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1、SMA的理论探讨及实际应用一、 概述：SMA即沥青玛蹄碎石混合料（Stone Matrix Asphalt)，是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料及大量的矿粉（填料）组成的沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架的间隙而组成的沥青混合料。与传统的沥青混凝土混合料(AC)相比，SMA无论在功能上、经济上(长期效益)和技术上都更加优越，因其优良的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐久性和优良的路用性能被各国纷纷采用及研究。并首先在欧洲得到推广，后经美国研究、改进后，现已在世界范围内推广应用。我国于1993年在首都机场路中首次引进SMA路面，SMA由粗集料构成的坚固的骨架结构给出优异的抵抗永久变形的能力
2、，而填充粗集料结构空隙的丰富沥青玛蹄脂赋予SMA高度的耐久性，其粗糙的表面构造则使路面具有优良的抗滑性能和较低的交通噪声。二、SMA的工作原理SMA路面结构主要原理是通过增加混合料中粗骨料含量（和集料类型相同的密级配混合料相比，粗集料含量较多，占70%以上）形成粗骨料级配密实体，使粗骨料在结构中直接接触，相互嵌挤形成骨架体系，利用大骨料相互嵌挤支撑力和摩阻力来承受车轮压力，更有效地抵抗材料的变形和防止车辙的产生。SMA路面结构由于填料（矿料）比较多，其比表面积较大，因此，其沥青用量要比同型号Ac结构要大得多。因为，SMA路面结构通过增加沥青用量来提高沥青混凝土沥青膜厚度的办法来增加集料之间的粘
3、结性，有效的防止沥青老化，同时，为防止因增加沥青用量而导致的沥青从混合料中溢出，SMA在沥青中加入一定量的矿物或植物纤维，通过纤维在沥青集料周围形成网格，起到加筋作用，从而提高了结合强度，有效的避免离析现象的出现。表-1 美国乔治亚州85号洲际公路上SMA与传统密级配路面抗车辙比较表三、SMA的路用性沥青玛蹄脂碎石（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马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架空隙组成一体的沥青混合料。它与我国现行规定的沥青砼和沥青混合料，如密级配沥青混凝土（AC）、沥青碎石（AM）、抗滑表层混合料（AK），以及国外的一种大空隙排水性混合料（OGFC）相比，各自具
4、有不同的优点和缺点，如表不同沥青混合料结构类型的比较（Dmax=16mm）特点和性能AC16-I型AC16-II型AK-16AAM-16OGFCSMA-16结构类型悬浮密实结构悬浮半空隙结构悬浮或嵌挤半空隙结构嵌挤空隙结构嵌挤空隙结构嵌挤密实结构空隙率（%）3648（10）38101534(4.5)沥青用量中等较少中等较少较少较多4.75mm通过率4263305030501842305020300.075mm通过率4825490525812抗车辙变形差差较好好很好很好疲劳耐久性好较好好很差差很好抗裂性能好较好好很差差很好水稳定性好较差较差很差很差很好渗水情况小较大较大很大很大很小抗老化性能很好
5、较好较好很差很差很好抗磨耗很好较好较好很差很差很好抗滑性能差较差较好-很好好路面噪音、反光、溅水、水雾差较差较好-很好好施工难易程度易易较大（敏感性强、易离析）简单难难（温度高、敏感性强）成本中较低较高很低较高高通过表中沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性、抗疲劳性能、耐久度、表面服务功能等，可以看出各种性能之间往往是相互制约的。尤其是高温抗车辙性能及低温抗裂性能之间，抗滑性能与耐久性之间，始终是矛盾的。普通密级配沥青混凝土的孔隙率很小，耐久性、水稳性、抗老化性能好。但其组成中细集料以下部分占到将近一半，粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆中，故而交通荷载主要是由沥青砂浆承受，在高温条件下
