SMA沥青路面的应用与施工质量的控制.docx
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SMA沥青路面的应用与施工质量的控制
SMA沥青路面的应用与施工质量的控制
摘要：
SMA沥青混合料因其具有良好的性能，如高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等，90年代末期开始在我国的高等级公路沥青路面中应用。
本文主要论述SMA沥青混合料相比于普通混凝土在高温抗车辙、低温抗裂、水稳定性等路用性能上的明显优势，以及其施工质量影响因素及控制，经济效益等。
关键词：
SMA，性能，施工，效益
1.绪论
改革开放以来的30年是我国公路发展速度最快、规模最大、最具活力的时期。
高速路从无到有，公路覆盖面积有了很大提高。
特别是自1998年以来，党中央和国务院把加快包括公路在内的基础设施建设作为扩大内需的重点，国家每年都投入大量资金进行公路建设，高等级公路得到了迅速发展。
公路路面按力学特征可分为刚性路面（如水泥混凝土路面）和柔性路面（沥青路面）普通的沥青路面与混凝土路面相比，混凝土路面的强度、稳定性、耐久性、成本都优于沥青路面。
但是水泥混凝土路面有个致命的缺点就是行车的噪音太大，在城市中很容易扰民。
成都的三环路从建成通车以来车流量就一直很大，虽然路修好了给大家出行带来了方便，周围的居民有一个最大的不满就是噪音太大了，出现了严重的扰民情况。
据当地交管部门透露将在今年对三环进行全面改造，对部分损坏的路基进行修补，为了减少噪音还将在路面铺设沥青。
当周围的居民听到这个消息后，都松了口气的说：
“这下，终于能睡个安稳觉了。
”可见混凝土路面的这一缺点对人们的影响是多大。
还有就是水泥混凝土路面的修复难度大，养护时间长。
成渝高速公路是成都的第一条高速公路。
公路途径四川盆地腹心地带，连接成都、内江、重庆三大工业城市，途径14哥县（市）区，为成都与外界交流起到了举足轻重的作用。
由于这条路车流量比较大，导致路面破坏相当严重，常年都在进行维修。
混凝土路面维修比起沥青路面要慢很多，维修占道的时间也比较长，因此在成渝高速出现堵车情况是屡见不鲜了。
这都是混凝土路面维修时间长导致的。
从现在的社会形式来看拥有车的人数越来越多，对公路的要求也就越来越高了，而混凝土路面的这几个缺点却是人们最不能忍受的；反观沥青路面就可以弥补这个几个缺点，施工快、养护快捷捷。
但是普通的沥青路面也有很多的不足：
它的造价成本几乎要比混凝土路面高一倍；而且耐水性差；温度稳定性差，冬季低温条件下易脆裂，夏季高温条件下易软化；容易形成车辙。
这些缺点阻碍了沥青路面的全面推广和使用。
随着科技的不断进步，公路建设也得到了迅速发展，新技术、新材料也层出不穷。
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是近代国际上出现的一种非常引人注目的新型混合料，是一种密实式嵌挤型断级配沥青混凝土，以其良好的高温稳定性、抗滑性、低噪音、耐久性等优点在公路建设中被越来越广泛地应用。
尤其是在重交通道路、机场等方面。
随着对这种新型材料的多年研究实验，已经取得了一些成果，在很多工程中也得到应用，并取得良好的效果。
同时我国也已经制定了公路沥青马蹄脂碎石路面技术指南，并在《公路沥青路面施工规范》及《公路沥青路面设计规范》中纳入了SMA技术，因此SMA技术已不再是很生疏的技术了。
但值得一提的是SMA路面在我国才刚刚开始，有许多问题还需要研究，或通过实践调整。
即便是我国制定的《公路沥青马蹄脂碎石路面技术指南》在矿料级配、沥青用量、设计指南等多方面也是主要参考国外的相关规范编写的。
