结束语沥青玛蹄脂碎石混合料是一种间断级配密实型热沥青混合料，它既考虑到AC、AM等级配的缺点，又尽量利用它们的优点，力求达到最佳级配；SMA混合料中的粗集料多、矿粉多、沥青多、细砂少，并含少许纤维增加剂；由于混合料中粗集料良好嵌锁，形成高稳定性的结构框架，沥青或改性沥青、细集料、粉料和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将结构框架组合成一起的高强度沥青混合料，使混合料具有非常好的高温抗车辙能力，更好的抗疲劳能力，高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性有明显的改善；而且混合料的间断级配在表面形成大的孔隙，具有较大的路面构造深度，降噪及防止水雾的性能有所改善，抗滑性能好，同时，由于混合料空隙率低，沥青的耐老化性能、混合料水稳定及耐久性都将明显提高，从而全面提高沥青混合料的路用性能。主要参考文献：《TheAssociationofAsphaltPavingTechnogists》.1994２《全国高等级路面修筑研修班讲义》.1997.