6、，沥青砂浆的粘度变小，承受变形的能力急剧降低，容易产生永久性变形，造成车辙、推拥，且表面构造深度小，抗滑等表面性能较差。而沥青碎石混合料（AM），虽然石料嵌挤甚好，有较好的抗车辙能力，但使用沥青和矿粉太少，孔隙率太大，渗水严重，沥青与集料的粘结性不足，水分对混合料的侵蚀很容易造成破坏，低温抗裂性也不好，耐久性很差，所以在我国现行规范中已经不容许在高速公路中应用。AK型抗滑表面结构，注重抗滑性能，尤其是提高表面的构造深度，致使混合料的孔隙率偏大，并伴随着离析，有较严重的渗水或局部渗水，结构的耐久性不足是其难以克服的缺点，往往容易造成路面的早期损坏。SMA则充分考虑了现在普遍使用的AC、AM、AK
7、等等级配的缺点，又力求利用他们的优点，以期达到完美的组合。因此，SMA具有AC的孔隙率小，水稳定性好及耐久性好，AM的集料嵌挤性作用好，高温抗车辙能力强，AK的抗滑性能好等特点，同时又克服了Ac的高温稳定性不足，AM及AK的不耐抗裂、抗老化、抗水损坏性能差的缺点，因而是一种比较理想的结构。31 高温稳定性沥青路面的强度与刚度随温度升高而显著下降，在高温季节和行车荷载的反复作用下为了保证沥青路面不致产生诸如波浪、推移、车撤、泛油、粘轮等病害，沥青路面应具有良好的高温稳定性。而SMA结构是一种嵌挤密实结构，其强度来源主要是依靠占其构成70%以上的粗骨料之间良好的嵌挤作用，使其具有非常好的抵抗荷载变
8、形的能力，温度变化对其影响较小。另外，由于沥青玛蹄脂混合料结构中粉料比较多，其和沥青混合后形成的沥青胶浆，增大了其动态剪切因子，从而改善了沥青胶浆的高温稳定性。且沥青胶浆只是起到填充间隙和粘结的作用，因此，即使在高温条件下沥青玛蹄脂的粘度下降，对其强度的影响也有限。因而，SMA具有较强的高温稳定性，可以有效的解决波浪、推移、车撤等常见病害。在实际施工中，为了提高沥青路面的高温稳定性，可在混合料中增加粗集料含量或控制剩余空隙率，使粗集料形成空间骨架结构以提高沥青混合料的内摩阻力；适当地提高沥青材料的稠度，控制沥青与矿粉的比例，严格控制沥用量，采用活性较高的矿粉，以改善沥青与矿料之间的相互作用，从
9、而提高沥青混合料的粘聚力。此外，在沥青中掺人聚合物改善沥青性能，亦可取得较为满意的结果。32 低温抗裂性裂缝是沥青路面的一种主要破坏形式。裂缝的出现往往是路面损坏急剧扩展的开始。沥青路面的裂缝可归为两种类型：一种是在交通荷载反复作用下的疲劳开裂；另一种是由于降温而产生的温度收缩裂缝或由于半刚性基层开裂而引起的反射裂缝。由于沥青路面在高温时形变能力较强，而低温时较差，故不论哪种裂缝，以在低温时发生的居多。SMA结构由于使用矿粉多（8%12%），沥青多（5.5%6.5%，比一般密级配混凝土大1%左右），又使用纤维做稳定剂，由此组成的沥青马蹄脂包裹在粗集料表面，充分填充集料间隙。因此，在温度下降、混
10、合料收缩变形时，马蹄脂具有较好的粘结作用，他的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能。而且，目前国内普遍都同时使用改性沥青，对混合料的低温抗裂性能更有大幅度提高。在实际的施工中从低温抗裂性的要求出发，可以使用稠度较低及温度敏感性低的沥青，以提高沥青路面的低温抗裂性能。对于沥青材料因老化而使其低温抗裂性能恶化，为了提高沥青路面的低温抗裂性能应选用抗老化能力较强的沥青，同时降低孔隙率，减少与空气的接触，可以在一定程度上延缓沥青的老化。在沥青中掺加橡胶类高分子聚合物，对提高沥青路面的低温抗裂性能具有较为明显的效果。在沥青路面结构层中铺设沥青橡胶、土工布或塑料格栅等应力吸收薄膜，对防止沥青路面的低温开
