瀝青瑪蹄脂碎石路面在公路施工中的應用

高中鶴，劉 剛

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 SMA特性

SMA路面結構不僅在高溫、重載時車轍變形量低，而且低溫性能良好。瀝青結合料主要提高瀝青混凝土的感溫性(即高溫穩定性和低溫韌性)、防止混合料分散并提高路用性能，通常采用改性瀝青。改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細的橡膠粉或者其他材料等外摻劑(改性劑)，使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結合料。

改性瀝青SMA路面具有如下特性:

(1)改性劑必須完全分散在瀝青中，才能充分發揮其效能;

(2)改性瀝青及SMA混合料具有粗集料多，礦粉多，改性瀝青結合料多，細集料少，摻纖維穩定劑，材料要求高的特點。特別是對粗集料的堅韌性、顆粒形狀和棱角性的要求很高;

(3)只有在高溫狀態下碾壓才能達到密實效果，且不產生推擁;

(4)改性瀝青及SMA混合料致冷后非常堅硬，強度高。

SMA屬于間斷級配的瀝青混合料，它既有一定數量的粗集料形成骨架，又有足夠的細集料填充到粗集料之間的空隙中去。瀝青用量比普通混合料高1％以上，因此使它同時具有較高的粘結力和內摩阻力。SMA明顯特點是三高一低一劑，即高用量的軋碎粗骨料，以提高抗車轍能力;高瀝青用量和高礦粉用量，促使瀝青膜加厚，混合料孔隙小，其耐水性、耐老化性能和耐久性能都有提高;低的細集料含量;添加纖維穩定劑，在混合料中起加筋、分散、吸附、吸收瀝青和穩定的作用，并通過增加瀝青與礦料之間的粘附性，通過油膜的粘結，提高集料之間的粘結力，改善膠結劑(瑪蹄脂)的高低溫性能，增強混合料的抗裂、耐磨能力。這也是SMA混合料組成設計必不可少的前提條件和依據。

將SMA與普通的密集配瀝青混凝土AC相比，AC的組成中細集料大體上占到一半，從鉆芯試件可以清楚地看到瀝青砂漿已經把粗集料撐開，粗集料實際上是懸浮在瀝青砂漿中，彼此相互并未精密接觸，由于粗集料之間有相當大的空隙，故而交通荷載主要是由瀝青砂漿承受，AC抵抗荷載變形的能力很大程度上受到礦料級配、礦料間隙率、空隙率以及瀝青砂漿比例的影響，在高溫條件下瀝青砂漿的粘度變小，承受變形的能力急劇降低，很容易產生永久變形，造成車轍、推擁等，而SMA的組成中，粗骨料骨架占到70％以上，混合料中粗集料相互之間的接觸面或支撐點很多，細集料很少，瑪蹄脂部分僅僅填充了粗集料之間的間隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受，由于粗集料顆粒之間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也會很小，因而有較強的高溫抗車轍能力，而這一點是極其重要的，即充分利用了集料嵌擠作用提高高溫抗車轍能力。當然AM同樣有相當多的粗集料，也有良好的石料嵌擠作用，但使用瀝青較少，空隙率太大，瀝青與集料的粘結性不足，集料之間充滿了水分，水分對混合料的浸蝕使瀝青與集料脫開造成剝落，很容易造成雨季大面積破壞，而且低溫抗裂也不好，所以瀝青碎石的耐久性很差，AK也存在同樣缺點。

2 SMA設計中應注意的問題

(1)空隙率指標。馬歇爾試件的空隙率應采用表干法測定，試件的空隙率主要由瀝青用量控制的，減少瀝青用量使空隙率增大。我國的SMA瀝青用量相對較少，經常會遇到空隙率偏大的情況。但是如果瀝青用量不能再大，再增大可能會泛油，例如出現油石比已經超過6.0％，而空隙率仍然大于3％～4％的情況時，必然是集料的間隙率太大的緣故，此時只能適當增加4.75mm的通過率，如果VMA已經大于17％，瀝青用量也不多，空隙率偏小，達不到3％那很可能是測定的精度不足，應進行復查。在計算空隙率的基準密度時，從理論上講以采用實測的最大密度為好，但現在SMA瀝青混合料大都用改性瀝青，這樣混合料在水中的分散往往比較困難，這時就要求用計算的理論密度。在計算理論密度時又會遇到困難，那就是纖維的密度和纖維吸收瀝青的問題，礦物纖維和有機纖維吸入纖維內部的瀝青少，而木質纖維吸入瀝青較多，影響勢必增大，如果將纖維的比例忽略不計，實際是將纖維算成集料了，其比例的差異將使計算的空隙率變大，另外，計算理論密度時，除5mm以下的石屑等難以測定的部分外，集料密度應采用毛體積相對密度。

(2)SMA的馬歇爾穩定度一般比普通密級配瀝青混凝土要小得多，其原因是因為馬歇爾試驗的荷載方式對SMA是不利的。馬歇爾試驗表面上是受壓，其實試件內部的破壞是受拉而致。SMA材料有70％以上是接近于單一粒徑的粗集料，在受壓時能產生相互嵌擠而不能抗拉?；旌狭现兄饕揽繛r青瑪蹄脂結合料抗拉，但在試驗溫度60℃時粘度低，對受拉不可能產生多大的抵抗，因而馬歇爾穩定度較低，一般在5～8kN左右。但是，馬歇爾穩定度低并不意味著SMA高溫穩定性差，馬歇爾試驗的目的主要有配合比設計時確定最佳瀝青用量和施工中進行質量檢驗。SMA的高溫穩定性主要由車轍試驗的動穩定度和抗永久變形能力來表達的。

(3)根據試驗，馬歇爾試驗的流值一般要比普通瀝青混凝土大，尤其在使用改性瀝青的情況下更是如此。盡管馬歇爾試驗的穩定度和流值并不像普通熱拌瀝青混合料那么重要，但馬歇爾試驗仍是拌和廠的主要質量檢測項目，其目的是首先檢測混合料試件的密度和空隙率、VMA、VCA、VFA等四大體積指標，以確定是否滿足SMA構成的必要條件，同時檢測馬歇爾試驗的穩定度和流值，測試馬歇爾試驗的穩定度和流值目的是主要看試件質量的穩定性，是否能穩定在一個基本不變的水平上。

SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水穩定性及耐久性好，和AM路面的集料嵌擠作用好、高溫抗車轍能力強，以及AK路面抗滑性能等優點，同時克服了AC路面的高溫穩定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水損壞性能差的特點，形成一種新型的瀝青混凝土結構，值得推廣和應用。