CH7沥青玛蹄脂碎石混合料铺面新材料PPT

1、铺面工程新材料,CH7 沥青玛蹄脂碎石混合料,第一节 SMA的基本概念与特性,一、SMA的基本概念与形成机理 1. 基本概念 沥青玛蹄脂碎石（Stone Matrix Asphalt或Stone Mastic Asphalt），简称SMA。 由沥青结合料、矿粉、纤维与细集料组成的沥青玛蹄脂结合物填充间断级配的粗集料骨架间隙所形成的沥青混合料。 热拌热铺 断级配 骨架密实型沥青混合料,木质素纤维显微照片,SMA发展历史,发展历史 起源：20世纪60年代中期的德国 研究与应用的主要国家：荷兰、瑞典、挪威、捷克 ；美国（美国联邦公路管理局（FHWA）、美国沥青路面协会（NAPA）、高等院校）、日本等

2、。 我国的发展应用概况 20世纪初，SMA引进中国。在引入我国初期，一些地方铺筑了SMA试验路，由于大都照搬德国的经验，使用效果并不理想。 1997年交通部公路司立项进行“沥青玛蹄脂碎石混合料性能及指标”研究。 1998年交通部科教司立项进行了“九五”行业攻关项目“沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）路面的推广应用”研究。 2002年颁布SMA 路面技术指南 (SHCF40-01-2002)。 2004年公路沥青路面施工技术规范 (JTG F40-2004)中增补了SMA相关技术内容。,SMA发展历史,改性沥青SMA路面已经被公认为是性价比最好的沥青路面结构，在全国20多个省、市、自治区得到了推广应

3、用。现在，SMA已经成为我国高速公路的主要路面结构形式之一，是一些大交通量、重载交通道路或重要高速公路首选的结构形式。 全国公路沥青路面工程上SMA路面使用比例基本上达到了1/3，一些省份的SMA路面比例甚至超过了50。如北京市SMA路面已经成为所有高速公路、城市道路主干线的唯一的结构形式。 同时许多飞机场、特大型钢桥面铺装也都得到大量应用。如北京首都国际机场东跑道、西跑道、天津、哈尔滨、大连、青岛、广州、厦门、敦煌、兰州、桂林等10多座民航机场及诸多的军用机场跑道上铺筑了SMA跑道。特大型钢桥面铺装应用更多。,SMA发展历史,八达岭高速公路,1996年首都国际机场东跑道,1997年长安街施工

4、,2000年首都机场西跑道,SMA发展历史,各地SMA路面,第一节 SMA的基本概念与特性,2. SMA的形成机理（图7-2） 它是由足够的沥青结合料和具有相当劲度的沥青玛蹄脂胶浆填充在粗集料形成的石石嵌挤结构的空隙中形成的。因此，它具有抗高温、低温稳定性，良好的水稳定性，良好的耐久性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好）。SMA路面耐久性好，故养护工作少，使用寿命长，综合经济效益和环境效益好。,第一节 SMA的基本概念与特性,二、SMA的特性 1. SMA的组成特性 1）是一种间断级配的沥青混合料 2）沥青结合料用量多 高达6.5% 7.0%，粘结性要求高，希望选用针入度小、

5、软化点高和温度稳定性好的沥青，选用改性沥青，以提高低温变形性能及与矿料的粘结力。,第一节 SMA的基本概念与特性,3）矿粉用量多，同时使用纤维作稳定剂 矿粉必须是磨细石灰石粉，不使用回收粉尘。纤维通常用木质素纤维，用量为沥青结合料的0.3%，也可采用矿物纤维，用量为混合料0.4%。 4）所用粗集料必须特别坚硬，针片状颗粒少，以便嵌挤良好；细集料一般不用天然砂，最好用坚硬的人工砂。 5）与普通沥青混凝土相比，拌和时间要适当延长，施工温度要适当提高，压实不宜采用轮胎压路机压。 综合SMA的组成特点，可以归纳为“三多一少” 粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。,第一节 SMA的基本概念与特性,2.