11、裂具有显著的作用，同时对由于半刚性基层开裂而引起的反射裂缝也有较好的防治作用。能更有大幅度提高。能更有大幅度提高。33 耐久性沥青路面应具有抵抗温度、阳光、空气、水等各种大气因素作用的能力，即在这些因素的作用下，沥青路面的性质不致很快恶化，如失去粘性、性质变脆等，以致在行车荷载和其他因素的作用下发生脆裂，导致沥青与矿料脱离，使路面松散破坏。研究表明，沥青路面的使用寿命与沥青混合料中的沥青含量有很大关系。当沥青用量不足时，沥青膜变薄，路面的延伸能力降低，脆性增加；且空隙率增大，使沥青膜暴露增多，从而促进了老化。SMA混合料使用的细集料较少，而矿粉的使用相对较多，沥青用量也比较大，其和纤维、改性剂
12、组成的胶浆能够充分填充由粗骨料嵌挤的空间，孔隙率较小，使得沥青与空气接触较少，同时能够在粗骨料骨架结构上形成较好的包裹作用。因而沥青混合料的耐老化性能好。而且，目前国内在SMA施工时基本上都采用橡胶等改性沥青，进一步提高其耐老化性能。通过国内外的实践证明，SMA的耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土，因此其具有良好的耐久性。34 抗滑能力现代车速的不断提高，对路面的抗滑能力提出了更高的要求。沥青路面应具有足够的抗滑能力，以保证在最不利的情况下(当路面潮湿时)车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。沥青路面的粗糙度与矿质集料的微表面性质、混合料的级配组成、以及沥青用量等因
13、素有关。SMA在防滑控制方面，主要是通过选用坚硬的、耐磨的优质石料、采用间断级配，提高粗集料的含量（不低于70%），该结构路面经压实后表面形成大的孔隙，构造深度大，使雨天高速行车下不易产生水漂，抗滑性能提高。同时，因为该结构的矿粉和沥青用量比较多，其形成的胶浆能够充分填充粗骨料之间构成的空隙，使得其内部的孔隙率很小（4%左右），混合料的抗渗性很好，较好的解决了抗滑与耐久的问题。对雨天交通的水雾、溅水起到了一定的防治效果，降低了路面噪音，从而可以提高路面的表面功能。在实际的施工中为保证沥青路面的粗糙度不致很快降低，应选择硬质有棱角的石料，并应选择表面比较粗糙的集料。另外研究表明，沥青用量对抗滑性
14、的影响相当敏感，当沥青用量超过最佳用量05 时就会导致抗滑系数的明显降低，因此，在实际的施工工程中应严格控制沥青用量，并加强对混合料拌合均匀性的控制。35 防渗能力（水稳定性）当沥青路面防渗能力较差时，不仅影响路面本身的稳定性，而且还会影响到基层的稳定性。因此，沥青路面必须具有较好的抗渗能力。这在潮湿多雨地区尤为重要。沥青路面的抗渗能力主要取决于沥青路面的空隙率。空隙率越大，其抗渗能力越差。SMA内部的孔隙率很小，混合料渗水很少或几乎不渗水，混合料内部的水属于毛细水形态，不易形成大的动力水，再加上马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SMA路面良好的密水性，对下面的沥
15、青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，使路面能够保持较高的整体强度和稳定性。36 平整性平整性主要是指沥青路面的平整度，它直接影响着车辆在路面上的行驶质量和高速公路基本功能的充分发挥。路面的平整度是一项综合性指标，涉及施工过程各个环节的许多因素，它是路基、路面施工全过程各个环节质量的最终体现。以上性能中，除平整性与沥青混合料本身关系较小外，其他性能都是由沥青混合料自身性质决定的。通过以上分析可以看出，SMA结构能够全面提高沥青混合料和沥青路面的使用功能，减少维修养护费用，延长使用寿命。如果同时使用改性沥青，沥青玛蹄脂的性可以得到进一步大幅度改善，结构、材料多管齐下，如虎添翼，是各种性能更加提高
16、。尽管其初期投资要比普通的沥青混合料结构成本提高30%左右，但可以降低维修养护费用，延长使用寿命，总体上仍将产生重大的经济效益。但其对施工工艺要求比较高，与其他间断级配混合料一样，他对施工因素的敏感性比较强，矿料级配及沥青用量小的变化和波动，很容易造成路面质量大的波动，也会造成局部泛油、油斑、透水等等。其对各项原材料的质量要求比较高，粗集料的不但要求强度高，而且还要有比较好的棱角面，表面粗糙。矿粉不但要洁净、细度也要比较小，以碱性为佳。这些要求无疑将进一步加大工程的建设成本。SMA适用于扑住新路面的抗滑表层或旧路面加铺磨耗层使用，特别适应于高速公路维修罩面时作为旧路面的磨耗层。但在作为旧路面罩