由于我国的气候和交通条件与欧美不同，再加上SMA的生产施工技术不够成熟，其施工质量就将很难保证，所以仍需要广大学者、工作人员不懈地努力探索研究。
2.SMA概述
2.1 SMA的组成结构特点
SMA是一种由沥青纤维稳定剂矿粉和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。
其最显著的特征是：
相对于普通沥青混凝土中大石料呈悬浮状的结构来说，SMA中粗集料相互嵌挤，形成受力骨架；而沥青矿粉纤维及部分细集料形成的玛蹄脂则用来填充骨架之间的空隙并在石料表面形成较厚的油膜包裹层，整个结构抗压密实耐久。
SMA的组成有以下特点：
2.1.1粗集料、矿粉的用量多，细集料用量少。
SMA是一种间断级配的沥青混合料，粗集料颗粒（4．75mm或者2．36mm）的比例，占到一半以上，矿粉的用量达10%—12%，一般0．075mm的通过率高达10%。
由此形成的间断级配，很少使用细集料。
2.1.2沥青结合料用量多。
我国的沥青用量达5.5%—7.5%，使用改性沥青的用量要稍高些。
沥青的粘性要求高，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，以提高低温变形性能及与矿料的粘结力。
2.1.3掺加纤维。
由于SMA的沥青用量较高，通常需要掺加稳定剂或特殊的掺加剂以防止沥青滴漏，吸附多余沥青。
一般用矿物纤维或者木质纤维，但今年来讲究环保，所以尽量采用木质纤维。
因此，SMA的特点可以归纳为“三多一少”：
粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少，掺加纤维，SMA对于原材料的要求高，组成结构经济型良好，施工技术要求高。
2.2.1高温抗车辙性
在高温条件下，沥青砂浆的粘度变小，承受变形的能力急剧降低，很容易产生永久变形，造成车辙、推拥等。
而SMA的组成中，粗集料骨架占到70%以上，混合料中粗集料相互之间的接触面很多，细集料很少，马蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的空隙，交通荷载主要由粗集料骨架承接，由于粗集料之间良好的嵌挤作用，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，马蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的也会很小，因而有较强的高温抗车辙能力，而这一点极其重要的，即充分利用了集料嵌挤作用提高了高温抗车辙能力。
2.2.2低温抗裂性
在低温条件下，抗裂性能主要是由结合料的拉伸性能决定，由于SMA的集料之间填充了相当数量的沥青马蹄脂，它包在粗集料表面，随着温度的下降，混合料的收缩变形使集料被拉开时，玛蹄脂有良好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有良好的抵抗低温变形的能力，如果在同时使用提高沥青性能的措施，则混合料的低温抗裂能力可大幅度提高。
2.2.3水稳定性
提高沥青混合料水稳定性的主要措施是防止水的侵蚀，提高沥青和集料的粘附性。
SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，混合料与集料的粘结力好，混合料的水稳定性有较大的改善。
2.2.4雨天防水和低噪音性能
沥青路面的表面功能也特别重要，除了集料自身性质外，表面构造是关键因素。
SMA一方面要求采用坚硬的、粗糙的、耐磨的优质石料，另一方面矿料采用间断级配，粗熊料含量高，路面压实后表面形成大的空隙，构造深度大，一般超过1mm，必然使抗滑性能提高，同时，交通行车不会产生大的水雾和溅水，路面噪音可降低3dB—5dB，从而可以全面提高路面的表面功能。
2.2.5耐久性
