讲解一级建造师市政考试参考道路之改性沥青与SMA技术要求

1、沥青路面施工常见问题与控制 哈尔滨工业大学交通学院 杨福祺教授级高工 电话邮箱：fqyang6662407sina.com目 录一、级配不良二、沥青用量不合适三、矿粉用量不合适四、石料指标偏低五、沥青的温度偏低六、石料的加热温度偏低七、除尘不好八、离析九、碾压推移十、沥青被污染一、级配不良级配不良是指：拌和站拌出的沥青混合料的级配与设计的标准级配偏差过大。级配不良一般会导致沥青混合料不易被压实，密度偏低，容易出现推移、透水、压出裂纹等现象。级配不良可能的原因：1、原材料规格不稳定或混料；2、随意调整冷料仓的上料比例；3、热料二次筛分的问题：筛不透、筛孔被堵、筛子漏了、

2、挡板不严等；4、热料仓混仓；5、拌和的问题：拌和效果不良、拌和时间过短、搅拌叶损坏等分；6、离析：装车、运输、卸料、摊铺等。二、沥青用量不合适沥青用量过小或过大：1、当沥青用量过小时，可能导致沥青混合料：粘度过小易离析、不易压实密度小、强度低易松散、路面透水等问题。2、当沥青用量过大时，可能导致沥青混合料： 空隙率过小、路面失去构造、泛油、抗车辙能力大幅下降等问题。沥青用量不合适可能产生的原因：1、人为因素；2、计量系统不准，特别是沥青称不准。三、矿粉用量不合适矿粉用量不合适是指：矿粉用量过多或过少。当矿粉用量过多时会导致沥青混合料干涩、无光泽、粘度小、易离析、不易压实密度小、强度低易松散等问

3、题。当矿粉用量过少时会导致沥青混合料显得油大，但空隙率较大，密度降低，高温稳定性下降等。可能的原因：1、人为因素；2、计量系统不准，特别是矿粉称不准；3、矿粉称门不严等。四、石料指标偏低石料指标偏低：1、如果强度过低或软石含量过高或针片状含量过高均可导致石料被大量压碎，进而导致沥青混合料级配的改变，碾压实推移并且易产生车辙或坑槽；2、如果石料的粘附性不好，路面易出现水损害，导致出现坑槽。原因：石料进场控制不严。五、沥青的温度偏低沥青的温度偏低可以导致沥青喷洒时间过长，使沥青拌合不均匀，使路面局部泛油，导致混合料品质下降。原因：施工控制不严。六、石料的加热温度偏低石料的加热温度偏低导致沥青混合料

4、出花白料甚至出废料。可能的原因：1、燃料油质量有问题；2、石料含水量过大；3、引凤过小；4、人为控制的问题。七、除尘不好除尘不好可以导致拌出低品质混合料，混合料干涩，无法压实，碾压时出裂缝等。产生的原因：1、石料含土量过大；2、引风太小。八、离析离析：分颗粒离析和温度离析，离析导致沥青混合料级配的改变，压实不均匀，透水，失去构造等等。产生离析的原因：颗粒离析：1、拌和，2、装车，3、运输等；温度离析：1、保温不好，2、遇雨，3、时间过长等。九、碾压推移碾压推移会导致路面压不实、裂缝、厚度不易控制；产生的可能原因：1、级配不好；2、与基层连接不好；十、沥青被污染沥青被污染：主要是指沥青被稀释，这

5、会导致路面泛油甚至松散。被稀释可能：1、导热油泄漏到沥青罐中；2、燃料油燃烧不充分或滴漏到热料中。改性沥青与sma技术要求改性沥青技术要求一、什么是改性沥青？二、 三、四、sbs改性沥青技术要求 一、什么是改性沥青？ 所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，按照我国公路改性沥青路面施工技术规范（jtj036）的定义，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采用对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青混合料”。二、 改性沥青在欧洲使用已有50多年的历史。八十年代初欧洲曾经广泛使用eva，到了八十年代中期认识到sbs的优良性能，并逐

6、步取代了eva。 例如：1991年欧洲使用改性沥青总量为52.5万吨，其中sbs占40%，eva占19%，sb占14%，novophalt占3%。 九十年代，我国开始使用改性沥青，如：首都机场高速公路，是92年引进奥地利rf集团的novophalt改性沥青技术，使用rf集团的改性沥青制造设备，对国产的欢喜岭沥青掺加了聚乙烯（pe）和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（热塑性橡胶，sbs）改性。再如：95年，首都国际机场东跑道沥青加铺层，也是使用了pe+sbs综合改性的sma。97年，为迎接香港回归对东西长安街沥青面层进行加铺使用了sbs改性沥青的sma。还有八达岭高速公路也使用了改性沥青和sma技术

