1、沥青玛蹄脂碎石混合料路面(SMA),一、基本概念,SMA（Stone Mastic (Matrix)Asphalt）. 1.SMA在德国诞生 SMA以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世。第一条SMA路面始建于60年代中期的德国。 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玛蹄脂填充间断级配的粗集科骨架间隙而组成的沥青混合料。它的最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分。,在60年代，德国在研究能抵抗新型埋钉轮胎磨损的新铺罩面层时，发现采用木质素纤维或矿物纤维稳定剂，增加矿粉用量，使用改性沥青，组成的沥青玛蹄脂可以减轻钉子对路面的磨损，同时使沥青感温性变小。混合料中
2、沥青用量增加，由它来填充基本上是由单一粒径碎石组成的集料骨架的大孔隙，从而使混合料既保持OGFC表面功能好的优点，又克服耐久性差的缺点，尤其是使高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能、水稳定性等各种路用性能大幅度提高。这种新型的沥青混合料就是沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)。,70年代初，欧洲经历了两个罕见的炎热的夏季，发现许多密级配沥青混凝土路面出现了严重的车辙变形，唯有铺筑SMA的路面几乎没有车辙变形。从此在欧洲很多国家开始将SMA用于承受重交通荷载及高轮胎压力的道路和机场道面。,2。SMA在美国的发展和改进,1990午9月美国AASHTO、FHWA等联合派出了大型代表团到欧洲考察了瑞典、
3、丹麦、德国、意大利、法国、英国等。第二年即1991年决定学习欧洲的SMA技术，当年便有23个州采用这种结构铺筑了高速公路表层试验段，该技术很快风靡美国，尤其是马里兰州和乔治亚州使用最多。,二、SMA的组成特点和形成机理,1、SMA的组成特点目前通用的沥青混合料按照各种成分的比例和排列的不同，可以有两种类型：一种是根据连续级配的原理组成的密级配沥青混合料，矿料级配基本上是按照富勒曲线的指数原理构成的，即0.45次方的规律。,我国的AC 型密级配沥青混凝土基本上符合此规律，这种级配的混合料属于悬浮式密实结构。悬浮式密实沥青混合料的结构源于粗细集料之间的嵌挤(内摩擦力)和沥青矿粉结合料的粘结力的支撑
4、。,(2) 另一种是基本上依靠集料嵌挤作用的混合料，我国以前常用的贯入式沥青碎石、沥青表面处治，以及拌和式沥青碎石混合料都属于此类型。这种混合料实际上是一种骨架空隙结构。SMA则是一种全新意义上的沥青混合料，它是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料接近于我国的沥青碎石混合料的空隙中用丰富的沥青玛蹄脂填充的情况。顾名思义，SMA的组成有以下特点。,（1）SMA是一种间断级配的沥青混合料，以SMA16为例，4.75mm以上的粗集料，颗粒的比例高达7080%，其中9.5mm以上的占一半，矿粉的用量达813%，0.075mm筛的通过率一般高达10，粉胶比远超出通常的1.2的限制值，由
5、此形成间断级配，很少使用细集料。AC沥青混凝土，4.75mm以上的一般仅占3050%。,SMA级配与AC、AM级配的比较,SMA-13与AC-13级配曲线比较,不同沥青混合料的矿料级配曲线,密级配沥青混凝土与SMA剖面图比较,AC， SMA,SMA,(2)为加入较多的沥青，一方面增加矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂，通常采用木质素纤维，用量为沥青混合料的0.3，也可采用矿物纤维，用量为混合料的0.4。 (3)沥青结合料用量多，比普通混合料要多1以上，粘结性要求高，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，以改善高低温变形性能及与矿料的粘附性；(4)SMA的配合比不能完全
6、依靠马歇尔配合比设计方法，主要由体积指标确定，马歇尔试件成型双面击实50次，目标空隙率24，稳定度和流值不是主要指标，沥青用量还可参考高温析漏试验确定。车辙试验是重要的设计手段。,(5)SMA的材料要求：粗集料必须特别坚硬、表面粗糙，针片状颗粒少，以便嵌挤良好；细 集料一般不用天然砂，宜采用坚硬的人工砂；矿粉必须是磨细石灰石粉，最好不使用回收粉尘。(6)SMA的施工与普通沥青混凝土相比，拌和时间要适当延长，施工温度要提高，压实不宜采用轮胎碾。综合SMA的特点，可以归纳为三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少，掺纤维增强剂，材料要求同，使用性能全面提高。,三、SMA对材料的要求,1沥