延长路面寿命需要沥青混合料有良好的耐久性。
SMA的混合料内部被沥青马蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率小,沥青与空气的接触少，因而沥青混合料的抗老化能力好，实践证明，这种混合料的耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土，因此有良好的耐久性，另外SMA基本上是不透水的，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。
3.SMA沥青路面施工质量的控制
3.1原材料的控制
3.1.1粗集料
SMA混合料是依靠粗集料的石、石接触和紧密嵌接而形成骨架结构，为防止碎石颗粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗集料的质量有严格的要求，也可说粗集料是SMA质量控制的关键，一般要求使用高质量的轧制粗集料，其岩石应坚韧，具有较高的强度和刚度，而不能使用质地较软的石灰石,在有条件的地方最好采用玄武岩、辉绿岩等硬质的碱性石料。
粗集料要洁净、干燥、表面粗糙。
3.1.2细集料
在SMA混合料中细集料（指小于4．75mm颗粒）的质量仅为10％—20％，但同样要求石质坚硬、富有棱角，并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性低，粘土含量不超过1％。
细集料宜用机制砂，也称人工砂。
天然砂由于颗粒接近于圆形，磨阻力小，故不宜多用。
细集料除洁净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，还应与沥青有良好的粘结能力。
3.1.3矿粉
矿粉在SMA混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂，从而影响SMA的性能。
按照我国目前沥青路面施工技术规范生产石灰石矿粉可用于SMA混合料。
沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。
矿粉要求干燥、洁净。
3.1.4沥青材料
SMA所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性，一般应采用重交通道路沥青，其指标符合规范要求。
我国采用的标号应根据道路所在地区气候来确定，但一般宜采用较好的沥青，如南方地区可采用50号沥青，长江、黄河流域采用70号沥青，东北地区采用90号沥青。
因为SBS改性沥青性能优越，而且它的适应性强，能有效地改善热稳定性和低温抗裂性。
国产沥青有镇海，泰州或者江阴，进口有壳牌，埃索等，一般使用AH-70#,A级，而且采用SBS改性，改性剂使用岳阳巴陵牌SBSYH-791。
3.1.5纤维
为了防止沥青滴漏，绝大部分SMA中都使用纤维，虽然也有的SMA项目使用改性剂来增加沥青粘度以防止滴漏。
现在大多数情况是，既使用改性沥青，也同时使用纤维材料。
通常采用木质素纤维，絮状木质素纤维为最佳，用量为沥青混合料的0．3％。
纤维采用专用的纤维添加设备自动添加到沥青拌和楼中去。
木质素纤维必须在室内架空堆放，严格防潮，保持干燥。
对木质素纤维添加设备进行计量标定，木质素纤维添加设备不得受潮。
3.2集料级配
筛孔尺寸
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
层厚
通过筛孔百分率
100
99.5
62.1
30.6
25.2
19.4
11.1
8.1
6.7
5.0
35-40mm
我国的SMA路面矿粉的用量大多控制在8%—12%范围内，沥青用量为5.5%—7.5%。