7、。 近年来，随着交通量的增加，车型比例的改变，行车对路面的要求越来越高。因而，道路的等级也越来越高。特别是高速公路的建设，对沥青路面的质量、性能和寿命都有了更高的要求，因此，普通道路沥青和重交通道路沥青一般情况下已经不能适应高等级公路的要求，为了提高沥青路面的质量，提高使用性能和使用寿命，减少养护工作量和养护费用，近年来，国内外采用改性沥青修建高等级公路的比例越来越大，已成为发展趋势。三、 沥青及其混合料的改性技术，从广义上讲有以下几类： 1.沥青中掺加改性剂，来改善其力学性能，黏附性或耐老化性。 2.物理改性，在混合料中加矿物填料：纤维、橡胶粉或结构层中加铺土工布、隔栅、网格等。 3.调和沥

8、青：用湖沥青或岩沥青来调和道路沥青。 4.沥青工艺改性：半氧化沥青、泡沫沥青等。 从狭义来说，一般所说的改性沥青是指聚合物改性沥青，一般将改性剂分为三类： 1.热塑性橡胶类：主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbs）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（sis）等。由于它兼具橡胶和树脂两类改性沥青的结构与性质，所以也称它为橡胶树脂类。这类改性剂具有改善沥青混合料的高温性质，低温性质，抗温度及荷载疲劳、抗老化、裂缝自愈合性能等，因此适合于我省的气候条件。 2.橡胶类：如天然橡胶（nr）、丁苯橡胶（sbr）、氯丁橡胶（cr）等。这类改性剂具有增加粘聚力、增加弹性，但高温性能不如热塑性橡胶和

9、树脂类改性剂，这类改性剂也适用于我省的气候条件。3.树脂类：如乙烯-乙酸乙烯脂共聚物（eva）、聚乙烯（pe）等。这类改性剂高温性能较明显、低温性能较差，因此不适用于我省的气候条件。改性沥青在我省的应用情况简介 众所周知，sbs改性沥青的高低温性能较原样沥青有很大提高，尤其对于地处寒区的我省，利用改性沥青提高沥青路面的性能意义十分重大。目前，我省正逐渐扩大改性沥青的使用范围。早期，是哈阿路大修工程全部使用了sbr（橡胶母体）改性沥青。随着sbs改性剂和改性生产设备的国产化，哈尔滨机场高速公路成为我省第一条全线使用sbs改性沥青sma的高速公路；之后，呼绥和哈双高速公路也全线采用了现场生产的sb

10、s改性沥青。目前，我省已大量使用工厂化生产的sbs改性沥青，sbs改性沥青的应用是我省在提高沥青路面水平方面迈出的关键性一步，必将带来深远的影响。四、sbs改性沥青技术要求包括：国内指标和superpave指标 sbs改性沥青技术要求（国内指标）不大于3 sbs改性沥青技术要求（superpave）sma技术一、什么是sma？二、sma发展情况简介三、sma混合料的特点四、 sma混合料的设计五、sma的施工一、什么是sma？sma是沥青玛蹄脂碎石混合料的德文或英文缩写，德文（plitt astic sphlaet）或英文（toneastic sphalt）， 它是一种热拌沥青混合料（hma）

11、，是由优质粗集料、少量细集料、沥青、纤维稳定剂和矿粉组成的骨架密实型沥青混合料，即：由粗集料骨架和沥青玛蹄脂（沥青玛蹄脂就是：沥青+细集料+纤维+矿粉组成的混合物）两部分组成。 悬浮-密实型 ac 骨架-密实型 sma 骨架-空隙型 pfc(ogfc)碎石碎石碎石碎石碎石沥青玛碲质石-石连接 + 高性能沥青玛碲质 stone mastic asphalt 二、sma发展情况简介自六十年代德国人发明了材料并成功地应用在重交通道路上之后，由于材料所具有的出色的使用性能和经济性能，这一技术很快地风靡整个欧洲，并传到美洲、澳洲、亚洲、以及非洲等世界各地，受到了普遍欢迎、重视、使用和发展，被广泛用于高速

12、公路、城市干道、桥面和机场跑道，取得了良好的使用效果和经济效益。1990年秋，美国沥青技术考察团访问欧洲，将引入美国，19911994年间，美国共铺筑了约70多条公路，分布在19个州，许多用于重交通路段。路面占全部沥青路面的比例逐年递增，路面的使用性能令人满意。目前，美国已经制定了的技术指南和设计方法。九十年代，我国各省开始从欧洲和美国等地引进了技术，并很快地得到了重视和大量的使用。 使用的情况：在交通部专家对欧洲进行技术考察之后，1992年北京公路局在建设首都机场高速公路（国门第一路）时，首次使用了改性沥青的路面。之后,1996年,在首都机场东跑道上，1997年,东西长安街罩面以及八达岭高速

