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SMA路面施工
二十世纪九十年代后期，我国高速公路进入了大发展高潮期，至2002年底，全国已建成通车的高速公路达2.52万公里。
由于交通量迅速增长，车辆大型化、重载、超载车辆的比例不断增加，并形成渠化交通的现象，因此交通对路面的要求越来越高，为此提高路面的使用性能成为当务之急，由于改性沥青SMA路面具有良好的温度稳定性和抗疲劳性能，平整、密实、抗滑性好，噪音小、水雾少等表面功能好，而且基本不渗水，耐久性好，维修、养护工作量小，因此SMA是一种使用性能优良的路面，具有良好的发展前景。
一、工法特点
1.从沥青改性、木质纤维素材料，混合料拌和、铺筑、碾压成型均采用成套机械设备，连续作业。
2.对集料要求高，混合料的拌和时间长（较普通沥青砼长15s～20s），产量降低明显。
3.由于SMA混合料的粗集料多，内摩阻力大，加之沥青玛蹄脂的粘性大，因此铺筑速度较慢。
4.适应在高温季节施工，各施工阶段和各道工序均在高温（较普通沥青砼高10～20℃）状态下进行。
5.碾化过程采用压实功效大的双钢轮压路机，施工中做到提高压实效果，缩短碾压过程，成型的路面密实、平整、温度稳定性好，抗疲劳能力强，基本不渗水，表面功能良好。
二、适用范围
本工法适用于新建、改建公路的沥青路面表面层或中面层；大桥、特大桥的桥面沥青表面层或中面层；原公路路面、桥面整修、罩面等工程的表面层。
三、工艺原理
1.由于SMA混合料中，粗集料骨架占70%以上，粗集料之间的接触面形成了石—石结构的嵌挤作用，交通荷载主要由粗集料骨架承受；沥青玛蹄脂填充了粗集料中的空隙，因此在高温的情况下，SMA具有较强的抗车撤能力，在低温情况下，依靠沥青玛蹄脂的良好粘结作用和韧性、柔性，SMA具有较好的低温抗裂性。
2.由于SMA混合料中，改性沥青与集料表面的交互作用，使集料表面的结构沥青膜较厚，混合料的空隙率较小，路面成型后基本不渗水，因此沥青与空气接触少，延缓了沥青结合物的老化，增强了SMA的水稳性和抗疲劳能力；同时也有效保护了中、下面层及基层，提高了路面的整体强度。
3.SMA混合料采用了坚硬、粗糙、耐磨的优质集料，并采用间断级配，粗集料含量高，路面经压实后，表面平整、密实，又有较大的构造深度，提高了路面的抗滑性能，同时，雨后不产生大的水雾，噪音小，行车安全、舒适，全面提高了路面的表面功能。
四、工艺流程图
SBS改性沥青SMA路面施工工艺流程图见图一。
图一SBS改性沥青SMA混合料工艺流程图
五、机具设备
1.机械
本工法为SBS改性沥青SMA路面，采用的配套设备如表1所示。
SBS改性沥青SMA路面主要施工机具设备表表1
序号
名称
规格型号
数量
单位
备注
1
间歇式沥青拌和楼
产量不小于320t/h
1
套
配备300t以上热贮料仓。
2
沥青脱桶设备
产量不小于15t/h
1
套
3
改性沥青现场加工设备
产量不小于12t/h
1
套
4
沥青混合料摊铺机
最大摊铺宽度8.5m以上
2
台
具有振夯及自动调平系统
5
找平基准装置
接触式或非接触式
2
套
接触式长度大于13m
6
装载机
ZL40斗容量2.2m3以上
3～4
台
7
双驱动双钢轮振动压路机
自重10t以上
2
台
8
双钢轮压路机
自重12～15t
3
台
9
自卸汽车
载重15t以上
15～20
辆
按运距计算确定
10
发电机组
1000kw、400kw
各1
套
11
沥青洒布车
5t
1
台
12
木质纤维素上料设备
1
套
2.主要试验检测仪器
矿料、SBS改性沥青及SMA混合料的检测试验仪器如表2所示。
SBS改性沥青SMA路面主要试验仪器表表2
序号
名称
数量
单位
备注
1
数显针入度仪
1
套
2
低温延度仪（1.5m以上）
1
套
3
数显软化点仪
1
套
4
试验室用沥青混合料拌和机
1
台
5
自动马歇尔击实仪
1
套
6
自动马歇尔稳定度试验仪
1
套
7
自动沥青抽提仪（或燃烧炉）
1
套
8
标准筛（方孔）
2
套
9
集料压碎值试验仪
1
台
10
砂当量试验仪
1
台
11
恒温干燥箱
2
台
12
旋转薄膜烘箱
1
台
13
恒温水浴
2
台
14
路面取芯机
1
台
15
路面弯沉仪
1
台
16
路面渗水测定仪
1
台
17
摩擦系数测定仪（摆式仪）
1
台