高沥青用量是SMA混合料组成设计的特点。
SMA中纤维掺量以纤维占混合料级配质量之比表示。
目前实际应用中，木质素纤维等有机纤维的掺量一般为0.3%—0.4%，玻璃纤维等无机纤维掺量一般为0.4%—0.6%。
纤维掺量过少会使混合料中沥青增多，易发生滴漏，形成油斑。
矿料级配以SMA—13为例见表1。
表1：
SMA—13集料合成级配
3.3 施工温度控制
对于SMA改性沥青路面施工温度．一般情况下，可在普通沥青混合料施工温度的基础上提高10℃～20℃。
，施工温度宜充分考虑沥青标号、改性剂的品种及剂量、粘度、气候条件及铺装层厚度。
通常，SMA施工的各种环节的温度都比普通的混合料要高20℃以上。
SMA混合料路而不得在气温低于10℃的寒冷气候条件下施工。
SMA的施工温度如表2所示。
表2：
SMA的施工温度
工 序
温度要求
测量部位
改性沥青现场制作温度
165—170℃
改性沥青车
改性沥青加热温度
170—175℃
沥青加热罐
改性沥青加工最高温度
175℃
改性沥青车
集料加热温度
190—200℃
热料提升斗
SMA出厂温度
175—185℃
运料车
混合料最高温度
不高于195℃
运料车
混合料贮存温度
降低不超过10℃
驻料罐及运料车
摊铺温度
不低于160℃
摊铺机
开始碾压温度
不低于150℃
摊铺层内部
开放交通是的路表温度
不高于50℃
路表
另外，拌和好的混合料贮存时间不得超过24h，在运输过程中都必须加盖篷布，防止混合料表面结硬。
混合料的摊铺、碾压要一气呵成，在尽可能高的温度下进行，所有施工工序必须在混合料温度下降至100℃以前全部结束。
在低温气候条件下施工改性沥青混合料，混合料温度的下降将是非常重要的问题。
对大多数聚合物改性剂来说，随着温度的下降，聚合物开始固化，混合料失去施工和易性，使充分碾压成为不可能，改性沥青路面将不能成功。
3.4 拌和、运输和摊铺
3.4.1 SMA的拌和
3.4.1.1生产SMA应采用间隙式沥青拌和机拌和，且必须配备有材料配比和施工温度的自动检测和记录设备，逐盘打印作为施工质量检测的依据。
3.4.1.2拌和机必须配备有纤维稳定剂投料装置，能在拌和过程中充分分散，且与沥青混合料拌和均匀。
对于SMA混合料中纤维的投放，可以人工也可以机械进行，不过人工投入时无法保证一定是按时按量均匀的投放，所以多采用机械进行投入。
3.4.1.3喷入沥青后的湿拌时间应增加5s，保证纤维能充分均匀地分散在混合料中，并与沥青结合料充分拌和，以保证不影响摊铺速度，造成停顿。
3.4.1.4各种材料都必须堆放在硬质地面上，在多雨潮湿地区，细集料（含石屑）宜堆放在有棚盖的干燥条件下，当细集料潮湿使冷料仓供料困难时，应采取措施。
3.4.1.5 SMA混合料拌和以后，不能像普通混合料那样储存太长时间，因为储存时间太长将使混合料表面结成一个硬壳，而且SMA的沥青用量要比普通沥青混合料的沥青用量多，时间长了，会发生沥青的析漏，造成沥青的不均匀。
3.4.2 SMA的运输
3.4.2.1SMA宜采用大吨位运料车运输。
运料车在开始运输前，应在车厢及底板上涂刷一层油水混合物，使改性沥青和SMA不致与车厢粘结。
但车厢底部不能留有余液。
3.4.2.2运料车运输过程中必须加盖毡布，以防运料车表面混合料降温结成硬壳。
3.4.2.3运料车在运输途中，不得随意停歇。
3.4.2.4运料车卸料必须倒净，如发现有剩余，必须及时清除，防止坚硬。
3.4.2.5运料车到达现场后，应严格检查SMA混合料温度，不得低于摊铺温度的要求。
3.4.3 SMA的摊铺
3.4.3.1在铺筑SMA之前应对下层表面作以下处理：
用硬扫帚或电动工具清扫路面。
有泥土等不洁物时，必须一边清扫一边用高压水冲洗干净。
3.4.3.2SMA可用普通的沥青混合料摊铺机按正常方法摊铺。
