瀝青是公路施工中的主要施工材料，而瀝青混合料隨著技術的發展也逐漸應用開來，本文以SMA瀝青為例，探討瀝青混合料的應用。

　　《石油瀝青》辦刊宗旨為科研與生產相結合,著重報道石油瀝青生產、應用、科研方面的新理論、新技術、新工藝及發展方向,內容涉及石油瀝青基礎理論研究、生產、應用技術、技術標準、專用設備、儀器儀表推介、防水建材、瀝青鋪路技術、生產及市場動態及涉及瀝青前沿問題的探討等。

　　因SMA混合料結構組成特點，其對原材料的技術指標、施工工藝和管理措施要求均很高，本文以SMA瀝青混合料的設計、配合比以及選擇等做了一些詳細闡述，僅供參考。

　　一、引言

　　隨著我國公路事業的蓬勃發展，SMA瀝青在城市道路和高速公路上的應用越來越廣泛，同時也充分證實了這種材料的優劣品質，其優良的高溫穩定性能，使得路面能夠承受較大的車輪荷載而不易產生擠壓變形，始終保持良好的平整度和良好的抗車轍能力。

　　SMA(Stone Mastic Asphalt)瀝青混合料是由瀝青、礦粉、纖維及少量細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料碎石骨架的間隙而形成一體的混合料。它發源于20世紀60年代中期的聯邦德國，因其具有良好的優越性，在歐洲得到迅速推廣應用，后來美國1990年9月派出大型代表團到歐洲考察其應用技術后才開始的，并在德國和歐洲其他國家應用SMA路面基礎上進一步研究和完善，總結出SMA瀝青路面設計、施工的相關技術指南。我國對SMA路面技術的研究是從1991年逐漸開展的，先期在首都機場高速、北京長安街等大型工程中使用SMA結構材料，以后又在全國多個省市地區高速公路、重交通道路和許多橋面工程獲得成功應用，據不完全統計我國已建成通車的SMA路面已超過3萬公里，但在采用該項新技術的同時，也需要結合我國實際國情在設計、施工等過程中進行研究、消化、改進，積極推動SMA結構材料在我國的發展應用。

　　二、SMA混合料與其他瀝青混合料的比較

　　瀝青路面按結構特點可劃分為三種類型：以普通AC密集配瀝青混合料為代表的懸浮--密實型結構、以OGFC大空隙排水式瀝青混合料為代表的骨架--空隙型結構和以SMA瀝青瑪蹄脂混合料為代表的骨架--密實型結構。

　　懸浮--密實型結構的混合料通常是按密集配原則進行設計，其密實度與強度較高，水穩定性、低溫抗裂性能、耐久性比較好，主要靠瀝青膠砂的黏結力來提供強度，是目前最普遍使用的瀝青混合料。但該種混合料的級配材料由大到小以一定數量的形式連續分布，同一檔較大顆粒被較小一檔顆粒擠開，大顆粒猶如以懸浮狀態處于較小顆粒之中，各級集料被次級集料和瀝青膠漿所分離，不能直接互相嵌鎖形成骨架，內摩擦角較小，高溫穩定性較差，容易產生車轍等病害，其表面構造深度也較小，作為表面層時抗滑性能較差。

　　骨架--空隙型結構的混合料主要靠較多的粗集料顆粒彼此接觸，形成互相嵌擠的骨架，但較細粒料數量較少，不足以充分填充骨架空隙，壓實后混合料中的空隙較大。這種結構中粗集料之間的內摩擦力與嵌擠力起著決定性作用，其結構強度受瀝青本身性質和物理狀態影響較小，因而高溫穩定性和抗噪性較好，但由于空隙率較大，其透水性、耐老化性能、低溫抗裂性能、耐久性較差。

　　骨架--密實型結構的混合料是綜合以上兩種方式的結構組成，一方面混合料有足夠數量的粗集料以形成骨架，另一方面根據粗集料骨架的空隙多少加入足夠的較細的瀝青填料，形成較大的密實度和較小的殘余空隙率，因此礦料級配是一種非連續的間斷級配。這種結構兼備上述兩種結構的優點，是一種較為理想的結構類型。

　　SMA混合料就是典型的骨架--密實型結構，其粗集料形成石--石接觸的骨架，承受著主要的交通荷載，在高溫條件下體現出很好的高溫抗車轍性能;粗集料骨架間隙填充足夠的瀝青瑪蹄脂(由瀝青、礦粉、砂及纖維組成)，在低溫條件下能很好的黏結集料不被拉開，具有較好的低溫抗裂性能。同時SMA較好的密實度和幾乎不透水的空隙率保證混合料具有較好的抗疲勞耐久性和水穩定性。另外SMA混合料要求采用堅硬、粗糙、耐磨的優質石料，且粗集料含量高，表面構造深度較大，在雨天交通行車還會減輕或消除水霧和濺水，減少夜間行車路面的眩光影響，大大改善了雨、夜天路面的明視度，增強路面的抗滑能力和行車的安全性。