6、SMA路用性能特点 以高度的耐久性和良好的表面功能著称。 1）良好的高温稳定性 粗集料骨架占70%以上，矿粉用量10%左右，细集料较 少； 因骨架作用，交通荷载主要由粗集料骨架承担，抵抗荷载变形能力较强，高温条件下，有着较强的高温抗车辙能力。,2）良好的低温抗裂性 集料间填充了丰富的沥青玛蹄脂，使混合料具有良好的柔 韧性。低温条件下，沥青玛蹄脂具有较高的粘结能力，它的韧性和柔性使得混合料具有良好的低温变形能力。,第一节 SMA的基本概念与特性,3）良好的水稳定性 SMA混合料空隙很小，几乎不透水，混合料受水的影响很小；玛蹄脂与集料的粘结力好。,AC,SMA,4）良好的耐久性 在SMA混合料中，

7、粗集料骨架空隙被富含沥青的玛蹄脂密实填充，并将集料颗粒粘结在一起，沥青在集料表面形成较厚的沥青膜； 密实结构，空隙率小，沥青与水或空气的接触较少，因而SMA混合料的水稳定性和抗老化性较普通沥青混合料为好； 由于SMA混合料及本身不透水的，对中、下面层和基层有着较好的保护作用和隔水作用，使沥青路面保持较高的整体强度和稳定性。,第一节 SMA的基本概念与特性,5）良好的表面功能 粗集料多，所用石料质量好，路面表面构造深度大 ；SMA路面具有吸收车轮滚动噪声的性能。 SMA混合料一方面要求使用坚硬、粗糙、耐磨的高质量碎石，另一方面采用间断级配的矿料，压实后表面形成的构造深度大，一般超过1mm，这使得

8、沥青面层具有良好的抗滑性和耐磨性能，还能减少溅水，减少噪声，提高道路行驶质量。,SMA,AC,良好的表面功能,第二节 SMA材料选择,一、集料 1. 粗集料 1）质量技术要求 粗集料是构成SMA混合料骨架的主体材料，要求选用的破碎石料需要具有以下特征： 质地坚硬 表面粗糙 抗磨耗 耐磨光 形状接近立方体 具有良好的嵌挤能力 石料破碎机械：不得采用颚式破碎机 反击式或锥式碎石机,第二节 SMA材料选择,粗集料质量技术要求,第二节 SMA材料选择,花岗岩、石英岩、砂岩等酸性岩石往往质量较好，但与沥青粘附性很药 差，需要采取措施。 对集料形状、破碎面与洁净程度的要求（教材表7-2） 2）使用中应注意

9、的几个问题 高质量的石料，致密、粗糙 集料的技术要求有两类 加工特性 资源特性（石料的品种、产地所决定的材质、强度、密度等） 集料技术要求的指标是针对集料产品的规格,第二节 SMA材料选择,2. 细集料 1）质量技术要求 粒径在2.36mm以下的集料，在SMA中比例不超过10%； 细集料的粗糙度对SMA高温抗车辙性能影响较大 细集料的缺失会影响混合料的体积参数，使得压实混合料的空隙率与VMA都增多，从而导致路面抗渗性减弱。 细集料的要求（表7-3，P139） 宜采用专用的细料破碎机（制砂机）生产的机制砂。 使用普通石屑，需要采用与沥青粘附性好的石灰岩 石屑，不含杂质 与天然砂并用，需要控制天然

10、砂的用量（机制砂或石屑） 2）国外对细集料的质量要求 细集料粗糙度标征： 棱角性 表面纹理,第二节 SMA材料选择,洁净程度，根据施工技术规范，对于天然砂按水洗法0.075mm颗粒含量小于3控制，但是建议在工程中对砂当量和亚甲蓝值也进行规定。 洁净程度，对于机制砂和石屑，当为04.75mm规格时宜按照砂当量控制，也可以按亚甲蓝值控制。当采用02.36mm和2.364.75mm两档控制时，对于2.364.75mm无需进行砂当量或者亚甲蓝值控制，而对于02.36mm则宜采用亚甲蓝值控制，如果需要按照砂当量值控制则需要将02.36mm和2.364.75mm两档料按配合比比例，配制成0 4.75mm混

11、合料进行砂当量测试、评价。 对于亚甲蓝值指标，宜按照2.5控制，有条件按2控制。 对于机制砂和石屑，还规定了水洗法 0.075mm颗粒含量小于10的规定，此指标是针对0 4.75mm而言的，对于0 2.36mm则可以适当放宽。,第二节 SMA材料选择,第二节 SMA材料选择,二、填料 1. 质量技术要求 SMA填料的用量远远超过普通沥青混合料 填料必须采用石灰石等碱性岩石磨细的矿粉 矿粉必须保持干燥 当改善沥青与集料的粘附性时，消石灰粉和水泥的用量不宜超过矿料总质量的2% 粉煤灰不得作为SMA填料使用 矿粉质量应满足热拌沥青混合料对矿粉的要求（表7-5）。 2. 对回收粉尘的使用规定 回收粉用