改性沥青SMA混合料宜使用履带式摊铺机采用较小的摊铺宽度铺筑。
3.4.3.3摊铺机开始铺筑前必须使熨平板预热至100℃以上，铺筑过程中必须开动熨平板的振动或锤击等夯实装置。
3.4.3.4SMA混合料的摊铺速度应调正到与供料速度平衡，必须缓慢、均匀、连续不问断地摊铺。
摊铺过程不得随意变换速度或中途停顿。
如等料时间过长，混合料温度降低，表面结硬成硬壳，影响继续摊铺时，必须将硬壳去除。
3.4.3.5改性沥青SMA混合料的摊铺温度应比普通沥青混合料的摊铺温度高10℃—20℃，混合料温度在卸料到摊铺机上时测量，当路表温度低于15℃时，不宜摊铺改性沥青SMA混合料。
3.4.4 SMA的碾压成型
对SMA混合料的路面施工，碾压是了重要的一环，保证及时碾压非常关键。
SMA由于粗集料嵌挤良好，可以使用较重的压路机在很高的温度下碾压。
采用振动压路机碾压，要考虑到碎石抗压碎的能力，以及沥青结合料的情况和油石比的大小。
密切注意粗集料的压碎、棱角、嵌挤、泛油等等。
“高频率、低振幅”碾压非常重要，同时遍数不要太多。
碾压时严格按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。
与普通沥青混合料碾压时的最大区别是SMA路面必须使用钢轮碾压，不能使用轮胎压路机，一是因为改性沥青粘度非常大，容易粘轮；二是轮胎搓揉使玛蹄脂上浮，造成泛油，过度碾压会产生类似“弹簧”的现象，而使SMA混合料无法稳定。
在保证粗集料不被压碎的情况下，选用较重的钢轮压路机，在较高的温度下紧跟在摊铺机后碾压，压实效果最佳。
在试验路的压实施工中发现，只要注意控制碾压温度，SMA混合料更宜达到压实度要求。
碾压时应特别注意以下几点：
3.4.4.1防止过度碾压
碾压SMA必须密切注意压实度的变化，混合料达到一定的压实度，继续碾压会使玛蹄脂挤压到表面，降低构造深度，所以只能通过严格控制碾压遍数的方法控制压实度。
当发现构造深度减小，玛蹄脂有上浮迹象时，碾压即应停止。
3.4.4.2防止粘轮
每天施工前对压路机的洒水装置进行严格检查，选用纯净的清水，避免管道堵塞，否则，因改性沥青的粘度非常大，混合料会大面积沾起，严重影响平整度。
3.4.4.3及时检查平整度
碾压达到规定的遍数以后，紧跟着进行平整度检测，发现局部平整度较差的点，立即进行适当的碾压处理。
3.4.4.4高频、低幅碾压
高频和低幅的碾压对提高SMA的压实度，防止石料损伤，保持石料有良好的棱角性和嵌挤作用很重要。
大振幅碾压很容易造成碾压过度，使石料压碎，或者玛蹄脂上浮。
3.2.5接缝处理
改性沥青及SMA路面的接缝处理要比普通混合料困难一些。
如果到第二天处理接缝，将会发现改性沥青SMA混合料非常坚硬，就连用切割机切缝都很困难。
所以无论如何要想办法防止出现冷接缝。
改性沥青和SMA结构层大都是做在表面层的，横向接缝做得好与不好，对平整度影响很大。
为了提高平整度，一般采用切割成垂直平面的方法，不过改性沥青混合料的切割比较困难，要在改性沥青SMA面层每天施工完工后，稍稍停一停，在其尚未冷却之前，就切割好，并利用水将接缝冲刷处冲洗干净，第二天，涂刷粘层油，即可接下去铺新混合料。
接缝跳车仍然是一些施工单位的施工薄弱环节，因此在所有的接缝施工过程中，都必须利用3m直尺对平整度进行检查，防止接头不好影响全路的平整度。
3.3施工质量检测
对SMA路面的质量检测，原则上可以按照普通的热拌热铺沥青混合料路面的质量要求和检测频度进行检测。
除了外形尺寸外，施工现场检测内容包括压实度、厚度、平整度、弯沉等等。
重点是压实度、透水性。
SMA沥青面层施工时，只要温度保证，压实度一般容易达到，为减少表面层的破损，应尽量减少钻孔取芯，采用采用了核子密度仪进行检测。
3.3.1压实度检测
