SMA沥青混合料的工程应用
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摘要：sma全称沥青马蹄脂碎石沥青混合料，StoneMasic(Matrix)Asphalt的缩写。在20世纪60年代中期，德国工作者为提高路面的抗滑能力，抵抗轮胎对路面破坏而开发的新技术，能显著提高沥青混凝土的路用性能，特别适用于重交通道路。本文将详细介绍SMA沥青混合料在工程方面的应用。
关键词：SMA；沥青混合料；路用性能
中图分类号：TF526文献标识码： A
1、SMA性能介绍
1.1 SMA组成原理及特点
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。其组成特征主要包括两个方面：
①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗变形能力强)的结构骨架；
②细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。
沥青马蹄脂是由沥青、粗集料、矿粉、纤维及少量的细集料组成的混合物。SMA路面是按照内摩擦角最大的原则配置间断级配的粗集料。使其形成相互嵌挤锁结的骨架，然后用足量的沥青马蹄脂（细集料、矿粉、沥青和纤维稳定剂组成）填充其骨架空隙的一种路面结构。
1.2 SMA构成组织
SMA的结构组成可概括为“三多一少，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。
①5mm以上的粗集料，用量高达70%~80%；
②矿粉填充用量达8%~13%；
③沥青结合料用量多，高达5.0%~7.0%，粘结性要求高，并希望选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青(最好采用改性沥青)；
④细集料，尽量很少使用细集料；
⑤纤维稳定剂占混合料0.3%~0.4%，用来吸附沥青
1.3强度形成机理
1.3.1高温稳定性
SMA高温稳定性主要取决于内摩擦角φ值，φ值主要取决于矿质骨料的尺寸均匀度，颗粒形状及表面粗糙程度。SMA作为一种间断级混合料，4.75mm~9.5mm之间的粗集料占粗集料总量的40%左右，远高于普通密集配混合料，且矿质颗粒粗大，均匀，同时SMA对集料的针片状含量、洛杉矶磨耗损失有着严格的要求。这样，SMA混合料有棱角且表面粗糙，故内摩擦角φ值大，即使在高温条件下，由于粗集料有良好的嵌挤作用，混合料仍有良好的抗变形能力。
1.3.2低温抗裂性
在低温条件下，混合料收缩变形使集料受拉时，集料之间的沥青马蹄脂可以发挥良好的粘结作用，此时SMA的抗拉能力主要取决于沥青混合料的粘聚力C值，由于高含量的矿粉、沥青、纤维组成的沥青马蹄脂远高于密级配混合料的粘结作用，从而使沥青混合料具有良好的低温抗裂能力。
1.4 SMA的优缺点
1.4.1 SMA的优点
①在材料组成上，SMA遵循三多一少的原则（粗集料多、沥青多、矿粉多、细集料少），充分发挥粗集料的骨架嵌挤作用，使混合料产生良好的抗变形能力，即使在高温条件下，沥青马蹄脂的粘度下降，但其抗车辙变形能力也不减弱；
②由于有相当数量的沥青马蹄脂包裹在粗集料的表面，当气温下降，混合料因收缩变形使集料被拉开时，沥青马蹄脂仍具有良好的粘结作用，它的柔性和韧性使混合料具有良好的低温抗裂能力和耐久性；
③由于SMA混合料内部的空隙率小，沥青的耐老化性和混合料的水稳定性都将大大提高，同时由于间断级配在路表面形成大的孔隙，具有较大的构造深度，使路面具有良好的抗滑性能，全面提高路用性能；
④SMA可用于铺筑更薄的面层。
1.4.2 SMA的缺点
①约增加20%的投资；
②由于沥青和矿粉用量较多，加工和铺筑温度较高，生产率较低；
③实际使用性能对结合料用量和矿粉用量都比较敏感。
2、SMA混合料设计
2.1设计原则
正确的SMA混合料配合比设计是充分发挥其特点，修筑高质量的SMA实体工程的前提，设计的主要内容是确定矿料级配和沥青用量。
2.2材料选择
2.2.1粗集料
①粗集料除应满足现行规范要求外，需考虑表面粗糙程度；
②粗集料应全部轧值，建议使用落锤轧石机；
③集料多采用玄武岩、花岗岩、辉绿岩等；
2.2.2细集料
①细集料宜采用优质的机制砂；
②细集料应干净、干燥、无风化、不含杂质、有适当的级配范围，并与沥青有良好的粘结能力；
2.2.3矿粉填料
①填料不能含有泥土和有机制；
②填料用量往往高达8%~13%，塑性指数不应高于4；
③应足够干燥，不应成团，能自由流动；
2.2.4沥青
①当确定采用改性沥青铺筑路面时，首先应根据当地的气候，交通及其他特殊使用要求，选择适宜的沥青，根据已有经验初步确定沥青用量，并制备混合料进行试验。
②沥青宜选用针入度小，软化点高，温度稳定性好的沥青（宜采用改性沥青）
2.2.5纤维稳定剂
①稳定剂可采用木质素纤维、矿物纤维和聚合物纤维；
②SMA沥青混合料因沥青含量高和矿粉用量大，在储存、运输和摊铺过程中，沥青和矿粉易产生滴漏和离析，在车辆荷载作用下，易出现泛油现象，为防止这一现象，宜采用木质素纤维作为稳定剂为佳；
3、SMA控制要点
3.1备料
SMA对材料要求极其严格，各种材料进场后必须有中心试验室的检测报告，场内需设有防尘，防雨设施
3.2沥青混合料生产
SMA沥青混合料搅拌时间要比普通沥青混合料时间长，选择专业纤维添加设备，必须合理安排，不能出现停机现象，影响施工进度。SMA混合料拌合质量的好坏受生产级配、温度控制、搅拌时间、操作人员素质等方面影响较大。
3.3沥青混合料运输
为防止混合料运输过程中温度下降太快，应采取严格的保温措施，沥青混合料出厂温度宜采用上限，装料后采用一层麻布和一层帆布，实行双层保温，保证摊铺温度在170℃以上。
3.4摊铺
SMA沥青混合料摊铺是保证路面质量的关键，铺筑方式为热拌热铺。
3.5碾压
碾压也是重要的一环，保证及时碾压非常关键，碾压时应严格按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行，避免因温度下降造成碾压困难。
4、结论
SMA是从国外引进的一种新型路面沥青混合料结构，虽然SMA路面在高温抗车辙、低温抗裂、疲劳抗裂、抗老化、抗水损害、抗滑及耐久性方面都比传统的AC路面超越，在材料品质和质量控制方面也比AC路面要求高一些，但SMA结构的应用应结合各自的特点，个别地区之间的差别比较大，加之施工机械、材料、经济条件的限制，不能够完全照搬，应从本地区的实际情况出发，摸索一条SMA路面应用的新方法。