7、青结合料SMA混合料中沥青结合料的质量必须满足沥青玛蹄脂的需要，要有较高的粘度，符合一定的要求，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。北京市附近的华北地区，高速公路用90号沥青，SMA路面宜采用70号沥青，长江以南地区的SMA可考虑采用50 号沥青，即使在辽宁中部，也可考虑采用70号沥青铺SMA路面。,SMA路面对沥青结合料的要求比普通的沥青混凝土要高，但是否定需要用改性沥青、国际上并无一致的肯定的结论。这是因为各个国家、地区的气候条件和交通条件不一样，而且与经济实力也有很大关系，另外与厂商的立场和宣传也有关系，例如，生产纤维的公司往往夸大纤维的功效，排斥使用改性沥青；改性沥青公司则往往宣传必须
8、使用改性沥青。不过从总的发展趋势来看，使用改性沥青是个方向。,比较典型的是德因，在1996年修订规范时对沥青规定了在特殊情况下应使用改性沥青，这是德国政府部门的意见，所谓特殊情况主要是指高速公路、大交通量道路、炎热地区等等。在美国不少州都规定了必须使用改性沥青。法国、日本、澳大利亚等许多国家在铺筑SMA时大都使用改性沥青，在欧洲南部的意大利、葡萄牙等炎热地区，规范规定SMA必须使用改性沥青铺筑，使SMA的优点更加得到充分地发挥。,在北京市，由于考虑到北京地区夏季酷暑、冬季严寒的具体情况，在提高高温稳定性的同时，还担心在低温性能方面达不到要求，所以这几个工程都采用了改性沥青。机场高速公路采用盘锦
9、欢喜岭沥青AH90及4%PE+2%SBS综合改性剂后，对其高温稳定性没有任何怀疑，但低温抗裂性能有没有提高，有些不放心。为更多照顾低温性能，机场东跑道改用日本根岸炼油厂所生产之AH110号重交通道路沥青，并改用3PE+3SBS综合改性，增加SBS用量。,北京地区SMA改性沥青主要指标,从总体上说，SMA和改性沥青是从矿料级配和沥青结合料两个方面改善沥青路面的质量的，是采用SMA一个途径，还是改性沥青一个途径，还是同时采用改性沥青和SMA两个途径，这就看使用者的目的以及经济实力了。,对最大粒径为13mm及16mm的SMA及AC两类混合料，使用改性沥青及不改性的沥青进行车撤试验及马歇尔试验(沥青为
10、欢喜岭AH90号)试验结果如表。改性沥青效果更大一些.,SMA及AC混合料的沥青改性与否的影响,沥青改性与否对沥青混合料性能影响,2.粗集料,SMA之所以有较高的高温稳定性，是基于含量多的粗集料之间的嵌挤作用。集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚韧性，集料的颗粒形状和棱角性。可以说，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。因此，用于SMA的粗集料必须符合抗滑表层混合料的技术要求，同时，SMA对粗集料的抗压碎要求高，粗集料必须使用坚韧的、粗糙的、有棱角的优质石料，必须严格限制集料的扁平颗粒含量；所使用的碎石不能用颚板式轧石机破碎，要用捶击式或者锥式碎石机破碎。,粗集料的针片状颗粒含量
11、是个重要指标，粗集料表而的粗糙度非常重要辽宁省沈山高速公路大业料场的玄武岩，非常致密，相对密度接近3.0，吸水率很小，各项指标都达到要求，但破碎表面不粗糙，与沥青粘附性差，混合料油膜很薄，致使马歇尔稳定度及车辙试验动稳定度很小，无法用于SMA。,35mm的粗石屑在集料分类上也属于粗集料，它在SMA级配中是位于间断级配的中断部分的，用量必须尽量减少，在首都机场高速公路和首都机场东跑道沥青面层中，这部分的比例仅为910。由于用量很少，如果采用优质石料实在有困难，也可采用普通的石灰岩石料。不过在美国也有以35mm为粗集料骨架的SMA5级配。,3。细集料,细集料在SMA中只有很少的比例。往往不超过l0
12、，然而细集料对SMA的性能影响也不小。在欧洲，采用SMA时，细集料一般要求用人工砂，即机制砂。在德国规范有关SMA级配规定，机制砂与天然砂的比例必须大于11，即机制砂必须多于天然砂。由于机制砂是采用坚硬岩石反复破碎制成，所以它有良好的棱角性和嵌挤性能，对提高混合料的高温稳定性有好处。 我国规定SMA不宜使用天然砂.,天然砂与人工砂、石屑在使用于沥青混合料时，使用性能有很大的差别。由于天然砂一般比较坚硬，尤其是海砂，往往有较好的耐久性。但是天然砂与沥青的粘附性往往较差，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒，所以对高温抗车辙能力极为不利。相反，石屑由于是破碎石料时的下脚料，基本上是石料中较为薄弱的部分首先
13、变成石屑剥落下来，所以石屑中扁平颗粒含量特别大，而且强度较差。,4。填料,在普通沥青混合料中，矿粉的的数量一般不会超过沥青用量的1.2倍，太多了不仅拌和困难，而且对混合料的性质也有影响。而SMA需要的填料数量远远超过此比例，一般达到1.82.0，这是由于纤维帮助矿粉沥青团粒起到分散作用的缘故。,矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗、细集料产生粘附作用，所以沥青矿粉混合料才是真正的沥青结合料。在SMA中，矿粉用量比普通的沥青混凝土要多一倍左右，矿粉的质量尤为重要，采用石灰石矿粉的亲水系数都小于1，与沥青有良好的粘附性，同时矿粉的细度也应符合要求，小于0.