17、面使用时，应对旧路面进行维修、补强，以确保路基的稳定，避免造成不必要的浪费。四、SMA材料的选择4.1 粗集料SMA的高温稳定性主要依靠粗集料之间的嵌挤作用，因此用于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，最好能使用辉绿岩、安山岩、玄武岩等硬质石料。花岗岩、石英岩等弱酸性石料也是比较好的硬质石料，这时最好能够采用改性沥青并掺加消石灰粉或水泥等措施，加强其与沥青的粘附性和沥青混合料的稳定性。在选择石料时除要考虑母岩的特性外，更为重要的是要严格控制石料的“加工特性”，如石料的针片状颗粒含量、破碎砾石的破碎面比例、含泥量、棱角性、级配组成等。这些指标都是可以
18、通过加强管理和改变加工工艺来改变的，不像石料的品种、材质、强度、坚固性等“资源特性”那样受到成本和产地的限制，选择和变更的余地不大。4.2 细集料细集料的选择应优选考虑机制砂，因为其是采用坚硬岩石反复破碎制成，因此具有良好的棱角性和嵌挤性能，对提高混合料高温稳定性有好处。但在实际施工中往往易把机制砂和石屑混为一谈，这是一个误区。石屑是破碎碎石的下角料，基本上是石料中较为薄弱的部分，扁平颗粒含量特别大，强度差，在使用中极易压碎，因此在指南中对其使用有所限制。但因机制砂的成本较高，在国内施工中使用的较少，而往往采用较为干净的石灰岩石屑代替，一是可以降低工程成本，二者石灰岩与沥青的粘附性能较好，另外
19、因为石屑也是石料的破碎产物，其表面也比较粗糙，对提高路面抗车辙能力有一定的作用。天然砂一般建议不采用，因为天然砂虽然也比较坚硬、耐久性比较好，但其与沥青的粘附性较差且其颗粒基本上是球形颗粒，不利于高温抗车辙。在工程实施中要严格控制细集料的砂当量不得小于55%，且0.075以下颗粒不得大于5%,还要比较洁净。4.3 填料规定填料必须使用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，主要是考虑到与沥青的黏结性，因为在SMA结构中起到胶浆作用的成分主要是填料和沥青，其性能的好坏直接决定了混合料的稳定性与耐久性。在施工中可以通过添加消石灰、水泥增强集料与沥青的粘附性。并对改善混合料的水稳定性有明显的好处，且能减缓沥青的
20、老化，提高沥青的耐久性。但要注意控制用量（一般为1%左右），不宜太多，这是因为消石灰和水泥会与水分、空气发生反应，变成极性氧化物，进而形成水泥石和碳酸钙，会使混合料变脆，所以应控制其用量。填料不得使用或搀兑回收粉，原因是因为回收粉中还有比较多的尘土，使用后将增大沥青的劲度。同时回收粉中的粗细集料中的石粉经过明火燃烧，高温处理，会变得发脆，影响混合料的稳定性。SMA中填料的用料比较大，在普通沥青混合料中，粉胶比一般不超过1.2，而SMA一般要达到1.82.0的程度，这主要是应为混合料中的纤维稳定剂在沥青胶浆中起到了分散作用的效果。这主要是因为为了形成足够的沥青胶浆以充分填充粗骨料的间隙需要。所以
21、矿粉的数量不得太少，否则，内部自由沥青的存在将影响混合料的动稳定度和马歇尔稳定度。下面以SK90号沥青+5%SBS，油石比为6%，矿料的含量对稳定度的影响分析：4.4 沥青结合料用于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。国内一般都采用改性沥青，指南上对用于SMA的改性沥青针入度要求在南方和中部地区宜为4060，北方地区宜为4080,东北寒冷地区宜为60100。对于沥青的软化点一般要求高于工程所在的年最高路面温度。对各类改性沥青改性剂的合理剂量作出以下要求：SBS或SBR类改性沥青，按内掺法计算的改性剂量宜为3.5%5%；EVA或PE类改