　　通過以上比較可以看出，相比目前普遍使用的AC密集配瀝青混合料和OGFC大空隙排水式瀝青混合料，只有SMA混合料能將抗車轍性能和抗裂性能統一起來，將路面的抗滑性和耐久性統一起來，并獲得各方面的優異性能。從近20年來我國的和其他各國應用SMA路面的經驗來看，要實現該種路面最佳性能并減小養護工程量的理想目標，SMA混合料必須做到精心設計、精心施工方可達到。

　　三、SMA混合料的配合比設計

　　3.1 項目的基本情況

　　由于我國的氣候條件與美國相似，因此我國的SMA混合料設計方法在很多方面參照了美國的模式。Batumi-Kobuleti-Choloki繞城公路(E70)總長約48公里，施工內容包括隧洞、高架橋等。本工程建設內容為：

　　路段一: 項目所在區域為旅游區，接待了大量的游客。本項目旨在修建一條12.4公里長的雙車道繞城公路，以緩解現有穿城而過的公路交通壓力，行車道寬度2*3.5m。該標段共有橋梁14座，橋梁總長2470.5m。

　　路段二：該標段施工任務主要是對現有雙車道公路拓寬為四車道公路。

　　水泥土樁施工：軟基處理主要集中在標段一中樁號為KM0+300—KM8+319的路段。該水泥土樁直徑為0.6m，梅花型布置，間排距為2.4m×2.4m，總工程量為367320m。

　　土石方工程：主要施工內容為路基開挖、不良土開挖、借土開挖與填筑。各類開挖合計50.9萬m3，各類填筑合計129.6萬m3。

　　橋梁施工：道路全線共有橋梁14座，其中現澆橋3座，預制梁橋梁11座。橋梁樁基總長27562.4m，27米長預應力梁共624片。

　　路基及路面施工：主要工作為路基石質土填筑124.98萬m3，沙粒料底基層及路肩填筑11萬m3，碎石骨料層填筑3.9萬m3，浸瀝青基層上層填筑2.39萬m3，瀝青混凝土基層1.39萬m2，瀝青混凝土面層8789m3。

　　筆者根據在本項目中的設計、研究成果，分析和總結出SMA混合料的配合比設計的一些心得和體會如下：

　　3.2 選擇材料

　　(1) 瀝青材料：SMA混合料中瀝青材料的質量必須要有較高的黏度，應采用比常規AC混合料稠度更大的瀝青材料，結合項目所在地氣候分區為夏炎熱冬冷半干區，考慮采用A-70號瀝青。該項目建成后作為重要的城市外環道路，承擔著連接城市內部各分區及疏散過境交通的雙重任務，交通等級為重載交通標準(軸載和輪胎單位壓力較大)，甚至存在許多超載車輛通行，設計中考慮提高混合料性能采用摻加4-5%SBS(Ⅰ-D)熱塑性橡膠改性瀝青，聚合物改性瀝青質量符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)的技術要求。

　　(2) 粗集料：良好的高溫穩定性來源于SMA混合料粗集料之間的骨架嵌擠作用，因此設計中要求粗集料應選用質地堅硬、表面粗糙耐磨、韌性好、形狀接近立方體的破碎玄武巖石料，石料要求用錘擊式或錐式碎石機破碎，施工時應進行二次水洗，其磨光值、道瑞磨耗值和沖擊值滿足抗滑表層混合料的技術要求。

　　(3) 細集料：SMA混合料中細集料一般是指2.36mm篩孔以下的集料，設計時要求采用具有良好棱角性和嵌擠性能的機制砂，嚴禁采用石屑加工，含量不超過混合料的10%，其技術指標采用《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)中的指標要求。

　　(4) 填料：適宜數量的礦粉--瀝青膠漿體系是保證SMA混合料優良路用性能的重要條件，因為瀝青只有吸附在礦粉表面形成瀝青膜，才能對其他粗、細集料產生黏附作用，即瀝青與礦粉的完美結合才是真正的瀝青結合料。因此該項目采用磨細的天然石灰巖礦粉，不考慮使用回收粉塵，不得含有泥土及雜物，要求干燥、潔凈、無雜質、無結團，粉膠比控制在1.8～2.0范圍內。另外還考慮到充分消解的消石灰粉能明顯改善混合料的水穩定性能，且能延緩瀝青在拌合、運輸、攤鋪和碾壓過程中的老化作用，提高混合料的耐久性，在礦粉中適當摻加消石灰粉，用量占礦粉總量的10%～20%。