14、075mm的含量应大于75。,对干法除尘的集尘布袋所回收粉尘能否使用的问题，德国和美国规范并没有规定，但Bellin指出应使用磨细石灰石粉，不能使用回收粉尘。在欧洲SMA要求不用回收粉尘，但美国密苏里州规定可以用水泥，英国的一个推荐规范也规定可以用水泥。据了解不得使用回收粉尘的理由是粉尘中含有不少尘土，同时粗细集料中的石粉经过明火燃烧，高温处理，会变得发脆。AASHTO在SMA规范建议中明确规定回收粉不得超过50，过度使用回收粉将使玛蹄脂部分劲度明显增大。,5。纤维稳定剂,（1）纤维稳定剂在SMA中的作用在沥青混凝土中使用增强纤维，已有二十多年历史。早期在水库的沥青衬砌中掺加石棉纤维，曾经取得
15、过良好的防止开裂渗水的效果，现在纤维的种类已经很多，主要有木质素纤维、矿物纤维、有机纤维三大类，另外还有玻璃纤维，不过很少使用。,制造沥青玛蹄脂碎石混合料时必须采用纤维稳定剂,在缺乏纤维的情况下，可使用改性沥青代替，但不能完全起到纤维的作用。最早在德国发现加了纤维以后可以有效地提高混合料的高温稳定性和抵抗埋钉轮胎的磨耗,后来纤维逐步成为SMA的必须成分，其原因与SMA使用较多的矿粉与沥青结合料有关。纤维有以下作用。,加筋作用:在SMA混合料中掺加纤维，纤维在混合料中以一种三维的分散相存在，犹如农民盖土坯房时向抹墙的灰泥小掺加草筋一样，也象各种钢纤维混凝土、土工格栅、土工布等等加筋材料一样，可以
16、起到加筋作用。分散作用：如果没有纤维，用量颇大的沥青矿粉很可能成为胶团，不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看见“油斑”存在，纤维可以使胶团适当分散。,吸附及吸收沥青的作用：在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附(表面)及吸收(内部)沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性。稳定作用：纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，对高温稳定性也有好处。,增粘作用，提高粘结力：纤维将增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。,（2）木质素纤维木质素纤维是
17、天然木材经过化学处理得到的有机纤维。由于处理温度高达250以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为般的溶剂、酸、碱腐蚀。未经处理的木质素纤维也用作食品添加剂，是减肥食品，所以对人体无害，不影响环境，不造成公害。,木质素纤维要求,德国JRS公司是世界上有名的纤维生产商，据介绍，现在德国JBS公司生产的本质素纤维市场占有率达到80。该公司生产松散纤维已有二十余年的历史，生产颗粒纤维也有十余年历史。该公司的木质素纤维有两种型号。,ARBOCEL ZZ 8/1是一种经过技术处理的天然木质素纤维素，呈灰色，具有可再生及不污染环境的特点，除用于改性沥青外，广泛用于各种材料的填充剂及载体、吸收剂等。,
18、路用木质素纤维,施工现场添加ARBOCEL纤维的情况,厂家事先将纤维包装成1kg一个的塑料小包，工地上利用皮带运输机将小包送到拌和楼上，再由人工投入拌和锅中，塑料包遇热熔化，纤维被集料打散。,机场东跑道使用的是JRS公司的VIATOP66，它是将木质素纤维与沥青按2:1质量比拌制成的颗粒状产品。现在JRS公司也生产VIATOP80，是将木质素纤维与沥青按4：1质量比拌制成的颗粒状产品。产品为灰色固体圆柱形颗粒，平均颗粒长度28mm，平均颗粒厚度4mm，单位体积质量约500g/ L，所采用的沥青是德国道路沥青，25针入度3550（0.1mm），软化点5459。,颗粒状,由于含有33的沥青，故实际
19、用量需按比例增加。据厂方介绍，VIATOP比ARBOCEL更易在短时间内与沥青混合料拌和均匀。对松散纤维和颗粒纤维的比较试验可以发现，松散纤维的拌和均匀性要优于颗粒纤维，吸油能力强。但颗粒纤维的最大优点是添加方便，便于机械化施工。对颗粒纤维来说，在这么短的时间内，纤维能否在混合料中分散开尚有待证明。,对木质素纤维究竟是使用松散的好，还是使用颗粒状的好，目前有不同的说法。JRS公司声称VIATOP比松散的ARBCEL更易在短时间内与沥青混合料拌和均匀。可是在欧洲和美国使用颗粒状的甚少，日本使用纤维数量不少，但一般不使用颗粒状纤维。究其原因恰恰是颗粒在拌和过程中能否充分分散，无法检验。有33(或2