13、公路上全部采用了技术，取得了良好的效果。 使用的情况：河北省是九五年开始立题研究路面的，投入研究经费360万元，九六年，省厅为了保证课题质量，缩短研究时间，曾三次组团出国考察技术，并由路富裕厅长及两名付厅长挂帅，组成推广实施领导小组。由省科研所、省厅科技处、省公路局、省保津高速公路建管处及省公路工程局组成课题组，研究开发技术。目前，正在修建的保定至天津的高速公路128.95公里，全部采用路面。 的使用情况：吉林省96年开始修建路面，97年修了100余公里路面、98年计划修建150公里路面。辽宁省96-97年修了7公里试验路，计划在沈阳至山海关375公里全部采用路面。另外,山西、四川、山东等省也

14、都修建或将要路面。 当时，交通部重点联合攻关科研项目：“沥青玛蹄脂碎石混合料路面（）的推广应用” 。 项目的主持单位是交通部公路研究院： 负责人：沈金安研究员，参加人：李福普、陈景 ； 主要参加单位及人员有： 北京市公路局：、河北省交通厅：、山西省交通科研院：刘绍文、山东省交通科研所：王林、辽宁省交通厅：刘缔成、吉林省交通科研所：李士杰、黑龙江交通科研所：杨福祺 还有其它一些兄弟省市也参加这个项目，这是我国最早的引进推广sma技术的单位和人员； 现在，已经在北京，河北，广东，山东等很多省市开始大面积使用sma技术修筑高等级公路。黑龙江省沥青玛蹄脂碎石混合料（sma）路面结构自97年立题研究以来

15、，先后于98年在哈阿高速公路做了2km试验路的基础上，2000年又结合哈绥高速公路的建设修筑了2km试验路,2001年在哈双高速公路上修筑了1km，2003年在鸡牡公路柴河支线修筑了1.8km试验路,另外,哈尔滨机场高速公路30km是由沈金安研究员参与修建的,这些sma路面使用状况良好,取得了较好的效果。三、sma混合料的特点（一）、路面同普通的密级配沥青混凝土路面相比具有以下技术特点：1、使用寿命增加50%左右； 2、高温稳定性好，抗车辙能力要远远好于普通沥青混凝土；3、低温抗裂性好；4、具有很好的表面功能，如：抗滑、防水、耐磨、抗老化、防噪音和防眩光等；5、更易于施工和质量控制；6、可以比

16、普通沥青混凝土更薄一些，如薄20%；7、不足：(1)一次性投资高，一般比普通沥青混凝土高20%-25%。(2)材料要求高，特别是石料，还不仅要有坚硬耐磨的材质，而且要有好的立方体形状，针片扁平状含量一般不超过15%。(3)施工过程必须严格控制。目前，已成为世界各地高速公路表面层的主要结构形式。可以说，已被视为未来筑路的新技术。（二）、 sma的技术特点和机理 (一)、sma混合料与密级配混合料（ac）的不同 sma混合料与常用的密级配混合料之间主要有三点不同：级配，沥青结合料含量，石料之间的联接。1、级配sma是级配间断，而普通沥青混凝土（ac）是连续级配。 sam与常用的密级配混合料在级配上

17、的另一点不同是sma通过0.075mm筛孔的集料百分率相对大一些，sma通过0.075mm筛孔的集料百分率在8%到12%之间，需要如此高百分率的矿粉是因为sma中的大沥青结合料含量。ac-16和sma-16级配范围2、沥青含量不同 沥青结合料含量通常为6.0%或更高。因为粗集料的级配，矿料的间隙率（vma）通常定为17%或更高，sma设计空隙率为3-4%，为了在矿料的间隙率为17%或更高的sma混合物中达到空隙率为3-4%，沥青含量必须相对大一些。sma一个潜在的问题是大沥青结合料含量导致渗漏，渗漏是指在运输和铺设过程中，沥青结合料从粗集料骨架中渗出，渗漏能导致铺设过的道路表面形成泛油。，有两