22、性沥青，剂量宜为4%6%。关于沥青到底需不需要改性问题，在我国的工程实践中已经有了很好的结论，改性沥青的性能明显优于普通沥青，下面的列子将很好的说面这个问题：通过上表对SMA-13、SMA-16及AC-13、AC-16两类混合料在使用改性沥青和普通沥青进行车辙实验的结果可以看到，使用改性沥青的混合料的动稳定度明显有大幅度增加。同时，可以看出SMA在抗车辙性能方面明显要优于AC结构。4.5 纤维稳定剂用于SMA的纤维稳定剂包括木质纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维，其作用主要是改善沥青混合料性能、吸附沥青、减少析漏的作用。同时对沥青胶浆有分散的作用。沥青路面专用纤维四 、SMA 施工的注意事项41
23、SMA的拌制SMA混合料的施工无需特殊设备，混合料生产装置、运输装备和摊铺机等与传统的沥青混合料基本相同。与普通的沥青混合料相比，施工工艺有如下显著特点。(1)因为改性沥青的黏度很大，故需提高施工温度(见表1)。表1 SMA 路面的正常施工温度范围 (2)SMA与普通密级配沥青混凝土(AC)的最大不同之处在SMA为间断级配，粗集料单一、量大，细集料少，矿粉用量大，这给混合料拌和带来不少困难。为此应该在料斗、料仓安排上下功夫。首先是冷料仓，粗集料数量多，一个料斗经常不够，可能会发生冷料仓数量不够等问题。热料仓也有问题，如果按照通常的方法设置振动筛和热料仓，将会发生粗集料仓经常不足，而细集料经常溢
24、仓的不正常情况，因此应合理安排冷仓热仓的配置。(3)SMA所需的细集料数量很少，太少的细集料使冷料仓的开启成为困难，开口只能很小，稍大一些就会过量；如果细集料是露天的，因下雨受潮。小小的冷料仓料口会使漏料困难；开大了才可以漏下来，但料量就多了。所以为了使很少的细集料量保持准确的数量，必须使细集料(尤其是石屑)始终保持干燥状态。细集料不可露天堆放，加盖棚布显得十分必要。(4) SMA不能使用回收粉尘，回收粉尘必须废弃。SMA 的矿粉量需要比一般热拌沥青混合料增加2倍。一个螺旋升送器往往来不及供料，这就要求在矿粉设备及人力安排上特别注意。(5)SMA必须使用纤维，加纤维的方法必须予以考虑。近几年来
25、，我国铺筑的一些SMA工程。基本上是人工将纤维投入拌合锅内，加料口可以采用拌和锅侧面的观察口，由人工直接将纤维投入拌和锅内。颗粒纤维可采用一个容器定量投入，每拌合一锅倒入一桶；松散纤维必须预先加工成塑料小包,每拌和一锅投入一包或二包。必须在粗集料投料的同时投入纤维，利用粗集料拌和的打击力将纤维打散，所以投料员必须密切注意打开粗集料的信号，防止错过时间，为了使纤维充分分散均匀，一般需要增加干拌时间510s，湿拌可不再增加时间。人工投入纤维的缺点是无法保证按时按量投入，为了预防此问题的出现，使用机械投入纤维就十分重要了。(6)SMA混合料拌和以后，不能像普通沥青混合料那样贮存太长的时间，这是因为贮
26、存时间太长将使混合料表面结成硬壳，而且SMA的沥青用量要比普通沥青混合料沥青用量多，时间长了，会发生沥青的析漏，造成沥青用量不均匀。因此，一般规定SMA混合料的贮存不能过夜，即当天拌和的必须当天用完。42 SMA的运输和摊铺由于SMA 的沥青玛蹄脂黏性较大，运料车的车厢底部要涂刷较多的油水混合物。而且为了防止表面混合料结成硬壳，运料车运输过程中必须加盖篷布，运料车数量也要适当增加。由于改性沥青的原因，混合料比较粘，摊铺阻力大，要求混合料摊铺温度高(不低于160oC)。又因为SMA面层很薄，温度下降快，摊铺的施工气温宜在15 以上。为了保证路面的平整度，要按照规范要求做到缓慢、均匀、连续不问断地
27、摊铺。在摊铺过程中。不得随意变换速度和中途停顿，但是由于SMA生产时拌合机生产效率降低等原因，摊铺机供料不足的问题比较突出，很难保证摊铺机不间断均匀地摊铺，所以摊铺机的摊铺速度要慢一些，速度应控制在1525mmin，这对机手的操作技术提出了挑战。摊铺机应增加平衡梁，摊铺时振动器采用高频低幅，并且在摊铺前加热熨平板，提高初始压实度和松铺表面的平整度，降低松铺系数，摊铺机螺旋送料器应不停地转动，两侧应保持有不少于送料高度23的混合料，使摊铺机全宽面上不发生离析。43 SMA的碾压成型与普通沥青混合料碾压时的最大区别是不宜使用轮胎压路机，一是当轮胎温度低时，因改性沥青粘度非常大，容易粘轮；二是当油石