20、0)的沥青，也当纤维卖了高价，价格上不合算。,另外，颗粒纤维在实验室如何检验其分散性，试验方法还不完善，室内小拌和机干拌是拌不散的，湿拌是否散开又无法鉴别。那么在拌和楼中干拌能否打散，湿拌情况下是否分散开，凭肉眼观察也是分辨不清的。所以许多国家仍然致力于添加松散的纤维。,河北省开发的颗粒状纤维添加设备是利用风力将松散的颗粒纤维送到拌和机上的小料斗中，再由一个质量传感器称量，定时投入拌和锅中与干矿料拌和，也可由人工量取一定体积的纤维直接投入拌和锅中拌和。,山西交研院的颗粒状木质素加料机,人工投料系统 在早期，技术还处在较低水平，人们多采用人工向沥青搅拌机里投放纤维，,人工投料系统图,自动投料系统
21、 由安装于沥青搅拌站底部的投料机经称量装置按配方比例精确计量后，自动投入沥青混合料里。,纤维投料机,纤维设定装置,纤维自动分离器,纤维自动加入称量装置,为了确保纤维均匀分散在SMA混合料中，美国公司配置了一种向连续式拌和机或间隙式拌和机添加纤维的设备。成包的纤维装入纤维添加设备的料斗中后，首先被螺旋升送器打散，然后采用风动原理使纤维充分分散。纤维计量由螺旋升送器调节，得到精确计量。间隙式拌和机的纤维投放是每拌和一盘，在沥青开始喷出1s钟后通过一个直径150mm的圆管同时喷入拌和缸，纤维立即被沥青裹覆，再与矿料拌和均匀。,美国添加松散木质素纤维的专用设备,将松散的纤维，包括木质素纤维、矿物纤维、
22、有机纤维真正一根一根的分散开，与沥青混合料充分拌和，是使纤维充分发挥作用的关键。从这个意义上讲，美国公司等开发的风送式纤维送料机，对解决纤维均匀分散问题起到了重要的作用。,河北省研制的松散纤维添加设备,我国一些单位如吉林省公路局宝恒科技发展有限责任公司，研制了松散的木质素纤维，通过了有关鉴定，并已经在吉林和山东省的一些工程中应用，取得了良好的效果。其他不少地区也已开始与木材纤维厂合作开发专供SMA用的木质素纤维及专用设备。,（3）矿物纤维,在矿物纤维中，最早使用的是石棉纤维，北京市公路局在修建首都机场高速公路、八达岭高速公路和东西长安街时，由于缺乏合适的纤维，一直使用国产的石棉纤维。据了解，国
23、外一开始也曾使用过石棉纤维，现在已经很少使用了，一些工业发达国家已经禁止使用石棉纤维。为了环保及保护人体健康，将来，石棉纤维终将为其他纤维所代替。,位于美国佛罗里达州迈阿密的斐伯兰德公司（fiberand TM)是北美及南美最大的生产矿物纤维的公司，所使用的矿物是玄武岩、如图是矿物纤维的形态。,玄武岩矿物纤维,据美国FHWA的建议，矿物纤维的用量要求为混合料的0.4，木质素纤维的用量要求为混合料的0.3。按规定加入纤维后，混合料的干拌时间需延长5s10s，湿拌时间需增加5s(木质素纤维)或5s以上(矿物纤维)。从放大的照片可以看出，矿物纤维表面直而光，而木质素表面柔曲且有绒毛，可吸附沥青的比表
24、面较矿物纤维大得多。,美国SMA设计时矿物纤维标准,（4）聚合物有机纤维在有机化学纤维中，聚脂纤维(涤纶)和丙烯酸纤维(腈纶)是最通用的纤维品种。美国PETROFLEX聚脂纤维也被用在沥青混合料中作为稳定剂，用量为0.150.3，即每吨混合料用1.36kg2.72kg，由于纤维的作用，沥青用量要增加0.20.3。据宾夕法尼亚州立大学的研究和在公路中的应用实践，聚脂纤维使混合料性能得到了普遍的提高，疲劳寿命提高2545车辙减小了4553。,Kapejo公司的聚脂纤维Bonifibers是1970年由DuPont公司的化学工程师Boni Philip Martinez研制的，已在美国许多州使用，超
25、过1000个工程。尤其多用于桥面铺装中. Kapejo公司的聚醋纤维由低熔点聚乙烯包装后投入拌和罐，用量为0.25，在投入集料和矿粉后投入纤维，干拌最少30s，湿拌不少于1min，集料加热温度208235，要求混合料温度19012。,四、SMA混合料的配合比设计,SMA混合料的配合比设计,采用马歇尔试件的体积设计方法进行，马歇尔的稳定度和流值不作为配合比设计接受或者否决的唯一标准。马歇尔试件每面击实50次，（对于集料坚硬不宜击碎，通行重交通的路段，也可双面击实各75次）。,配合比设计检验： 除沥青混凝土配合比设计规定项目外，SMA混合料的配合比设计还必须进行谢伦堡析漏试验及肯特堡飞散试验。,五
