SMA-13型沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计(成稿)

SMA-13型沥青混合料配比设计

王役民

（东煤沈阳测试中心 辽宁沈阳 110016）

摘要 本文结合山东高刑高速高唐至临清段工程，在原材料试验的基础上，进行了SMA-13型沥青碎石混合料配合比设计，经过检验，配合比符合设计及规范要求，同时提出在配合比设计过程中应该注意的几个问题。 关键词 沥青玛蹄脂碎石 配合比 集料 油石比 级配 0 引言

沥青玛蹄脂碎石（SMA）是由沥青、纤维稳定剂、矿粉及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组成一体的一种沥青混合料。具有三高一低（粗集料含量高、矿粉含量高、沥青含量高、细集料含量低）、掺纤维增强剂的组成特点。粗骨料在混合料中的颗粒面与面直接接触、相互嵌锁构成的骨架直接承受荷载作用，这种骨架对温度敏感性小，可有效地提高路面的耐久性，增强路用性能。从实践效果看，SMA路面表面粗糙，具有优良的抗车辙和抗滑性能，高温稳定性和低温抗裂性好，水稳定性和耐久性较强。

SMA混合料配合比的好坏是影响路面质量的关键。本文结合山东省高刑高速高唐至临清段路面工程上面层采用SMA-13型沥青碎石路面，对SMA-13型沥青碎石混合料在配合比设计中应该注意的几个问题进行试验研究，谨供同仁参考。

1 原材料 1.1 粗集料

粗集料应选用质地坚硬、表面粗糙、形状接近立方体的玄武岩碎石，以便充分发挥粗集料的嵌挤作用。本工程采用玄武岩碎石的规格为：5-10mm,10-15mm。试验项目及结果见表1.

从表1中关于高速公路沥青路面表面层使用粗集料质量的技术要求。 注意问题：

①.SMA用的粗集料不得采用颚式破碎机加工。

②.当采用酸性石料做粗集料，沥青与石料的粘附性和沥青混合料的水稳定性不符合要求时，应采用改性沥青、参加适量消石灰或水泥等措施。如使用抗剥落剂时，必须确认抗剥落剂具有长期的抗水损害效果。 ③.抗剥落剂的选用，必须按规程检验，

④.SMA的高温稳定性是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，在

很大程度上取决于集料石质的坚韧性、颗粒形状和棱角性。因此，用于SMA的粗集料必须符合现行规范关于抗滑表层集料的技术要求。 ⑤.粗集料的针片状含量指标很重要。集料的破损情况与针片状颗粒含量关系密切，同一种集料采用不同的加工方式制成不同针片状颗粒含量的集料，配制SMA，用马氏击实50次，集料破碎用4.75mm筛通过率的变化表示，它与针片状颗粒含量的线性相关系数达到r=0.89。 ⑥.粗集料达到压碎值要满足要求。粗集料如果采用石灰岩等质地不坚硬的石料，即使采用SMA级配，在反复荷载的作用下，集料的棱角被磨掉了，嵌挤作用也就发挥不出来。

⑦.石料不仅要致密，而且一定要粗糙。石料表面仅仅致密，缺乏凹凸的粗糙表面，即使与沥青的粘附性达到4级以上，但表面的沥青膜很薄，总感觉沥青用量偏多。动稳定度很难达到要求。油膜太薄，沥青混合料的试验指标达不到满意的要求。

1.2细集料

细集料采用石灰岩机制砂（0-3mm），试验项目及结果见表2.

注意问题：

①.机制砂和石屑不是一回事。石屑是破碎石料时的下脚料，扁平颗

粒含量特别大，强度较差，使用中极易压碎。但是石屑是破碎得到的，表面粗超，对提高马氏稳定度及车辙试验的动稳定度的效果明显。

②.细集料的洁净程度，对沥青混合料的性能有极为重要的影响。 ③.细集料的粗糙程度，可采用细集料的棱角性（流动时间法）测定。 1.3 填充料

填充料采用石灰岩矿粉（其中掺入混合料总重1.5±0.3%的生石灰粉），试验结果见表3.

1.4 沥青

沥青为山东华瑞道路材料技术有限公司生产的SBS(I-D)改性沥青。试验结果见表4.