12、来不得大于矿粉总量的25% 混用后0.075mm通过部分的塑性值不得大于4。,第二节 SMA材料选择,对于黑龙江省低温较为突出，建议外掺剂采用消石灰以提高粘附性，而不宜采用水泥。消石灰的技术要求：II级以上钙质消石灰，筛分指标同矿粉要求。为了提高消石灰投放效果，宜在矿粉加工工厂按照一定的比例将矿粉和消石灰加工好。现场需要定期进行滴定试验检测消石灰的用量，其允许差为矿粉和消石灰总质量的2。,第二节 SMA材料选择,第二节 SMA材料选择,三、沥青结合料 要求沥青具有较高的粘度，与集料具有良好粘附性，应采用比当地普通热拌沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。 对高速公路、承受繁重交通的道路、夏季特别炎热

13、或冬季特别寒冷地区的道路，最好采用改性沥青。当以抗车辙能力为主要目标时，改性沥青软化点最好高于当地年最高路面温度。 1. 沥青的分级（针入度或粘度） 美国Superpave性能分级PG（表7-7）,PG分级,PG 64 - 22,Performance Grade（性能等级）,平均7天最高路面温度,年极端最低路面温度,SHRP标准是唯一的一个基于道路所在地区的气候特点的性能标准，其物理特性要求相同，但是其试验温度随特定条件的改变而改变。,针入度分级（1）针入度（2）软化点（3）延度,我国沥青指标体系就是以三大指标等经验性指标为核心的指标体系。,27,美国SHRP沥青PG分级与标准,2. Sup

14、erpave性能分级中沥青温度特性的测试方法 高温和中温流变特性：动态剪切流变仪DSR 低温流变特性：弯曲梁流变仪BBR 性能试验 原样沥青:代表施工前的运输、装卸和储存时期的沥 青特性。 旋转薄膜烘箱老化：模拟沥青拌和与铺装过程中的 热老化： 压力老化：模拟热拌沥青路面在服务寿命中的 长期老化。 Superpave结合料规范全面考虑了结合料的高、中、低温性能、 老化性能与施工特性，而且根据工程的交通荷载与气温条件确定 结合料的性能等级，比较科学合理，代表了当代沥青技术的先进 水平。,三、沥青结合料 3. SMA对沥青性质的要求（SMA技术指南）（5点） （1）必须具有较高的粘度，与集料有良好

15、的粘附性，保证有足够的高温 稳定性和低温韧性。对高速公路等承受繁重交通的重大工程，夏季特别炎热或冬季特别寒冷地区，宜采用改性沥青。 （2）不使用改性沥青时，沥青质量必须符合“重交通道路沥青技术要求”，并采用比当地常用沥青标号稍硬1级或2级的沥青。 （3）使用改性沥青时，基质沥青必须符合“重交通道路沥青技术要求”。 （4）用于SMA的聚合物改性沥青质量应符合规范要求。 （5）各类改性沥青改性剂的合理剂量，除特殊情况外，宜在规定范围内选择。,4. 在SMA中使用改性沥青的问题 SMA路面是否一定采用改性沥青,与各个国家、地区的气候条件和交通条件、经济实力有关。但从发展趋势看，使用改性沥青是一个方向

16、。 SMA的发源地德国：规定特殊情况下（高速公路、大交通量道路、炎热地区等）应使用改性沥青； 美国多个州：必须使用改性沥青； 法国、日本、澳大利亚等：铺筑SMA时大量使用改性沥青； 欧洲南部意大利、葡萄牙炎热地区：必须使用改性沥青； 我国：通常情况下，铺筑SMA宜同时使用改性沥青。,5. SMA工程中沥青的评价与选择 首先，遵照我国SMA技术指南与沥青及改性沥青规范； 同时，建议用Superpave结合料性能规范对结合料进行评 价，以选择最适合的沥青结合料。 尤其在超出规范的一些特殊条件下，可以得出合理的结果。 改性沥青的性能等级（PG），都是根据工程的气候条件，即 最高、最低气温与交通荷载的