26、、SMA施工及质量管理,（一）改性沥青及SMA施工温度对于公路改性沥青路面的施工，应该说与普通的热拌沥青混合料路面除了在施工温度上应该根据改性沥青的粘度适当提高之外，基本上没有什么区别。至于温度提高多少，要视改性剂的品种和剂量确定。一般情况下，可在普通沥青混合料施工温度的基础上提高1020。如为SMA混合料，由于需要加入较多数量的冷矿粉，则拌和温度需要更高一些。不仅施工如此，室内试验也应该提高温度进行。,例如：SBS改性沥青： 沥青加热温度：106165 改性沥青现场制作温度：165170 成品改性沥青加热温度：不大于175 集料加热温度：190220 改性沥青SMA混合料出厂温度：17018
27、5 摊铺温度，不低于160 初压开始温度，不低于150 碾压终了的表面温度，不低于90,（二）改性沥青及SMA混合料的拌制,对改性沥青混合料及SMA混合料来说与普通的热拌沥青混合料有以下不同之处。(1)对现场制作改性沥青的拌和厂来说，需要在现场设置改性沥青制造设备。拌和厂的沥青贮罐与拌和机之间必须有足够的空旷的场地。由于制作改性沥青的基质沥青的温度一般要求达160170，加温沥青的导热油炉的功率要比普通拌和厂的大些。改性沥青制造设备在启动时的电流需要很大，应该特别注意电力负荷。,改性剂必须存放在室内，不得受潮，改性剂存放的的间也不宜太长，防止老化，是否老化可以从改性剂的颜色是否发生明显变化作出
28、初步的判断。,(2)除了温度因素外，SMA为间断级配，粗集料粒径单一，量多，细集料很少，矿粉用量多。这给混合料的拌和带来不少困难。为此应该在料斗、料仓的安排上下功夫。首先是冷料仓，粗集料数量多，一个料斗经常不够，可能就会发生冷料仓数量不够的问题。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(亏料)，而细集料仓经常溢仓的不正常情况。控制室的操作员如果随意调整放料的数量，将使SMA的配合比乱套。,(3)SMA所需的细集料数量很少，某工程的配合比中，石屑和砂各4，即使都使用石屑一共才8。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
29、露天的，下雨受潮，小小的冷料仓料口漏不下来，开大了才可以漏下来，但细集料量就多了。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，细集料就不能是露天堆放加棚盖就显得十分必要了。,(4)SMA的矿粉需要量比一般热拌沥青混合料要增加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)从原则上讲，SMA不能使用回收粉尘，所以回收粉尘必须废弃。可是我国的粗细集料往往比较脏，回收粉尘还特别多，回收装置很快就会满了。如果彻底不用回收粉尘，只有将回收粉尘排放出去。如果用袋式除尘法集尘，再用装载机接粉尘，自流式排空一次约需1h1.5h。这就严
30、重影响拌和机的生产率。一种办法是将回收粉尘通过管道连接出去，直接排放到水塘里清除，或排到汽车或拖拉机上运走废弃。,不过这样肯定将严重影响矿粉比例，实践证明，回收粉尘的数量可能达到4左右，补充这部分粉尘只能增加新矿粉，使实际操作又发生困难，所以有时不得不想办法利用回收粉尘中的非泥土部分,将集料部分送入拌和机。例如、首都机场东跑道施工时，采用了将回收粉尘过筛，稍粗的仍然回到拌和机，太细的粉尘排放废弃。尽管如此，拌和过程中，真正拌和的时间还是受到一定影响，放料、等料、排料的时间占去不少。由于以上这些原因，SMA的生产率只及AC25的三分之二。用日本日工NBD120AU型拌和机正常情况产量为120t/
31、h，SMA产量只有80t/h左右。,当回收粉尘被废弃时，要测定废弃料的级配和数量，通过抽提确认混合料中的真正的矿粉数量，保证0.075mm通过率在810范同内。不符合此要求时，要调整上料配合比和矿粉数量。,(6)SMA必须使用纤维，多一种材料就要多一个供料口，上纤维的方法必须予以考虑。近年来我国铺筑的一些SMA 工程，基本上都是人工加纤维的。加料口可以采用拌和锅侧面的观察窗，由工人直接将纤维投入拌和锅中。颗粒纤维采用一个容器定量投入，每拌和 一锅倒入一捅。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两包，聚乙烯塑料袋在集料干拌时熔化，本身也是改性剂。必须在粗集料放料的同时投入纤维，利用