28、比偏高时，轮胎搓揉会使玛蹄脂上浮，造成泛油，过度搓揉将使混合料无法稳定。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。采用振动压路机碾压时，高频率低振幅非常重要，同时遍数不要太多。由于表面层厚度薄及SMA抗高温的特性，碾压过程按“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。碾压SMA时密切注意压实度的变化，对SMA来说，过碾是一大忌，所以应用严格控制碾压遍数的方法来控制压实度，一般初压用10t钢轮紧跟在摊铺机后面压12遍，复压钢轮静压34遍，或振动压路机振动碾压23遍，最后用较宽的钢轮终压一遍结束。由于SMA 的结构组成特点，粗集料的用量达到70以上
29、，高温状态下主要靠粗集料的嵌挤作用；混合料在摊铺机铺筑后本身就已经有相当大的压实度，一般在85 以上，压路机可以碾压的程度极小。所以初压的痕迹也是极小的；由于集料的充分嵌挤，压路机碾压过程中，在前轮前面，不会发生明显的推拥。在碾压过程中应注意几点：(1)严格控制碾压速度，初压和复压要低速进行碾压，碾压过程要均匀地进行，速度要慢，不能急刹车、中途停留、转向或制动，压路机必须沿原路返回，掉头时不能在碾压段向左右游动，更不能停在某一点上打方向，以免路料产生推移。为了保证压实质量，应该对压路机操作手进行培训，使他们明确碾压顺序、遍数等要求。(2)在桥梁、涵洞等结构物的接头、匝道道口、中分带道口等压路机
30、难以碾压的部位，要辅以小型机械或人工操作，且要精心施工，以免影响整体质量。(3)要随时掌握碾压温度，温度过高，混合料易推移及产生油斑；温度过低，则难以压实，密实度不易保证。最佳压实温度为150(2左右，终压温度不低于120(2。(4)合理选择压路机的振幅及频率。(5)所有机械不得在未冷却的路面上停留。原则上压路机自工作后，除加水外，不得停机休息，加水时应有备用机械接替，以免局部碾压不足。(6)在碾压过程中，随时注意监测压实质量，定期检测压实度，用直尺检测一些关键部位的平整度，发现问题及时解决。在碾压过程中，有两条原则可以检验SMA 是否成功：一是在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥；二是碾
31、压成型后表面有足够的构造深度又基本不透水。4 SMA路面设计施工应关注的重点4.1 配合比设计SMA混合料的配合比设计目的是选择符合技术要求的优质材料、确保矿料级配和最佳沥青用量，必须经过目标配合比设计、生产配合比设计及试拌试铺验证三个阶段，这三个阶段是一个完整的、复杂的过程，必须严格按指南的规定执行。与普通沥青混凝土一样，SMA也是采用马歇尔试验设计方法，所不同的是根据SMA的特点，采用了3项重要检验手段来验证。（1）采用车辙试验对高温抗车辙能力进行验证，这是SMA设计检验的一项非常重要的手段。普通沥青混凝土也有此项试验，其动稳定度要求高速公路应不小于800次mm，而SMA则要求大于1500
32、次mm，当使用改性沥青时要求为30006000次mm，有了大幅度提高，以便确保SMA的高温稳定性这一重要指标达到要求。（2）采用谢伦堡沥青析漏试验和肯塔堡飞散试验，检验是否会因沥青太多造成析漏及沥青太少造成飞散，这二项试验相结合用以验证合理的沥青用量。（3）普通沥青混凝土采用浸水骊歇尔试验检验水稳定性，而SMA还要增加冻融劈裂试验残留强度比检验。从设计实践分析，矿料级配中不能仅看通过率在级配范围内，根据SMA的特点，应注意：矿料级配曲线宜偏中值以下；严格掌握4.75mm以上粗集料的含量，这是级配中最重要的参数，而其中9.516mm档集料是关键，其比例宜大于4.759.5mm档集料（宜1.2倍以