18、种典型的方法用来避免渗漏。第一种，如前面讲的一样，在sma中应用较多的矿粉（通过0.075mm筛孔），矿粉颗粒使沥青结合料变稠，阻止了沥青结合料从粗集料内渗出；第二种，sma中通常含有一些稳定添加剂可以是改性沥青，例如聚合物改性沥青或其它类型的改性沥青，也可以加入纤维，木质素纤维和矿物纤维都被成功地应用于sma中，与应用大量的矿料相类似，应用改性沥青和/或纤维可以使沥青结合料粘稠，避免发生渗漏。3、骨料之间的连接状态不同粗集料相互嵌挤 sma的设计步骤就是测量粗集料是否在相互嵌挤，测量sma混合料的粗集料是否达到了相互嵌挤的方法就是测量粗集料骨架间隙率（vca），测出sma混合料的粗集料骨架间

19、隙率（vcamix）及粗集料的间隙率(vcadrc)，当sma混合料的粗集料骨架间隙率（vcamix）小于或等于粗集料的间隙率(vcadrc)时，说明粗集料之间存在相互嵌挤。 sma混合料中，粗集料必须相互嵌挤，使sma具有抗车辙能力，由于沥青结合料含量很大，如果粗集料相互不能形成嵌挤，粗集料就悬浮于沥青玛蹄脂砂浆中导致易车辙混合料。因此，在sma混合料设计中，粗集料要达到相互嵌挤是非常要的。（二）、sma的技术特点和机理1、高温稳定性sma使用优质石料，采用间断级配，使粗集料相互嵌挤形成骨架。在荷载作用下，骨料很难发生移动，使路面不易产生车辙和推移变形，因此，sma具有较高的高温稳定性。试验

20、表明：在材料相同的情况下sma-16的动稳定度（3927次/mm）是ac-16i（501次/mm）的8倍左右。2、低温抗裂性由于，sma粗集料含量较多、沥青和矿粉的用量也较大，sma混合料具有较小的温度收缩系数和较大的变形能力，因此，sma混合料具有较高的低温抗裂性。3、使用寿命 虽然sma粗集料含量较多，但是，由于沥青和矿粉的用量也较大，沥青玛蹄脂砂浆充分填充集料间隙,矿料表面沥青膜较厚，混合料的抗疲劳、抗老化性能都很强，因此，sma混合料具有较长的使用寿命。4、强度 由于，sma使用优质石料，石料的强度很高，又采用间断级配，粗集料相互嵌挤形成骨架，沥青玛蹄脂砂浆充分填充集料间隙，使sma成

21、为理想的骨架密实结构，具有较高的强度。5、抗老化性能的提高 由于，sma沥青和矿粉的用量较大，矿料表面沥青膜较厚，使其具有交好的抗氧化能力，因此，sma的抗老化性能很高。6、抗滑、耐磨、防水 sma是骨架密实结构，其表面构造较深，路面的构造深度一般可达0.71.2mm,再加上粗集料采用优质耐磨石料，骨架结构使骨料很难发生移动，因此，sma路面的抗滑、耐磨是较持久的。其密实结构保证了路面的不透水，其空隙率一般只有2-4%左右。7、sma的技术风险 sma是一项非常好的技术，它可以解决沥青混合料很多自身的矛盾，比如：高温和低温，抗滑和透水等，但是，sma本身也有技术风险，也就是你所制作的混合料是否

22、是真正的sma， sma要求粗集料相互嵌挤形成骨架，沥青玛蹄脂砂浆充分填充集料间隙，成为理想的骨架密实结构，如果粗集料不能相互嵌挤形成骨架，而是悬浮于沥青玛蹄脂砂浆中，势必造成路面的泛油和车辙的产生；反之，粗集料相互嵌挤形成了骨架，而沥青玛蹄脂砂浆不能充分填充集料间隙，势必造成路面空隙率过大，路面透水，强度低，使用寿命短等问题。因此，这就要求sma设计的粗集料与沥青玛蹄脂砂浆有一个恰倒好处的比例，这一点就是为什么sma的级配要求非常严格，而且要求粗集料必须用优质矿料的原因，也是sma的技术风险所在。8、油斑的产生与预防 sma路面施工时容易产生油斑，这些油斑虽不影响路面的使用，但对路面的美观有

23、一定的影响，这些油斑主要是由没有充分分散的纤维吸附了大量的沥青和细集料形成的，在拌和时采用纤维填加设备，使纤维充分分散，在摊铺时尽量减少人工推耙，油斑是可以减少和预防的。三、sma对材料的要求（一）、沥青结合料的要求 sma对沥青没有特殊的要求，可以用重交通沥青，也可使用改性沥青。这和其他沥青混合料的要求是一样的。 （二）、粗、细集料的技术要求1、粗集料要有较高的强度，2、粗集料应具有近似立方体的颗粒形状， 粗集料的其它要求与其它沥青混合料的要求是一样的。 另外：sma对细集料和矿粉的要求也与其它沥青混合料的要求是一样的。（三）、纤维 1、sma沥青混合料使用的纤维掺加剂可以是矿物纤维，也可以