1.5 木质素纤维

由北京天成肯特来科技有限公司生产，经山东省交通科学研究所检测，各项指标符合JTG F40-2004技术要求。 2 配合比的确定

2.1配合比设计的原则

1.4.75mm通过率是SMA级配中最重要的参数。只有当4.75mm通过率小于30%，VMA才开始增加，粗集料的嵌挤作用才能逐渐得到发挥。

2.SMA必须具有互相嵌挤的粗骨料骨架。对于SMA-16、SMA-13的粗骨料骨架是4.75mm以上的粗集料。SMA-10的粗骨料骨架是2.36mm以上的粗集料。

3.马氏试件的VCAmin必须小于捣实状态下的的粗骨料骨架间隙率VCADRC。

4.VMA是否大于17%。

5.VV是否满足3-4%的要求。 2.2配合比设计过程综述

设计首先对原材料进行筛分，均用水筛法，对原材料各项指标进行测试。SMA-13型沥青混合料设计按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）设计方法确定合适的级配、最佳沥青含量及相应的体积指标。初次设计时调试了

省交通科研所的建议，SMA混合料沥青含量一般在6.0%左右。因此按6.0%的沥青含量对调试的三组级配分别进行马氏试件成型。在试件成型过程中，加入了占混合料总重1.5%的生石灰替代部分矿粉，同时加入了0.3%的木质素纤维。然后分别测试各项马歇尔技术指标，见表5。

优于其他比例。满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中相关要求。为准确确定混合料中的最佳沥青含量，以0.5%为间隔，调整沥青含量，制作马氏试件，试验结果见表6。

表 6

根据以上各项试验技术指标及路用性能要求，确定SMA-13沥青混合料生产配合比：

① ② 采用的设计级配为：

③ 热料仓集料指标计算：

通过以上技术指标的测定，最终确定SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料的生产配合比为：

配合比完全满足规范要求，可用于现场的正式施工。 注意问题：

①.SMA公称最大粒径的选用必须与压实层厚度相匹配，压实层厚度不宜小于公称最大粒径的3倍，

②关于击实次数 击实75次甚至以上，密度确实有所增加，但马氏密度增加很小，同时集料存在被击碎的情况。如果击实75次，空隙率扔采用4%控制，实际的空隙率要比击实50次的稍大些。相反，由于控制50次的空隙率是4%，那么对是实际施工来讲，空隙率将会更小些，即控制的压实度应该大些。

③SMA普遍采用体积设计，空隙率是配合比设计的最重要的指标。设计空隙率过小，将可能产生车辙流动变形，设计空隙率过大，路面宜引起水损害。因为当设计空隙率为4%时，施工压实度96%时的实际空隙率将是【1-96%×（1-4%）】=7.84%。

④SMA的粗集料嵌挤是通过石-石结构实现的，把4.75mm以上粗集料骨架间隙率作为粗集料嵌挤作用的衡量指标。如果在SMA-13压实混合料中4.75mm以上的粗集料间隙率VCAmix 比VCADRC大，就说明粗集料被填充的玛蹄脂撑开，粗集料未形成嵌挤，也就不是SMA级配了。

⑤SMA混合料的沥青饱和度VFA是取决于集料间隙率VMA及混合料空隙率VV的一个从属指标，只有沥青混合料填充到一定程度，才能达到要求的空隙率。在实际的配合比设计中，是完全有可能VV、VMA、VFA三个指标不能同时满足的。

⑥沥青用量与合成集料的毛体积相对密度有关，所有沥青混合料都是一样的，这是因为沥青用量和油石比都是沥青与矿料的质量比，而我们进行配合比设计是体积设计法。集料相对密度大的混合料，油石比必然减少，使体积比例大体相当。

⑦SMA马氏试验配合比设计的重点是各种体积指标、沥青用量，不是稳定度和流值，这是与普通密级配沥青混合料的最大区别所在。马歇尔稳定度低、流值大，SMA级配的高温稳定性不一定差，高温稳定性主要由车辙的动稳定度表征，马氏试验的目的主要是配合比设计时确定最佳沥青用量和施工过程中质量检验。

3. 结 语

SMA沥青玛蹄脂碎石混合料的配合比设计的具体步骤归纳起来是： ①材料选择，各种技术性质指标要满足要求。

②确定初试级配，以标准级配范围为基础，以4.75mm通过率为变化点，改

变3个不同的通过率（如：22%、25%、28%），三个级配均固定矿粉数量，0.075mm通过率在10%左右。同时使9.5mm的通过率在要求范围的中值左右，测定3种级配矿料的毛体积相对密度。

③测定4.75mm以上粗集料的松方相对密度，计算骨架间隙率VCADRC。 ④选择初试沥青用量，成型马氏试件，采用表干法测定试件的毛体积相对密度，计算最大理论密度，计算试件的空隙率（VV）、矿料间隙率（VMA）及粗骨料骨架间隙率（VCAmix），根据VMA大于17%及VCAmix小于VCADRC的要求，确定设计级配。

⑤取3个不同的沥青含量，间隔可为0.3-0.4%（一般可取油石比5.7%、60.%、6.3%）进行马歇尔试验，根据空隙率（VV），确定设计最佳沥青用量（OAC）.

⑥根据热料仓筛孔尺寸，确定生产配合比

参考文献：1. 徐培华等《公路工程混合料配合比设计与试验技术手册》

2. 中华人民共和国行业标准《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004 北京 人民交通出版社 2004.

3. 宁成金等 《沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）施工配合比控制》 公路交通科技 ，2008