　　(5) 纖維：考慮到本項目工期緊任務重，客觀上從設計到施工的一系列過程中，瀝青混合料的用量和技術難度相當大，因此設計時考慮為保證SMA混合料在拌合、運輸、攤鋪和碾壓過程中保持高含量的瀝青膠結料而不產生析漏，同時更進一步的全面提高SMA混合料的各項路用指標，在混合料摻加目前國內常用的絮狀木質素纖維穩定劑。該種穩定劑表面柔曲而有絨毛，可吸附瀝青的比表面積比較大，能較好地防止析漏，且資源豐富、價格低廉，應用頗為廣泛，摻加含量為0.3%。

　　3.3 級配范圍選擇和厚度確定

　　根據近年來我國在高速公路和城市道路上的工程實踐經驗和與建設方的溝通交流結果，確定本項目路面結構中上面層瀝青混合料的級配類型為SMA-13。由相關資料和試驗數據可知4.75mm以上部分的粗集料是真正形成石—石嵌擠結構的集料，也是成為調整瑪蹄脂含量和粗集料骨架間隙之間取得平衡的關鍵，因此確定4.75mm篩孔通過率考慮為30%以下，礦粉要求0.075mm篩孔通過率達到8%～12%,盡量讓粗顆粒通過率接近上限，細顆粒通過率接近下限，級配曲線呈“S”形。下表為該項目的礦料級配范圍：

　　我國現行《城鎮道路路面設計規范》(CJJ 169—2012)和《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)規定，對SMA和OGFC混合料路面厚度不宜小于混合料公稱最大粒徑的2.5倍，最小壓實厚度為3cm,以減小離析，便于壓實。因此本項目擬定上面層SMA-13混合料厚度為4cm。同時SMA瀝青路面的壓實度要求馬歇爾標準密度的壓實度不小于96%，最大理論密度的壓實度不小于94%。

　　研究表明，瀝青路面路表下4～9cm處的溫度最高，是路面剪切變形和車轍病害最主要的發生范圍，因此本項目在設計時考慮中面層采用8cm厚AC-20(C)中粒式瀝青混凝土，增加粗集料的含量以提高抗車轍性能，增強SMA瀝青路面的各項路用指標。同時為提高瀝青路面的低溫抗裂性能，減少因采用半剛性基層(水泥穩定碎石基層)會產生反射裂縫的影響，特在中面層下加設一層14cm厚的瀝青碎石基層。

　　3.4 最佳瀝青用量選定與配合比驗證

　　一般SMA-13瀝青混合料的最佳油石比在4.5%～6.5%，本項目以大量工程實踐經驗和馬歇爾試驗方法為基礎進行目標配合比設計和生產配合比設計，確定設計空隙率為4%，油石比為5.9%。設計中還提出應根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中的要求并結合本項目的重交通等級等特點，對SMA混合料配合比設計按下表進行各種檢驗和驗證：

　　3.5 瀝青混合料設計方法選擇

　　在瀝青混合料設計方法中，馬歇爾設計方法是影響最為深遠、應用最為廣泛的一種，該種方法基本上屬于體積設計法，試件是按沖擊法進行壓實，對混合料的密度、空隙率、礦料間隙率等指標有明確的要求，但是該方法也有一些現實性的缺陷，諸如不能精確地判別不同交通量對瀝青混合料技術指標、與路面結構設計不掛鉤、試件成型方法不能模擬行車壓實等問題，因此其他的設計方法如維姆法、貝雷法、Superpave法(旋轉壓實法)相繼提出，但都有各自的優勢，也同時存在需要改進的地方。因此在具體應用時，需根據項目所在地的氣候條件、經濟技術條件等因素加以合理選擇。

　　四、結語

　　綜上所述，SMA混合料在結構上具有“三多一少”的特點，“三多”是指粗集料多、礦粉多、瀝青結合料多，“一少”是指細集料少。因SMA混合料結構組成特點，其對原材料的技術指標、施工工藝和管理措施要求均很高，在初期實施階段的生產成本相比常規AC瀝青混凝土路面高約20%左右，但是各項路用性能也比普通瀝青混合料有明顯的提高，主要表現為高溫穩定性好、低溫抗裂性好、較強的抗老化能力和抗疲勞性能等優點，尤其是對于防治我國瀝青路面主要的破壞原因—車轍和裂縫問題、延長瀝青路面使用壽命、減小維修養護費用是個很好的選擇，相信SMA瀝青路面在今后我國城市建設工程上會發揮更多、更積極的影響。

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