33、上）；VMA达到17。这样，才能确保SMA混合料形天紧密嵌挤的骨架结构，发挥SMA的作用。4.2结构组合设计 SMA路面损坏有时不是其本身的原因造成的,而是由于中、下面层出问题引起上面层的破坏，这方面的例子在高速公路工程中已不是鲜见。上下面层的关系非常密切，它是一个不可分割的整体结构。为此，必须4.2 结构组合设计SMA路面损坏有时不是其本身的原因造成的,而是由于中、下面层出问题引起上面层的破坏，这方面的例子在高速公路工程中已不是鲜见。上下面层的关系非常密切，它是一个不可分割的整体结构。为此，必须做好沥青面层的结构组合设计。应充分考虑交通荷载和环境条件，选择与SMA上面层相匹配的中、下面层结构
34、，根据各个结构层次的不同功用，进行各层混合料的配合比设计，以求最大限度的满足强度、耐久性、稳定性、表面功能等各方面的要求。4.3 综合排水设计沥青面层的设计并未考虑结构层内部的排水措施，当雨水进入沥青面层长期滞留在结构层内会导致水损害，这是沥青路面早期破坏的根源之一。为此，必须做好综合排水设计。包括以下方面：（1）路面地表排水。应使路面（含路肩）、中央分隔带、路基边坡坡面的表面排水顺畅，避免路表水渗入路面结构层内。（2）路面内部排水。路表水渗入结构层内，应能及时排出路外，以免导致水损害。可考虑将硬路肩采用与行车道相同的结构和厚度（可不设底基层），使各结构层次成为同一标高的整体结构，在同一横断面
35、上形成统一的全宽横坡，不使水流滞留；路边缘土路肩范围设置15cm厚的碎石透水层，使渗入结构层的水能迅速从横向排入路基边沟。国外还有采用高透水材料做成透水基层的方法。（3）路基边沟排水。应使边沟内水流畅通，并与桥涵、沟渠、管道等各种排水设施形成完善的排水系统，以减少地表水和地下水对路面及路基的侵蚀破坏。4.4 集料质量集料质量是施工的关键环节，可谓重中之重。设计再好，还必须通过施工来体现，否则，只是纸上谈兵。没有符合技术要求的优质集料是不可能铺筑出优质的SMA路面的。有专家形象地比喻，集料问题解决了，施工质量就60解决了（其余为拌和厂生产和现场施工工艺各占20）。SMA对集料是高标准、严格要求的
36、。在目前公路部门缺乏专用的石料场的情况下，应设法与生产厂家商量，由厂方进行设备改造，并增加除尘装置，生产出符合要求的集料，经成本核算推销后可适当调整提高产品价格；或由施工单位在施工现场安装反击式破碎机，对石料场4.75mm以下细集料加工困难的部分进行二次分档加工，生产02.36mm和2.364.75mm料。同时，在集料生产过程中严格控制质量，做到不合格的集料不外运，这是从源头把关。4.5 施工温度SMA路面与普通AC路面相比，施工难度要更大一些，对各个施工环节及各种施工因素的影响敏感性较大，尤其是控制好施工温度至关重要。SMA的施工温度应由沥青结合料的粘度温度曲线确定，当缺乏温曲线数据时，在正
37、常情况下，一般在普通沥青混合料施工温度的基础上提高100C200C。为保证SMA铺筑质量，利于各施工工序的温度控制，当路表温度低于150C时，不宜摊铺改性沥青SMA混合料；当混合料最高温度高于1950C时应予废弃。4.6 混合料拌制混合料拌制质量的好坏是保证SMA路面施工质量的基础。拌制应采用间隙式拌和机，且必须配备有材料配比、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；配备有纤维稳定剂投料装置、除尘装置等设备。因为SMA是间断级配，粗集料多且粒径单一，矿粉多，细集料用量很少，又须掺加纤维稳定剂，这给混合料的拌和带来不少困难，比普通沥青混合料要复杂得多。施工中发现，冷料仓上料
38、时会发生串料和供料不均现象，可考虑安装挡料隔板，使各料仓彻底分开，通过适当调整料斗门开启或调整转速，控制上料比例和速度，采用装载机依次顺序上料，从而避免串料，达到供料基本均衡。拌和过程中，由于热料仓的材料数量严重分配不均，会发生粗集料溢仓、细集料亏仓、施工等待的现象，应对拌和楼振动筛和热料仓重新设置，并增大矿粉的供料，通过控制室反复精心调整，防止发生溢仓、亏仓、等待的问题，使热料仓达到进料、出料均衡。同时，通过试验确定合理的投料顺序及干拌、湿拌时间，在拌和中严格控制，方能确保混合料拌制的质量。SMA混合料的质量控制与普通沥青混合料的质量控制并没有多大的区别。主要有以下几个方面：(1)集料的质量