施工中采用核子密度仪对现场压实度直接进行检测，所得压实度差异较大，测得数据比实际压实度要低很多，读数偏低且变异性较大的主要原因可能是表面构造深度较大造成的。
采用如下的方法进行检测，测得的数据比较稳定，与钻空取芯所测数据比较接近。
具体操作时用标准砂将被测表面的空隙填满并刮平，且所有高点必须外露，再用钢钎在被测处打一个比SMA路面厚度稍深的孔，然后将金属杆放入孔内至SMA路面深度，放平仪器后开始测量。
3.3.2路面渗水系数
按照SMA路面的基本要求应该是基本不透水，以确保良好的耐久性，对下面的沥青层、基层也有较强的保护作用。
关于基本上不透水应该掌握到什么程度，目前还没有统一的定论，本试验路就这个问题进行了初步的探讨：
按照沥青路面渗水试验规程的描述，使用路面水分渗透仪，若试验时仪器中水面下降到一定程度后基本保持不动，称路面基本不透水或根本不透水。
3.3.3路面承载能力
路面结构承载能力，是指路面在达到预定的损坏状况之前承受的行车荷载作用次数，或者使用的年数。
承载力低的路面结构，其损坏的发展速度迅速；承载能力接近于临界状态时，路面的损坏达到严重状态，此时必须采取改建措施以恢复或提高其承载能力。
路面弯沉是指路表面在荷载作用下的弯沉量，是反映路面承载能力的主要参数。
现场弯沉仪测得弯沉量必须到到设计要求。
4.SMA经济效益
SMA混合料与普通沥青混合料相比，提高了路用性能，但沥青用量、矿粉用量都要增加，同时还要加入纤维素，再加上拌和时间的延长而降低拌和站的生产效率，因而修建SMA结构路面的一次性投资费用会相应增加。
但是SMA路面很少出现明显车辙、拥包、泛油、开裂、沥青面层的剥落、松散和唧泥等病害，说明采用SMA路面较普通沥青路面抗永久变形能力）强；路面平整度良好；SMA表面构造深度大，抗滑性能较好，雨天行车安全；沥青玛蹄脂的粘结和加筋作用及柔韧性使混合料有较好的低温抗裂性，因此SMA老化较慢，早期裂缝较少，可以有效防止早期破坏，减少维修养护，总的费用不仅不会多花，反而会有很大的节省延长使用寿命方面得以回报。
由于SMA路面由于抗车辙能力强，构造深度大，使刹车距离缩短，从而减少因刹车距离大和摩擦力小而造成的交通事故，在这些方面带来的社会经济效益不宜定量分析，但它良好的社会效益是值得肯定的。
因此，通过对路面使用的角度看，虽然前期施工投资有所增加，但是使用寿命长，后期养护成本较低，具有很好的长期经济效益和社会效益。
5.结束语
本文通过对SMA的结构特点和路用性能及在高等级公路上的应用前景的研究，探讨SAM路面的施工工艺特点和技术要点，可以得出以下结论：
5.1本文研究了当前普通沥青混合料路面的病害，并分析了其成因，指出路面混合料的高温稳定性和低温抗裂性不足引会起永久变形和裂缝，通过比较发现SMA具有良好的抵抗高温变形和低温开裂的性能等路用性能。
5.2指出SMA路面施工关键在于温度控制，包括SMA混合料最佳出料温度、摊铺温度、碾压温度等。
分析得出SMA路面的初压通常情况下宜采用刚性碾静压，而不宜采用轮胎压路机碾压；振动压路机碾压SMA应遵循的基本原则是“紧跟、慢压、高频、低幅”。
5.3通过路面抗滑性能、平整度、路面结构强度等路面使用后品质指标跟踪调查，
进一步证明了SMA路面在高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性以及抗滑性能等路用性能方面优于普通沥青混合料路面，具有很好的应用前景。
5.4从减少养护费用的角度出发，对SMA路面的长期经济效益进行分析，结果表明虽然SMA路面前期施工投资有所增加，但是路面使用寿命长，后期养护成本较低，且行车安全性提高，因而具有很好的长期社会经济效益。
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