18
连续平整度仪
1
台
19
电子天平
1
台
最大称量4～6kg，感量±0.1g
20
电子天平
1
台
最大称量300～500g感量±0.001g
21
脱模器
2
台
22
试模
12
个
六、技术标准
1.矿料级配
SMA的矿料级配采用间断级配，常用SMA混合料矿料级配范围见表3。
常用SMA混合料的矿料级配表3
通过率（%）类型
筛孔（mm）
规格（按公称最大粒径分）
SMA—20
SMA—16
SMA—13
26.5
100
100
19
90～100
100
16
72～92
90～100
100
13.2
62～82
65～85
90～100
9.5
40～55
45～65
50～75
4.75
18～30
20～32
20～34
2.36
13～22
15～24
15～26
1.18
12～20
14～22
14～24
0.6
10～16
12～18
12～20
0.3
9～14
10～15
10～16
0.15
8～13
9～14
9～15
0.075
8～12
8～12
8～12
适用的层厚（mm）
50～80
40～50
35～40
2.配合比设计
SMA的配合比设计，应符合表4的技术要求。
SMA马歇尔试验配合比设计技术要求表4
试验项目
单位
技术要求
马歇尔试件击实次数
两面击实50次
空隙率VV
%
3～4
矿料间隙率VMA不小于
%
17.0
粗集料骨架间隙率VCAmix不大于
VCADRC
沥青饱和度VFA
%
75～85
最小油石比，合成集料毛体积相对密度2.9不小于
2.8不小于
2.7不小于
2.6不小于
%
%
%
%
5.5
5.7
5.9
6.1
5.6
5.8
6.0
6.2
稳定度
kN
5.5
6.0
流值
mm
2～5
-
3.SMA设计配合比检验，应符合表5各项指标的要求。
试验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052）的规定进行。
SMA配合比设计检验指标表5
检验项目
单位
技术要求
试验方法
谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失
%
不大于0.1
T0732
肯塔堡飞散试验的混合料损失（20）
%
不大于15
T0733
车辙试验动稳定度
次/mm
＞3000
T9719
水稳定性：
残留马歇尔稳定度
冻融劈裂试验残留强度比
%
%
80以上
80以上
T0709
T0729
渗水系数
mL/min
＜20
T0730
构造深度
mm
0.8～1.5
T0731
4.沥青结合料
（1）用于SMA的沥青结合料必须具有较高的粘度，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。
（2）用于SMA的SBS改性沥青的质量应符合表6的技术要求。
SBS改性沥青的剂量宜为3.5～5%。
SBS改性沥青技术要求表6
指标
SBS类（I类）
试验
方法
I—A
I—B
I—C
I—D
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）不小于
100
80
60
40
T0604
针入度指数PI不小于
－1.0
－0.6
－0.2
+0.2
T0604
延度（5℃，5cm/min），（cm）不小于
50
40
30
20
T0605
软化点TR&B（℃）不小于
50
55
60
65
T0606
运动粘度（135℃）（Pa.s）不大于
3
T0625
T0619
闪点（℃）不小于
230
T0611
溶解度（%）不小于
99
T0607
离析，软化点差（℃）不大于
2.5
T0661
弹性恢复（25℃）（%）不小于
65
70
75
80
T0662
粘韧性（N.m）不小于
－
T0624
韧性（N.m）不小于
－
T0624
RTFOT后残留物
T0610
T0609
质量变化（%）不大于
1.0
T0610
T0609
针入度比（25℃）（%）不大于
60
65
70
75
T0604
延度（5℃）（cm）不小于
30
25
20
15
T0605
5.粗集料
（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，其质量应符合表7的技术要求。
表面层用粗集料质量技术要求表7