32、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仓的信号，防止错过时间。,另一种方法是在下面将纤维包加入集料提升斗，在提升过程中将塑料袋熔化，纤维打碎的效果比从上面拌和锅投入还要好些。为了使纤维充分分散均匀，一般需要增加干拌时间5s10s，湿拌可不再增加时间。,颗粒状纤维尽管上料比较容易，但能否在拌和混合料的短时间内将颗粒纤维分散开，一直是个疑问、因此许多国家基本上并不使用颗粒纤维，而依然使用分散纤维。在这种情况下，松散纤维如何投入便成了技术难题：美国公司的木质素纤维喂料机是利用机械将纤维打碎，再利用风力将已打碎的纤维分散并送入拌和机的拌和锅中。这种设备既适用于连续式拌和机，也适
33、用于间隙式拌和机。,河北省交通科学研究所也开发了类似的松散纤维喂料机，采用风送法加入松散纤维的时间与喷沥青结合料的时间相同，使纤维在空中首先碰到沥青，然后与矿料拌和，使纤维进一步分散均匀。由于拌和锅内有一股向上抽风产生的负压，纤维喷入时如何能够不被吸入除尘装置，是个技术上的难题。,美国添加松散木质素纤维的专用设备,河北省研制的松散纤维添加设备,(7)改性沥青及SMA混合料拌和以后，不能象普通沥青混合料那样贮存太长的时间，这是因为贮存时间太长将使混合料表面结硬成一个硬壳。而且SMA的沥青用量要比普通的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。因此一般规定改性沥青或SM
34、A混合料的贮存都不能过夜，即当天拌和的必须当天使用完。,为了提高混合料的拌和水平，对我国普遍使用的间隙式拌和机，必须配备配合比和温度的自动检测和记录设备，以便了解到矿料级配和拌和温度的真实数据，这对宏观控制沥青混合料的数量和厚度也很有用。,改性沥青与SMA要求在较高温度下拌和，不等于温度可以无限制的高，如果温度太高，同样会影响沥青混合料的质量，俗称将混合料“炒糊了”，改性沥青也会严重老化，而失去粘结力。正常的出料温度要根据改性剂和沥青标号的不同作出严格的规定。例如SBS改性沥青SMA混合料出厂温度170185。,（三）改性沥青及SMA混合料的运输和摊捕,由于改性沥青和SMA的沥青玛蹄脂的粘性较
35、大，运料车的车厢底部要涂刷较多的油水混合物。而且为了防止运料车表面混合料结成硬壳，运料车运输过程中必须加盖苫布。运料车的数量也要适当增加。,改性沥青混合料粘度较高，摊铺温度高，摊铺阻力要比普通混合料大。当下层洒布粘层油时，一般的轮胎式摊铺机将可能顶不动运料车，产生打滑现象，所以对改性沥青一般需要使用履带式摊铺机摊铺。而且摊铺机的摊铺宽度也不能象普通混合料那样伸长太多。,热拌沥青混合料的最低摊铺温度根据铺筑层厚度、气温、风速及下卧层表面温度确定。每天施工开始阶段应采用较高温度的混合料。SMA摊铺温度比普通沥青高1520。,沥青混合料的最低摊铺温度,为了保证路面的平整度，要按照规范要求做到缓慢、均
36、匀、连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿，所以摊铺机的摊铺速度要慢一些，一般不超过34 m/min，有时甚至放慢到12m/min左右，这对摊铺机手的操作技术要求较高。铺筑改性沥青或SMA路面时应采用非接触式平衡梁。,对SMA混合料，混合料的可压实余地很小，松铺系数要比普通混合料小得多，用ABG摊铺时，有时甚至不超过1.05。混合料的铺筑厚度可以在摊铺时测量控制好，不必再等钻芯测定。,（四）、压实与成型,SMA路面的压实应符合以下要求： （1）除沥青用量较低，经试验证明采用轮胎压路机碾压有良好效果外，不宜采用轮胎压路机碾压，以防将沥青结合料搓揉挤压上浮。 （2）SMA路面一般应
37、采用振动压路机或钢筒式压路机碾压。振动压路机应遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，即紧跟在摊铺机后面，采取高频率、低振幅的方式慢速碾压。如发现SMA混合料高温碾压有推拥现象，应复查其级配是否合适。,碾压SMA必须密切注意压实度的变化，对SMA结构来说，过碾压是个大忌。过度碾压会变成象含水量很大的弹簧土路基一样，无法稳定。所以只能通过严格控制碾压遍数的方法控制压实度。一般初压用10t钢碾紧跟在摊铺机后面压12遍，复压用钢碾静压34遍，或振动压路机振动碾压23遍，最后用较宽的钢性碾终压一遍即可结束。,SMA混合料的碾压是一项极其重要的工作。目前,中国基本遵循欧洲、美国的碾压方式,即刚性碾压,不容