17、数量和速度选择确定的。,第二节 SMA材料选择,四、纤维稳定剂 1. 纤维稳定剂的作用与类型 作用：改善沥青混合料性能，吸附沥青，减少析漏。 纤维在SMA混合料中的作用是吸油、稳定、增强,并提高高温抗剪强度。纤维应能承受250的高温条件，不变形、不变质、不脆化、化学稳定性好、对环境无污染 类型 木质素纤维 矿物纤维 聚合物化学纤维 2. 木质素纤维质量技术要求 木质素纤维的质量，应符合下表的技术要求。其他纤维品种的质量可参照国内外相关的技术要求执行，其长度也不宜大于6mm。 3. 矿物纤维质量标准（美国：表7-15）,第二节 SMA材料选择,第三节 SMA混合料配合比设计方法与原理,一、混合料

18、设计的任务和要求 1. 设计任务 根据工程项目沿线的气候和交通和在条件，选择合适的沥青结合料与集料，并按照合理的设计方法把这些材料组合起来，使得混合料的路用性能满足气候与交通条件的要求。 对于SMA，配合比设计的任务就是确定粗集料骨架和玛蹄脂部分各种材料的规格和比例，以保证真正形成粗集料骨架，骨架的间隙又恰好能填充玛蹄脂，玛蹄脂也能真正发挥胶结作用使混合料成为整体。,第三节 SMA混合料配合比设计方法与原理,一、混合料设计的任务和要求 2. 恰当的空隙率 压实混合料空隙率VV是混合料设计的关键指标，其大小直接影响整个路用性能的好坏。空隙率的大小与路面的使用性能直接有以下规律： VV3%，沥青路

19、面发生车辙的概率 VV8%，沥青路面渗水率急剧增大，容易导致路面早期水损害 VV8%12%，混合料中空隙虽多但多未连通，渗进的水份停留在路面层中，路面空隙处于水饱和状态，车轮荷载作用下产生动水压力或空隙水压力，导致早期水损害。 VV15%，空隙已连通，降水渗入路面后，能迅速横向排出（OGFC） 沥青混合料考虑高温车辙以及水损害时对VV的要求 VV3%7%，设计空隙率3%5%，竣工空隙率小于或等于7% SMA竣工空隙率小于等于6%,第四节 SMA混合料配合比设计标准,一、设计原则 SMA配合比设计应遵循以下2个原则： SMA必须具有相互嵌挤的粗集料骨架； 填充在SMA的粗集料骨架间隙的沥青混合料

20、，应符合最小沥青用量的要求，马歇尔试件的空隙率必须在设计要求的范围内。,第四节 SMA混合料配合比设计标准,四、沥青用量 1. 最小沥青用量建议值（AASHTO） SMA特点，沥青用量多，沥青用量：SMAAC1% 所以需要SMA沥青用量有一个最低限值 德国6.57.5% 瑞典规定不小于6.6% 美国： 60%工程采用6.0% 聚合物改性沥青5.06.5%，一般为5.7% 矿物纤维增加0.3% 有机纤维增加0.6% AASHTO（表7-24） 相对密度每增加0.05，沥青用量减少0.1%。,第四节 SMA混合料配合比设计标准,四、沥青用量 2. 我国对沥青用量的修改 我国气候条件与美国和德国不同

21、，大部分地区夏季炎热，冬季寒冷，SMA在夏季泛油、构造深度变小是目前我国最严重的问题。 与美国相比，沥青用量有降低了0.5%左右。 在我国的实际工程中，SMA沥青用量比普通密级配沥青混凝土增加1%左右，大都在5.8 % 6.1%之间。,第五节 SMA路面的施工,一、SMA路面施工施工温度控制 施工中各个环节的操作温度可以参照施工技术规范推荐值确定，但是每种混合料都具有其特殊性，建议普通沥青混合料拌和、压实温度应根据沥青的等粘温曲线确定，改性沥青混合料拌和、压实温度建议由沥青拌和厂根据试拌情况及施工经验确定。SMA的温度需要在一般改性沥青的基础上适当提高。 SMA路面宜在较高的温度条件下施工，气