指标
单位
技术要求
试验方法
石料压碎值不大于
%
25
T0316
洛杉矶磨耗损失不大于
%
28
T0317
视密度不小于
t/m3
2.6
T0304
吸水率不大于
%
2.0
T0304
与沥青的粘附性不小于
级
4
T0616
坚固性不大于
%
12
T0314
针片状颗粒含量不大于
%
15
T0312
水洗法0.075mm颗粒含量不大于
%
1
T0310
软石含量不大于
%
1
T0320
石料磨光值不小于
BPN
42
T0321
具有一定数量破碎面颗粒的含量不小于
具有一个破碎面的颗粒
具有2个或2个以上破碎面的颗粒
%
100
90
T0327
（2）用于SMA的粗集料在细破作业时不得采用鄂式破碎机加工。
（3）当采用酸性石料作粗集料，沥青与石料的粘附性和沥青混合料的水稳定性不符合要求时，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。
6.细集料
（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。
细集料的质量，应符合表8的技术要求。
天然砂中水洗法小于0.075mm颗粒含量不得大于5%。
SMA面层用细集料质量技术要求表8
指标
单位
技术要求
试验方法
视密度不小于
t/m3
2.50
T0329
坚固性不大于
%
12
T0340
砂当量不小于
%
55
T0334
塑性指数
%
无
T0118或0119（土工试验）
粗糙度
s
实测
T0345
（3）当采用砂作为细集料使用时，必须测定其粗糙度指标，以表示砂粒的棱角性和表面构造状况。
7.填料
（1）填料必须采用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，其质量应符合表9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。
SMA面层用填料质量技术要求表9
指标
单位
技术要求
试验方法
视密度不小于
t/m3
2.50
T0352
含水量不大于
%
1
烘干法
粒度范围＜0.6mm
＜0.15mm
＜0.075mm
%
100
90～100
75～100
T0351
外观
%
无团粒，不结块
亲水细数不大于
1
T0353
塑性指数不大于
%
4
T0118或0119（土工试验）
（2）SMA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。
8.纤维稳定剂
（1）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，应符合表10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。
木质素纤维质量技术要求表10
试验项目
指标
试验方法
纤维长度
＜6mm
水溶液用显微镜观测
灰分含量
18%±5%,无挥发物
高温590℃～650℃燃烧后，测定残留物
PH值
7.5±1.0
水溶液用PH试纸或PH计测定
吸油率
不小于纤维质量的5倍
用煤油浸泡后，放在筛上，经振敲后称量
含水率
＜5%（以质量计）
105℃烘箱烘2h后，冷却称量
（2）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。
（3）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的分散开。
（4）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、结块，已经受潮、结块不能在拌和时充分分散的纤维，不得使用。
（4）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0.3%，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%。
七、施工组织
铺筑SBS改性沥青SMA沥青混合料的劳动组合及人员组成见表11。
劳动组合及人员组成表11
人员组成
人数
备注
拌和场管理人员
1
拌和楼操作人员
2
辅助人员6～8人
装载机操作手
2～3
自卸车司机
15～20
水车、洒油车
3
摊铺机操作手（2台）