38、许使用胶轮压路机碾压。但是, 某单位在SMA混合料的铺装过程中,通过试验路验证及实体工程实践,发现只要操作得当,SMA配合比适宜,采用胶轮压路机碾压并未出现象许多欧洲国家担心的泛油、沥青玛蹄脂部分上浮、抗滑性能降低等病害,相反,经胶轮压路机碾压的SMA路面,压实度可以得到充分保证,可以最大限度地改善SMA路面的防水性能。,在SMA10、SMA13试验段铺装过程中,有意使用了4种碾压方式:钢轮静碾(46遍);钢轮低幅振动碾压(46遍);钢轮静态初碾(1遍)+胶轮碾压(34遍)+钢轮收迹(1遍);钢轮振动初碾(1遍)+胶轮碾压(34遍)+钢轮收迹(1遍)。4种碾压方式成型的SMA的路面空隙率抽检结
39、果如表。,不同碾压方式时SMA路面的空隙率,从表可以看出,采用单纯的钢轮压路机动态碾压或钢轮压路机振动碾压,SMA路面的空隙率均偏大,但钢轮振动+胶轮+钢轮收迹碾压方式成型的路面空隙率偏小,况且路表面层采用振动碾压方式对路面平整度不利,因此,钢轮静压+胶轮+钢轮收迹碾压方式是较理想的碾压方案。,从工程实践来看,SMA的碾压采用胶轮压路机时,应注意如下事项:SMA混合料的集料公称粒径小于10mm或SMA10的油石比偏大时,不宜采用胶轮压路机,否则易泛油或沥青胶泥上浮,影响表层抗滑性能。铺装厚度与集料最大粒径比的大小也直接影响碾压效果。象中国常用的较薄面层、较粗的集料、低油石比的SMA混合料,采用
40、胶轮碾压是没有什么问题的。在大规模铺装SMA路面前,必须铺筑一些试验路,摸索最佳的碾压方式和碾压组合。,由于SMA的结构组成的特点，粗集料的用量大到70以上，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，一般有85以上，压路机可以碾压下去的程度极小，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，前轮前面不会发生明显的推拥，级配良好的SMA可以说几乎看不出有任何推拥现象。,判断是不是SMA的试金石，即“能否在高温状态下用振动压路机碾压而不产生推拥是鉴别是不是真正的SMA的重要标志”。如果产生推拥现象，说明粗集料没有充分嵌挤好，或者嵌挤作用没有
41、充分发挥，那就不是真正的SMA。据了解，有时压实SMA时，与普通混合料一样，只能经得起轻碾初压，温度还不能太高，否则前面就严重的推拥，对这样的混合料，可以断言它并不是真正的SMA。,（五）、改性沥青与SMA路面的接缝,改性沥青及SMA路面的接缝处理要比普通混合料困难一些。如果到第二天处理接缝，将会发现改性沥青SMA混合料非常坚硬，不仅洋镐刨很困难，就连用切割机切缝都很困难。所以无论如何要想办法防止出现冷接缝。用两台摊铺机成梯队摊铺时，如果相距太远，纵向接缝也有可能不能保持热接缝状态。,由于改性沥青和SMA混合料的拌和较慢，混合料供料速度跟不上摊铺速度的情况时有发生，接缝冷却成为冷接缝的问题又难
42、以避免。路面太宽时，摊铺时最好在边部设置挡板，冷接缝就可以不必另行处理了。还有一种办法是在最后一遍碾压时，压路机边上拖一把切刀，在碾压的同时将边缘切齐。,(六)、SMA混合料质量控制,SMA混合料制造过程中的质量控制与普通热拌沥青混合料并没有大的差别，主要是下列四方面：（1）拌和温度。改性沥青的原材料和成品温度、集料烘干加热温度、混合料拌和温度及混合料的出厂温度，应该严格按照施工规范或技术要求的规定，随时随地进行检验。,(2)矿料级配。对间隙式拌和机，必须要求逐盘打印各个热料仓的材料质量、矿物质量及一盘混合料的总质量随机计算出矿料级配，与标准配合比进行对照。SMA的标准级配范围本身就比普通沥青
43、混合料的容许范围窄得多，其配料误差的要求也比普通沥青混合料的严格。对纤维的质量误差不应该超过要求数量的10%。,沥青混合料矿料级配施工要求,(3)沥青用量(油石比)。要求油石比误差不能超过0.3。(4)尽管马歇尔试验的稳定度和流值并不象普通热拌沥青混合料那么重要，但马歇尔试验仍然是拌和厂最主要的质量检测项目。其目的首先是检测混合料试件的密度和空隙率、VMA、（矿料间隙率）、VCA（粗集料骨架间隙率）、VFA（试件的有效沥青饱和度）等四大体积指标，以确定它是否满足SMA构成的必要条件。同时检测马歇尔稳定度和流值，测试稳定度和流值的目的主要是看试件质量的稳定性，是否能稳定在一个基本上不变的水平上。
44、,（七）、改性沥青和SMA质量检测,(1)对SMA混合料的马歇尔试验，最主要的指标是空隙率、VMA（矿料间隙率）、VCA（粗集料骨架间隙率）、VFA（试件的有效沥青饱和度）等四大体积指标。稳定度和流值并没有象普通沥青混合料那么重要，如果遇到不合格，只要不相差太大，没有必要太在意。但四大体积指标则一点都不能含糊，这就要求从材料本身的相对密度开始就测定的非常准确。,（2）压实度，对沥青混合料使用改性沥青后，有可能使钻孔取样发生困难这就使压实度的检测发生困难。有的改性剂(或玛蹄脂部分)在钻孔过程中发热熔化粘附在钻头上，破坏了钻孔试样的完整性；有的试件沥青与下层之间的粘结力很大，使钻孔试样很难取出；有