39、控制：对SMA所用矿质材料，必须在进场前进行严格地检查试验，对粗集料、细集料、填料取样筛分，符合质量标准的方可进场，同时料场不要轻易变动，矿质材料数量较大，应定期抽检。对改性沥青及纤维稳定剂，也要定期进行全分析试验，并有详细的检验与试验记录，以备查验。对以上材料的质量控制工作，就是定期检查实际使用的材料技术指标与设计采用的技术指标是否一致，施工中要严格管理。(2)填料的质量控制；(3)沥青的质量控制。(4)混合料的质量控制混合料的质量控制主要是检查各个环节的温度，包括改性沥青加热温度、集料烘干加热温度、混合料拌和温度及出厂温度；随时检验混合料的级配，对拌和楼，逐盘打印各个热料仓的材料质量、矿粉
40、质量及沥青用量，计算出混合料级配与标准设计配合比进行对照。(5)摊铺的质量控制摊铺的质量控制主要是检查摊铺前的现场准备情况，摊铺中的温度和厚度。(6)压实成型的质量控制主要控制：平整度。施工人员用直尺检测平整度指导压路机碾压。压实度。要求不小于98(对马歇尔标准试件而言)，用相当于最大理论密度的95 或现场钻孔试件的空隙率不大于5来控制；碾压温度。在保证拌和温度前提下，尽量减少运输中的温度损失，摊铺后即刻进行碾压，严格控制，尤其是复压温度越高越好；表面构造深度和透水性。构造深度可用铺砂法，透水性实验的简便方法是在施工现场采用直接往路上倒一些水，观察表面渗水情况，良好的SMA结构在碾压成型后应该
41、是基本不透水。以上的四点，达不到要求时要及时分析原因立即纠正。五 结束语虽然SMA对材料和工艺要求较高，初期建设费用比传统沥青混凝土(AC)也高一些，但可以提高沥青路面的抗滑性能，还可以提高抵抗因水而引起的病害的能力，很好地解决沥青路面的低温抗裂性、高温抗车辙性能，而且使用寿命较长，使其路面全寿命成本较低，有可持续的环境效益。术语、符号、代号1.1 术语1.1.1 沥青胶浆（asphalt morter） 油沥青结合料、矿粉、纤维组成的沥青玛蹄脂的粘结剂。1.1.2 沥青玛蹄脂(asphalt mastic) 由沥青胶浆与细集料组成的混合物，用以填充沥青玛蹄脂碎石（SMA）的粗集料骨架的间隙，
42、同时起粘结作用。1.1.3 沥青玛蹄脂碎石（stone matrix asphalt或stone mastic asphalt） 由沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架的间隙中成为一体的沥青混合料，简称SMA。1.1.4 纤维稳定剂（fiber stabilizer） 在沥青玛蹄脂碎石中起吸附沥青，增强结合料粘结力和稳定作用的木质素纤维、矿物质纤维、聚合物化学纤维等各类纤维的总称。1.1.5 粗集料（coarse aggregate） 在SMA混合料中形成嵌挤起到骨架作用的集料部分，对SMA-13、SMA-16是指粒径大于4.75mm的集料，对SMA-10是指粒径大于2.36mm的集料。1.1
43、.6 SMA路面（SMA pavement） 采用SMA混合料铺筑的沥青路面。1.1.7 粗集料骨架间空隙率（percent voids in coarse aggregate） 粗集料骨架部分以外的体积占试样总体体积的百分比，以VCA表示。由粗集料在捣实状态下测定的VCA称为VCADRC，由压实状态的SMA试件测定的VCA称为VCAmix。1.2 符号及代号 SMA ：沥青玛蹄脂碎石，Stone Matrix Asphalt的略语。 PMB（或PMA）：聚合物改性沥青，Polymer Modified Bitumen(或Asphalt)的略语。 VMA：压实沥青混合料的矿料间隙率，即试件全部矿料部分以外的体积占试件总体积的百分率，Voids in mineral aggregate之略语。 VCAmix：