4
压路机操作手（5台）
5～8
辅助人员2～3人
现场施工及质量控制人员
2～3
现场施工工人
6～8
八、施工工艺
1.拌和厂场地及进场道路建设
（1）沥青混合料拌和厂及堆料场地均要进行“硬化”。
可用10～15cm二灰碎石作基层，上面铺10～12cm水泥混凝土面板。
防止集料受污染；
（2）拌和厂及堆料场地应有一定的坡度，周围应有排水设施，及时排除场地雨水。
（3）有条件时，应搭建防雨棚，其面积应能存放2～3天用料量，特别是细集料应防止雨淋，无条件时，应将细集料进行覆盖；
（4）拌和厂的进场、出场、便道也应“硬化”，可采用与拌和厂同样结构，但应经常进行维护，保持道路洁净，防止集料受污染。
2.SMA混合料配合比设计
沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计可分为三个阶段，即目标配合比设计阶段，生产配合比设计阶段及试拌试验验证阶段。
（1）目标配合比设计
①目标配合比设计的基本程序
通常SMA混合料目标配合比按图二的程序进行，在进行粗集料骨架设计时，初选的标准中值4.75mm通过率的比例，可根据集料情况作适当调整，但不应小于25%。
不合格
合格
不合格不合格
合格
不合格
合格
图二目标配合比设计程序图
②初选级配
a.沥青玛蹄脂碎石混合料为间断级配，在矿料级配中主要控制4.75mm及9.5mm以上粗集料用量和0.075mm以下矿粉用量。
b.按照SMA混合料的标准级配，以4.75mm筛孔的通过率变化点上下各3%。
初选3个配合比，使4.75mm的通过率大体上为：
22%、25%、28%三个级配，并均固定矿粉数量，使0.075mm通过率为10%左右，固定矿粉用量。
c.根据三个级配矿料的筛分结果，经过配合比设计计算确定3组冷料比例,绘制级配曲线。
d.按3个级配分别测定矿料的毛体积相对密度（Psb）4.75mm以上粗集料的的毛体积相对密度（Pca）及松装相对密度（Ps），并计算4.75mm以上粗集料的松装间隙率（VCADRC）。
③选择初始油石比测定VMA、VCAmix
a.初选油石比根据矿料级配的平均毛体积相对密度，按照SMA技术指标表中最小油石比的规定，每个级配均选择相同的三个初选油石比（按±0.3%选取），并在相同的条件下成型三组试件，即沥青加热温度为160～165℃，矿料加热温度190～200℃，用小型沥青混合料拌和机充分拌和均匀，拌和温度为175～185℃（注：
拌和时，先将粗集料与纤维稳定素干拌30S后，加入沥青和矿粉充分拌和均匀。
总拌和时间为180S），用马歇尔电动击实仪成型试件，击实温度控制在160～165℃，每组制备6个试件，每个级配成型18个试件。
b.测定SMA混合料试件密度。
因为该集料的空隙率较大，一般情况下，采用表干法。
根据SMA混合料配合比及沥青用量分别计算理论密度，空隙率（VV）、矿料间隙率（VMA）及VCAmix、沥青体积百分率、饱和度（VFA）等各项体积指标。
c.标准击实的试件静放24小时后，将试件置于60±1℃的恒温水浴中，保温30分钟后测定其稳定度和流值。
d.计算理论密度时，不考虑木质纤维的影响，VCAmix能满足小于相对应的VCADRC的要求。
④确定最佳油石比
由于空隙率指标是SMA配合比设计中最重要的体积指标，在设计中通常以空隙率来确定最佳油石比，根据《指南》规定选择空隙率。
a.通过马歇尔试验测定各项技术指标
b.初选最佳油石比
根据结果,要求VMA大于17%,VCAmix初步选定最佳油石比OAC为，目标空隙率。
c.检验最佳油石比的合理性和可靠性
对确定的矿料级配比例和最佳油石比，制作试件并进行下列各项检测。
（a）采用烧杯法进行沥青析漏试验。
沥青混合料的测定温度为185℃，检测其析漏损失，绘制析漏损失与油石比的关系图，确定最大油石比。
（b）用洛杉矶磨耗机进行肯塔堡飞散试验，将4个试件在20℃±5℃的恒温水槽中养生20h，取出后逐个放入洛杉机试验机中，试验机的转速为30-33r/min，转300转，测定每个试件的飞散损失，绘制飞散损失与油石比的关系图,确定最小油石比。
（c）检验试件的水稳定性。
测定试件密度、VV、VMA、VCAmix、VFA稳定度和浸水48小时后残留稳定度，以检验SMA混合料受水损坏时抵抗剥落后能力。
（d）进行车辙试验，检验高温稳定性