22、温不宜低于15，不得低于10 。,第五节 SMA路面的施工,一般改性沥青的施工温度控制（）,第五节 SMA路面的施工,要特别注意低温下SMA铺筑，面层一般较薄，低温下散热较快，为了保证SMA的铺筑温度，需注意以下环节： 1）集料的加热温度宜不低于200，如果温度不够高，由于冷矿粉和纤维数量很大，温度不高，纤维会不能够充分分散、拌和。 2）改性沥青温度需要稳定，不宜低于170。 3）无论如何运输中需采用双层苫布覆盖。 4）压路机紧跟碾压，尽可能高的温度下完成碾压。,第五节 SMA路面的施工,二、施工设备的要求 必须配备齐全施工机械和配件，做好开工前的保养、调试 和试机，并保证在施工期间一般不发生

23、有碍施工进度和质量 的故障。试验路施工应配备的主要施工机械包括： （1）沥青混合料拌和机：配有热贮料仓，单机产量宜不少 于240t/h，增加纤维(和消石灰，必要时)投放口，配有良好的 打印装置，生产过程要求实时打印； （2）摊铺机：履带式摊铺机2台以上； （3）压路机：重型振动压路机34台，10t双钢轮压路机 12台。,第五节 SMA路面的施工,三、拌和 拌和机应配备专用的纤维稳定剂投料装置，直接将纤维自动加入拌和机的拌和锅或称量斗中。根据纤维的品种和形状的不同，可采取不同的添加方式。添加纤维应与拌和机的拌和周期同步进行。松散的絮状纤维应采用风送设备自动打散上料，并在矿料投入后干拌及喷入沥青的

24、同时一次性喷入拌和机内。颗粒纤维宜在集料投入后立即加入，经58s的干拌，再投入矿粉，总的干拌时间应比普通沥青混合料增加510s。 添加消石灰、水泥等外掺剂时，宜增加粉料仓，也可由专用管线和螺旋升送器直接加入拌和锅，若与矿粉混合使用时应注意二者因密度不同发生离析。 拌和机的矿粉仓应配备振动装置以防止矿粉起拱。拌和过程中，回收粉尘的用量不得超过矿粉总用量的25%。对逸出及废弃的粉尘，应添加矿粉补足，使0.075mm通过率达到配合比设计要求。 拌和的SMA混合料应当天生产当天使用。,第五节 SMA路面的施工,第五节 SMA路面的施工,四、运输 拌和机向运料车放料时，为减少沥青混合料颗粒离析，应尽量缩

25、短出料口至车厢的下料距离，保持50cm为宜，且装料宜分三次以上进行，分3个不同的位置往卡车中装料，第1次装料靠近车厢的前部，第2次装料靠近后部车厢门，第3次装料在中间，以减少粗细集料的离析。 SMA混合料在运输、等候过程中，如发现有沥青结合料沿车厢板滴漏等情况，应停止卸料、采取相应措施。,第五节 SMA路面的施工,五、摊铺 不得在雨天或下层潮湿的情况下铺筑SMA路面。 摊铺机宜采用非接触式平衡梁。必须采用2台摊铺机摊铺，而不能用全幅摊铺机摊铺。 对于上坡路段应该使得摊铺方向与行车方向一致，即沿坡角向坡顶方向摊铺。 摊铺机的摊铺速度应该严格控制在13m/min。当拌和楼供料不足时，宜采用运料车集

26、中等候、集中摊铺，尽量减少摊铺机停顿次数，此时摊铺机每次应将剩余的混合料铺完，做好临时接头。 改性沥青时，粘度高，摊铺阻力大。当下层洒布粘层油时，一般的轮胎式摊铺机将会顶不动运料车，产生打滑现象，所以需用履带式摊铺机摊铺。 连续摊铺过程中，摊铺机不必收料斗，摊铺机料斗应在刮板尚未露出（尚有约10cm厚的热料）时，下一辆运料车立即开始卸料，使新料与受料斗中剩余的粗料多的混合料一起输送到分料室，螺旋分料器布料过程中可使新旧混合料较好拌和，做到连续供料，并避免粗料过于集中。,第五节 SMA路面的施工,第五节 SMA路面的施工,第五节 SMA路面的施工,六、碾压 SMA路面宜采用钢筒式压路机或振动压路机碾压，不宜采用轮胎压路机碾压。以防止搓揉过渡造成沥青玛蹄脂胶浆上浮而达不到压实的效果。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。SMA的碾压速度不得超过45km/