45、的取出的混合料试样，因为内部的改性沥青玛蹄脂从原来的四周有约束的状态变成无约束的自由状态，试件表面不再是普通的光滑的状态，由于橡胶的弹性使玛蹄脂鼓出试件表面，变成了许多玛蹄脂的棱；,还有的改性沥青混合料路面结构第二天似乎没有完全硬化钻孔有困难，有的钻散了，必须等好几天才能钻孔。使得有的改性沥青SMA路面的钻孔取样变成几乎不能实现，所以这些改性沥青SMA工程施工时，实际上不再钻孔取样检测压实度。,为了弥补不能钻孔实测压实度的问题，唯一的办法是增加核子密度仪的检测次数，对改性沥青和SMA混合料，尤其是表面构造深度较大的情况，核子密度仪的准确性较差，即使表面铺砂填充了，效果也不见得好多少，所以核子密
46、度仪测试次数少了，误差波动很大，没有什么大的价值，必须多多地测量，取平均值，也只能作为参考，很难成为压实度的检测依据。在这种情况下，更重要的是严格控制碾压遍数，有专职的技术人员观察碾压情况，要求压实达到要求，又防止过碾压。,（八） 改性沥青和SMA工程容易产生的问题,(1)过碾压。对SMA路面来说，由于它的集料嵌挤作用，可压实程度不大，压实度比较容易达到，可是粗集料之间还是有一层沥青结合料膜，在高温状态下，它起相当于润滑油的作用，所以只有在温度降下来以后才能稳定，在高温状态下碾压，沥青结合料的粘度毕竟很低，集料的嵌挤也只是棱角部分接触，反复地碾压，集料之间不能达到最终稳定状态，不管碾压多少遍，
47、粗集料之间的相对位置总可以多少有些位移，只能是集料不断地往下走，玛蹄脂一点点地向上浮，这是一对矛盾的两个方面，正因为如此，SMA结构就特别容易出现过碾压的毛病，除了可能压碎碎石外，还会使玛蹄脂部分上浮，构造深度减少，达不到SMA的目的。,因此虽然SMA在高温下可以方便地碾压，而且主要依靠粗集料的嵌挤达到稳定，但过碾压是SMA的大忌。在碾压过程中，要求必须特别注意表面构造，以便有适宜的构造深度，通常以保持在1.0mm1.5mm为好(与最大粒径有关)，构造深度太小可能是过度碾压造成的。,(2)出现油斑。SMA路面通车后出现油斑也是常见的一种病害。而且经常是几块油斑挨在不远处出现，,这是由于SMA的
48、纤维拌和不均造成的，它常出现在用人工添加纤维的工程中，人工添加纤维不可能很均匀，不能保证在同一时间投人，甚至有可能忘记投人纤维。由于漏投、晚投、少投纤维，干拌时间不够，纤维没有充分分散，沥青用量就会不均匀。另外的原因可能是纤维稳定剂数量不够，材料出现离析，沥青用量不均，过多或过少。经过一段时间的行车使用，就会出现沥青集中在一 起的油斑。正因为不均匀拌和是以拌和锅为单位的，所以一车摊铺的路段就会出现好几块油斑，集中在相距不远的地方，这种地方有可能引发车辙变形。,要想没有油斑，最根本的措施是将人工投人纤维的方式改变为机械自动化投入，同时防止纤维受潮和成团。在施工过程中，发现沥青析漏，必须立即采取措
49、施。首先适当降低施工温度，但一次不要降得太多，逐步逐步地降，以寻找合理的不析漏的施工温度。其次核实沥青结合料用量，必要时适当降低油石比。最后检查纤维数量是否准确，有没有漏加或少加。如果仍然有析漏问题发生，必须检查混合料级配，从根本上找原因。,(3)对改性沥青来说，碾压成型温度不够高是常见的毛病。通常低于130碾压的效果就很差了。如果在低温时找平、碾压，表面就可能出现不平整的修补痕迹。(4)发现有的改性沥青SMA沥青面层在开放交通后几天或更长一段时间内，路面结构似乎没有完全硬化，有些大吨位运料车在转弯时能使表面出现掉粒，或出现轮印，可大部分工程又没有这种情况。为什么会出现这种情况，其原因目前还不清楚，施工单位如发现这种情况，要加强早期交通的控制。,六、改性沥青与SMA混合料的性能,（一）马歇尔试验,一方面马歇尔试验的稳定度、流值并水是SMA的很重要的指标，重要的指标是其体积指标，包括空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率、沥青饱和度这四项指标。另一方面，马歇尔试验仍然是改性沥青混合料和SMA结构的主要试验方法，除了配合比设计阶段外，尤其是施工阶段阶段，马歇尔试验仍不失为最简单、实用的试验方法。不过它的目的仍然主要是检查空隙率，同时也对稳定度和流值进行检验。,