24、是木质素纤维，可以是颗粒状纤维如：德国产的viatop 66 ，viatop 80木质素纤维，也可以是松散的絮状纤维。2、松散的絮状纤维，应符合如下要求： ph值：7.51，长度平均：5mm，直径：0.045mm，吸油性：自身重量5.01.0倍，吸湿性：5%sma.纤维纤维的类型 木质纤维 石棉纤维 玻璃纤维 晴纶纤维纤维：吸附作用纤维直径小于20nm，每克纤维比表面积可达数平方米稳定作用加劲作用与增韧作用木素纤维 化学纤维 矿物纤维四、 sma混合料的设计1、原材料试验：包括：沥青、粗细集料、矿粉、纤维稳定剂等；2、选择初试级配：测定粗集料vcadrc；3、设计粗集料骨架，例如：sma-16

25、，以4.75mm为关键性筛孔，选用通过率为 22%、26%、30% 3个档次，设计3组配比；4、选择初试沥青用量，制作马歇尔试件，分析vma、vfa，确定设计级配（若不合格，从新调整级配）；5、对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件，分析vv、vfa等，确定最佳沥青用量（若不合格，从新调整级配或调整沥青用量）；6、进行马歇尔试验，检验稳定度、流值（若不合格，从新选择原材料）；7、进行各种配合比设计检验，（包括：肯塔堡飞散试验、谢伦堡析漏试验、动稳定度试验、水稳定性检验、小梁低温弯曲试验、渗水系数试验、构造深度测定） 最终确定配合比。吸附沥青有效沥青有效沥青 空隙细集料、矿粉粗集料纤维沥青混合料体

26、积组成vvvfavmavca五、sma的施工（一）、施工前的基本要求路面基层应符合柔性路面设计规范和公路路面基层施工技术规范的规定。沥青路面下面层的施工应符合公路沥青路面施工技术规范的要求。沥青玛蹄脂碎石混合料面层施工前，应对下层进行检查，当下层的质量符合要求后，方可开始施工。下层应符合下列要求：（1）、具有足够的强度、整体性和厚度。（2）、具有合格的平整度和压实度。（3）、其表面路拱、标高应符合设计要求。（4）、表面清洁，无浮土及其他脏物。施工前应对进场的材料按批进行抽检，以保证材料质量。施工前应对施工机具进行全面检查、调整，以保证设备处于良好状态，特别是拌和楼、摊铺机、压路机的计量设备，如

27、电子秤、自动找平装置等必须进行计量标定的调校。应有充分的电源和备份设备，确保在一个施工工作日不致因停电或某一设备的故障，造成生产的中断。各种矿料必须分类堆放，不同集料应分别放置在硬化地面的堆放场，防止被其他颗粒材料污染。（二）、拌和前及拌和过程的技术问题sma沥青混合料生产级配的调整 根据确定的目标级配调整各冷料仓的上料速度，再根据热拌机热料仓矿料的筛分结果调整sma混合料的生产级配，沥青混合料热拌机 sma沥青混合料必须采用型间歇式拌和机拌和，拌和机由计算机控制，有精确的计量检测系统和精确的温度控制装置，生产的sma沥青混合料的配比和温度都必须得到保证。木质素纤维的添加 为确保松散型木质素纤

28、维的添加准确、均匀，保证sma的质量，减少或避免路面油斑的产生，在sma混合料的生产时，应使用纤维添加设备，确保了sma混合料的质量。沥青混合料拌和时间 沥青混合料拌和时间应以混合料拌和均匀，纤维掺加剂均匀分布在混合料中，所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度，材料添加及拌和时间顺序如下：干拌 ：（加矿料 、加木质素纤维 ）约10秒 ， 湿拌：（从加沥青到出料）约45秒。在试拌时，视混合料情况，拌和时间可相应增、减。沥青混合料拌和加热温度 沥青混合料拌和加热温度应掌握在175180之间（因为是sbs改性沥青）；矿料加热温度在195左右；矿粉和纤维不加热；混合料出料温度应高于175；当混合料温度超过195时，混合料应予废弃。拌制的混合料应均匀一致、无花白料、无结团成块或严重的粗细料分离现象，不符合要求不得使用。混合料不得在储料仓中储存过夜。(三)、 运输过程中应注意的问题混合料应采用大吨位自卸车运输，为防止沥青与车厢板粘结，车厢侧板和底板可涂一薄层油水混