在60℃、0.7Mpa荷载作用下进行车辙试验，测定其动稳定度是否符合规定，从而检验其抗车辙能力。
（e）测定构造深度及渗水情况
用碾压法制件，对试件进行表面构造深度和渗水试验,达到基本不渗水要求。
根据以上结果，经综合分析确定目标配合比及最佳油石比。
（2）生产配合比设计
生产配合比是在目标配合比各项技术指标均满足设计或规范要求的前提下进行的，其步骤是首先进行流量试验，即在拌和机上，调整各种集料的进料量，使其符合目标配合比确定的冷料比例；第二，加入目标配合比中确定的矿粉比例，通过拌机烘干及二次筛分后，确定热料仓比例；第三，经过多次调整进料比例，最终达到供料均衡；第四，计算矿料合成级配绘制级配曲线图；第五，制件进行规范要求的各项试验。
①确定冷料进料比例
按目标配合比确定的冷料比例、拌和厂进行了冷料的流量试验，以确定冷料比例，另加矿粉。
②通过二次筛分确定热料仓比例
矿料通过间歇式拌和机二次筛分后，进入四个热料仓，分别提取热料仓样品进行室内筛分试验，并确定各热料仓的矿料比例最终达到供料均衡，热料仓加入矿粉满足混合料级配范围。
③计算其矿料级配组成并绘制曲线图。
④根据热料仓筛分结果，测定各种矿料的毛体积相对密度,4.75以上粗集料的松方相对密度Ps,矿料合成毛体积相对密度Psb,4.75mm以上粗集料合成毛体积相对密度Pca。
⑤计算粗集料的松装间隙率VCADRC。
⑥检验混合料各项指标
以最佳油石比±0.3%分别拌制两盘热料，共六盘料，取样做抽提试验和马歇尔稳定度试验，经综合分析确定最佳油石比。
（3）生产配合比验证
用生产配合比和最佳沥青用量进行试拌，并取拌混合料制件，沥青混合料各项技术指标经试验合格后，再铺筑试验段（不小于200米）。
对沥青混合料试样和路面钻取的芯样进行马歇尔试验及沥青含量和筛分试验，并作适当调整后作为施工用的标准配合比，供拌和楼操作用，以此作为生产控制依据。
（4）做好技术总结
通过铺筑试验路段，验证生产配合比，检验施工方案，施工工艺及操作规程的适用性。
确定合理的施工机械、机械数量及组合方式和操作工艺；确定摊铺温度、摊铺机的速度及自动调平方式；压路机的机械组合、压实顺序、碾压温度、速度及碾压遍数等压实工艺及技术参数；确定松铺系数、接缝方式等施工方法，为SMA路面施工提供技术依据。
3.粘层施工
（1）清除路面脏物、尘土,当路面有污染时，应用水冲洗干净；
（2）粘层沥青应均匀洒布，当洒布过量应予刮除或用轮胎压路机来回行走将多于油带到未洒处；
（3）当气温低于10℃或路面潮湿时，不应浇洒粘层沥青；
（4）浇洒粘层沥青后，应封闭交通，待其破乳，并基本干燥后方能进行沥青混合料铺筑。
4.SMA混合料的拌制
（1）SMA混合料采用间歇式沥青拌和拌制，产量不低于200-240吨/小时，配有200～300t热料储存仓，并有电热保温装置。
（2）拌和厂配备发电机组，若遇停电，可全部采用自发电，基本能保证均衡生产不受影响。
（3）散装沥青储油设施同沥青拌和楼的沥青贮罐连通，沥青升温采用导热油加热。
（4）木质纤维素稳定剂，可采用人工投入法，即按每盘沥青混合料重量的0.3%先将其装入小袋备用，并运至拌和锅上面平台上，拌料过程中在热料仓的集料进入拌锅后，立即从备用孔将纤维素加入混合料拌锅中。
干拌时间为12秒，喷入沥青后的湿拌时间为40秒，总拌和时间为52秒，拌和的混合料要均匀、色泽一致、无结团成块。
（5）沥青混合料出厂由专人检查，如发现温度超过195℃、拌和不匀、离析、花白料等不准出厂，予以报废。
（6）拌和楼在项目部试验室的严格控制下进行生产，每天取二次试样。
5.SMA混合料的运输
（1）采用18t以上自卸车运输，因沥青玛蹄脂的粘性较大，运料车的车厢底部及四壁应涂防粘物，防止混合料粘结箱壁。
（2）运料车装料时，料车前后移动，沥青混合料分三次卸下，防止混合料离析。
（3）为防止运输过程中温度降低过快，在每一辆运输车上都配有保温盖布和棉被。
为了做到均匀、连续不间断的摊铺，在摊铺机前至少有3辆以上的运料车等候卸料。
卸料时在距摊铺机前20-30cm处空档停车，不得碰撞摊铺机。
铺筑中由摊铺机顶推车辆同步前进。
（4）运料车到达施工现场后，交验出厂料单，然后测温收料，合格后由专人指挥卸料。
6.SMA混合料摊铺
（1）在铺筑前首先应对中面层进行检
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