SMA-13上面层（SBS改性沥青）配合比优化设计及施工质量控制

SMA-13上面层（SBS改性沥青）配合比优化设计及施工质量控制

一、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）口勺特性及强度机理

沥青玛蹄脂碎石混合料是•种以沥青、矿粉、纤维稳定剂及少许的细集料构成的沥青玛

蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而构成的沥青混合料，沥青玛蹄脂碎石混合料日勺构成特

性，俗称“三多一少”，即沥青用量多为6%左右，矿粉用量多达8—12%,4.75mm以上粗

骨料用量高达矿料用量的70%—80%,4.75mm如下细集料仅占矿料总重的20%—30%,其

中还具有8%—12%的矿粉，实际细集料用量为10%—2。％,相称少。因此，沥青玛蹄脂碎

石混合料的强度是依托粗集科在沥青混合料中的骨架嵌挤作用和沥青玛蹄脂胶结料口勺粘结

裹覆作用形成的，因而它更具有很好的耐久性、抗高温也定性、抗低温开裂性、抗滑性及很

好的排水性能。下面以徐宿高速公路TS21标SMA-13上面层（SBS改性沥青）施工为例来

阐明SMA的配合比优化设计和施工质量控制。

二、SMA-13配合比设计

1、原材料选用

①粗集料

SMAU勺粗集料是指在SMA混合料中形成嵌挤起到骨架作用II勺集料部分，对SMA-13、

SMA-16是指粒径不小于4.75mmU勺集料，对SMA-10是指粒径不小于2.36mir.U勺

集料，SMA的高温稳定性是基于含量甚多H勺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，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关

键。因此在选用原材料时一定要选用压碎值小、针片状含量少、表面粗糙有一定棱角性

的石料。

②细集料

对SMA-13粒径不不小于4.75mm的集料称细集料，细集料在SMA中H勺比例虽然很少,

但它是形成沥青玛蹄脂的重要构成部分，用以填充SMA的粗集料骨架的间隙，增强路

面的防渗能力，同步起到粘结作用，一定要选用表面粗糙、洁净、有•定棱角性和嵌挤

能力的机制砂。

③填料

填料必须采用由石灰石等碱性岩石磨细的矿粉，矿粉的重要作用是和沥青、纤维构成沥

青玛蹄脂粘结剂，提高沥青混合料的粘结力。回收粉中具有不少尘土，同步粗细集料中

的石粉通过明火燃烧、高温处埋，会变得发脆，因此回收粉在上面层最佳不用，通过改

善矿粉填加设备可以保证0.075mm的通过量。下表是矿粉和回收粉对SMA混合料性能

的影响（SBS改性沥青）。

填料用量（粉胶比）动稳定度马歇尔试验

填料种类

（%）（次/mm）检定度（KN）流值（mm）空隙率（%）

6(1.0)2504.092.7210.6

矿粉9(1.5)11494.992.888.8

12(2.0)54007.502.614.1

6(1.0)3053.742.75——

回收粉9(1.5)7254.483.77——

12(2.0)22625.462.46——

从上表可以看出，伴随矿粉用量口勺增长，混合料日勺空隙率减小，动稳定度明显提高，使

用回收粉的动稳定度要比使用石灰石矿粉的动稳定度低得多，因此要想形成SMA构造,

矿粉的数量不能太少，足够数量的矿粉是形成SMA的先决条件。

④沥青

沥青材料H勺性质对路面使用性能有多方面的影响，在选用沥青品种时重要考虑高温抗车

辙能力和低温抗裂能力，这两个方面在沥青品种选用时趋向相反，应综合平衡考虑。国

内外权威机构数年来对沥青日勺研究表明，改性沥青抗车辙能力明显优于一般沥青，针入

度低欧I一般沥青抗车撤能力优于针入度高的一般沥青，而针入度高的沥青抗低温开裂能

力又高于针入度低的沥青，江苏省高速公路一般选用AH70沥青（PG64-22）,从高温

抗车辙能力和低温抗开裂能力两个角度综合考虑比较适合江苏气候条件，若在同步使用

改性沥青就更如虎添翼。

⑤纤维稳定剂

纤维具有加筋、分散吸附沥者、稔定、增粘等作用，对防止SMA沥青析漏的功能很好，

对于木质纤维掺量为沥青混合料总量的0.3%,目前•般采用风送式纤维送料机填加。

卜面是徐宿高速公路TS21标多种原材料日勺状况。

集料：辉绿岩产地：江苏吁胎吴桥采石厂

填料：石灰岩矿粉产地：江苏徐州矿物局水泥厂

沥青：镇江科氏SBS改性沥青（AH70+3%SBS）（PG70-22）

木质纤维：进口ARBOCEL牌天然木质纤维素产地：德国JRS企业

抗剥落剂：PA—I型产地：西安（有数年使用经验）

矿料试验成果如下表：（冷料）

<0.075mm表观相对密毛体积相

规格针片状（％）压碎值（％）

含量（%）度对密度

1#(9.5-16mm)6.40.92.9422.880

2#(4.75~9.5mm)4.90.22.9342.850

8.6

3#(2.36~4.75mm)0.32.913

4#(2.36mm加下)6s2sX9

矿粉2.688

沥青试验成果如下表:

检测项目软化点针入度延度

实测成果77.56840

技术规定46050—80430

热料仓取原材料密度试验成果:

材料名称1#料2#料3#料4#料矿粉

表观密度2.9382.9362.8952.8832.688

毛积密度2.8592.835

SMA路面对石料规定非常严，首先石料I句压碎值要低针片状含量要少，这样的石料才能经

的起压路机振动碾压，另一方面石料一定要致密粗糙成立方体，这样才能保证混合料中H勺油

膜厚度和粘结力，提高路面耐久性，然后规定石料的规格要稳定，以保证混合料级配的稳定

性。

2、设计思绪

根据对连徐线CDE-26标、AB-24标SMA-I3路面和汾灌OPQ23标SMA-13路面日勺回

访及考察，发现两条高速公路通车后都发生了不一样程度的车辙和泛油现象，因而我们这次

配合比设计本着三条指导思想，一是减少4.75mm的通过量，加强粗集料在沥青混合料中日勺

骨架嵌挤作用；二是合适减少油石比，努力实现通过增大压实功来减小路面空隙率，提高路

面的抗车辙能力；三是通过线外小型试铺，由实际铺筑的路面的质量来确定配合比设计口勺精

确性和合理性。

下面是连徐线CDE-26标、AB-24标和汾灌线OPQ23标SMA-I3配合比设计及施工质最检

测数据;

(1)原材料

石料密度

石料沥青木质素

标段1#2#3#4#

产地产地产地

表观毛体积表观毛体积表观表观

镇江科氏德国

吴桥采

TS21SBS改性2.9422.8802.9342.8502.9132.889JRS企

石厂

沥青业

镇江科氏德国

安峰山

AB24SBS改性2.9962.8522.9912.8452.9152.917JRS企

玄武岩

沥青业

镇江科氏德国

安峰山

OPQ23SBS改性JRS企

玄武岩

沥青业

(2)施工配合比及合成密度

合成毛体油石

标段施工配合比1613.29.54.750.075VCADMX

积密度比

1#：2#：3#：4#：

CDE26矿粉=40：32：5：10095.459.2288.62.8426.2

13：10

1#：2#：3#：4#：

AB-24矿粉=38:37:4：10093.665.126.910.52.84341.36.3

10：11

1#：2#：3#：4#：

OPQ23矿粉二33：41：10094.0662.826.610.32.842416.3

2.5：12.5：11

(3)马歇尔试验成果

最大理论实测密度空隙率矿料间隙饱和度粗集料骨架间

标段

密度g/cm2g/cm2（%）率（％）（%）隙率（%）

CDE262.5892.4883.917.577.742.04

AB-242.5722.4694.018.278

OPQ232.6112.4824.2

技术规定3-4.5>17.075-85VVCADRC

（4）路面检测成果

渗水系数

标段马氏压实度（％）路面空隙率（％）构造深度（MM）

（ml/mm）

CDE2698.35.41.11基本不渗水

AB-2498.85.21.02基本不渗水

OPQ2399.84.91.0基本不渗水

技术规定>983.5-6》50ml/min

（5）碾压方案比较

标段初压复压终压

CDE26前静压后退振压1遍静压2遍静压1遍

AB-24前静压后退振压1遍振压1遍静压2遍

OPQ23前静压后退振压1遍振压1遍静压2遍

以上试验检测数据可以看出，无论室内马歇尔试验成果，还是成型路面检测，均符合《江

苏省高速公路改性沥青路面SMA-13上面层施工指导意见（SBS改性沥青）》日勺规定，但通

车后都不一样程度地产生了车辙和泛油现象，因此我们在配合比设计中重点把握如下几种方

面：

A、石料高温状态下在拌和、碾压过程中都会有部分磨耗或破碎，与室内试验相比，

4.75mm通过量偏细3%（芯样和混合料抽提试验对比），因而在配合比设计时4.75mm通过

率要控制在25%左右，0.075mm通过率过在10%左右，1#料和2#料比例在75%以上。

B、根据合成矿料的毛体积相对密度2.834结合SMA-13上面层SBS改性沥青施T指导

意见暂定油石比为6.0%。

C、进行线外小型试铺来验证配合比日勺可靠性。

3、级配和油石比H勺选用

根据北京已成功的SMA路面日勺级配，选定4.75mm日勺通过率为22%、25%和28%三个

档次，0.075mm的通过率为10%左右，分别按这三种级配测定4.75mm以上粗集料的毛体积

相对密度和合成矿料的毛体积相对密度，详细见下表:

组别ABC

级配范围

目的配合比31：53.5：0：4：11.5：31：50：0：7.5：11.531：47：0：11：11

16100100100100

13.293.3493.3493.3490~100

9.568.3968.4968.5850-75

4.7522.4825.5428.1622-32

2.3615.5618.9421.8116-27

矿料级配

1.1814.4816.9118.8414-24

0.613.6415.3416.5112-20

0.312.913.9414.4910-16

0.1512.0412.6212.729〜13

0.07510.2910.5210.33872

合成毛体积密度Ysb2.8412.8422.845

4.75mm以上粗集料毛2.8612.8612.861

体积相对密度Pea

4.75mm以上粗集料松1.6581.6701.667

方相对密度Ps

VCADRC42.141.741.8

从上表可以看出年，三种级配口勺合成毛体积相对密度均在2.84以上，根据江苏省施工

指导意见中改性沥青SMA-13马歇尔试验配合比设计技术规定之规定，合成集料毛体积相对

密度在2.8时油石比不不不小于6.0%,在2.9时油石比不不不小于5.7%,根据此规定，我

们结合北京和江苏SMA路面成功和失败的经验和教训，同步根据我们的室内马歇尔试验成

果和设计思绪，我们选择B级配为最佳级配、6.0%的油石比为最佳油石比，试验成果见下

表：

油石比最大理论实测毛体空隙率矿料间隙饱和度粗集料骨架

(%)密度积密度(%)率(％)(%)间隙率

VCAmix

6.02.6012.4565.618.469.940

6.32.5902.4734.518.27539.6

从上表可以看出，粗集料的骨架间隙率VCAmix均不不小于相对应的VCADRC，阐明该

种级配形成了石-石嵌挤构造，矿料间隙率VMA不小于17%,阐明有足够时间隙供玛蹄脂

填充，但空隙率和饱和度两项指标不满足规定，要想减少空隙率提高饱和度，只能是提高油

石比或增长4.75mm日勺通过率，不过油石比需提高到6.3%以上时才能满足空隙率在4.5之内

SMA-13试验指标曲线图

(

)京80—VCAmix

出60

东40-•-VCAdrc

20

1mVMA

O

1529253035404550

4.75mm通过昂：（％）

饱和度到75%以上，这样无疑会重导此前SMA路面H勺覆辙，导致路面通车后泛油和车辙。

下图为VMA、VCAmix及VCAdrc之间日勺关系图。

从上图可以看出，当4.75mm通过率到达29%时，VCAmix等于VCAdrc,假如4.75mm

通过量不小于29%,VCAmix不小于VCAdrc,SMA的骨架嵌挤构造被破坏，也就不是真

JELSMA了。为保证路面有足够的构造深度，我们在生产配合比设计时使9.5mmB勺通过率

在中值左右并大胆时以6.0%的油石比试拌且在服务区匝道上做了试铺段。

下面是我项目试拌和线外小型试铺日勺试验成果:

设计油石比6.0矿料级配1#：2#：3#：4#：矿粉=40：40：2：8：10丫后2.834

实测油石比6.031613.29.54.752.361-180-60-30-150.075

生产级配10093.062.826.620.017.515.513.81210

实测级配i(X)94.662.926.120.518.816.714.412.89.4

马歇尔试验成果

理论密实测密矿料间稳定

空隙饱和流值

度度隙率度VCAmin(%)VCADRC(%)

率(％)度(％)0.1mm

(g/cn?)(g/cn?)(%)(KN)

2.5972.4635.271.218.010.4438.340.341.7

规定3-4.575-854：17.046.020-50》VCADRC

线外小型试铺检测成果:

马歇尔密度压最大理论密度空隙率构造深度渗水系数

外观

实度(％)压实度(％)(%)(mm)ml/min

实测99.695.14.91.1基本不渗无石料压碎现象无

水玛蹄脂上出现象

规定29894-96.53.5-6>50ml/min

初压复压终压

碾压方案

强振1遍强振2-3遍静压1遍

从以上成果可以看出，马歇尔试验空隙率和饱和度K能满足指导意见规定，但小型试铺

各项指标都符合指导意见规定，并且振动压路机强振3遍以上无推移现象，无石料压碎现象,

也无玛蹄脂上出现象，并且构造深度在1.1mm时路面也不渗水，因此我们认为：1#：2#：

3#：4#：矿粉=40：40：2：8：10,油石比6%的配合比设计合理,可以用于主线试铺。

4、设计检查：我们委托江苏省科研院按上面生产配合比拌和的混合料进行了性能检测。

（1）、水稳定性检查

马歇尔稳定度（KN）浸水马歇尔稳定度（KN）残留稳定度（％）规定

9.568.8192.2285%

条件劈裂抗拉强度（MPa）非条件劈裂抗拉强度（MPa）强度比（％）规定

0.58410.659888.5280%

（2）、高温性能检查（60℃）

动稳定度（次/mm）变异系数

规定规定

123平均值（%）

3938484643254370>300010.4<20%

（3）低温小梁弯曲试验

最大荷载（KN）跨中挠度（mm）抗弯拉强度（MPa）劲度模量（Mpa）破坏应变（u£）

1298.90.615210.6033230.03385.9

三、SMAJ3混合料日勺拌和

1、拌和温度：沥青加热温度170C-175C,由于大量冷矿粉的掺入，集料加热温度在

210-220r,混合料出厂温度为180T90℃。出厂温度由试验室安排专人检测，发现温度不

在此范围及时给拌和楼反馈。

2、拌和时间和拌和数量：

拌和流程图

骨料进入拌缸的同步，木质素也进入拌缸，开始干拌，几秒后，矿粉和沥青进入拌缸，

在沥青放完8秒后，矿粉放完，同步拌缸计时开始，从放骨料到拌缸开始计时约23秒，总

生产时间66秒，每小时拦和产量147to

3、木质素纤维填加方式，人工将木质素纤维投入纤维填加设备中，运用机械将纤维打

碎，再运用空压机将打碎的纤维吹入拌缸和骨料、矿粉、沥青一起搅拌均匀，木质素纤维填

加数量为沥青混合料总重量日勺0.3%。

4、抗剥落剂填加方式，根据沥青储罐中沥青的数量，按沥青质量口勺0.4%投入热熔沥青

中，用强制搅拌法便抗剥离剂渗配均匀。

5、由于2#料中具有13%左右的3#料，而SMA-13路面3#料需求量相称少，3#料过多

会导致路面碾压过程中推移，因此在生产过程中有40%X13%—2%=3.2%H勺3#料溢料，由

于3#料溢料，就需预备装载机及时清掉废料仓中打勺3#粒。

6、细集料一定要搭棚覆盖以免受潮，由于SMA混合料需要H勺细集料非常少，不超过

15%,因此冷料仓的斗门启动度很小，假如细集料遭雨淋，就会导致集料干湿程度不一样，

碰到湿料时下得慢碰到干料时下得快，这样会严重影响4.75mmH勺通过率控制的精度，此外

1#料和2#料用量大，我们各设置两个冷料仓供料。

四、SMA-13混合料口勺运送

SMA-13混合料H勺运送应注意如下几种问题：

1、要采用大吨位的运送车运送，运送前在车厢及重板上喷洒一层油水混合物，使混合

物不致与车厢粘结。

2、在任何状况下，运送车在运送过程中都应加盖蓬布，以防表面混合料降温结硬壳，

我们采用的是两层蓬布之诃夹•层棉被，并在摊铺过程中也不揭蓬布，施工效果非常明显，

温度对照见后。

3、要及时清掉运料车剩余的残留物。

4、到场温度要控制在180℃以上，前场安排专人检测到场温度，发现温度低于此规定

也及时反馈到拌和楼。

五、SMA-13混合料的摊铺和碾压

我项目分别于6月14日、6月16日和6月19日做三次试铺段，下面简要简介一下三

次试铺的状况。

1、K24+680—K24+940右幅

配合比：振动筛1#(12-20mm)：2#(5-12mm)：3#(3-5mm)：4#(0-3mm)：矿粉=41.5：

38：2：8：10.5油石比:6.0%,4.75mm通过率25%,推铺速度:2.3m/min,混合料到场温

度182℃,采用单层蓬布覆盖，摊铺时揭开蓬布，摊铺完温度163C,松铺系数1.15,松铺

厚度4.5cm,熨平板振级5级，夯锤振级4级，纵缝处两机搭接宽度35cm,厚度控制采用18nl

长接触式平衡梁，碾压方案：两台DD—110成梯队来回强振2遍，两台酒井来回强振I遍，

静压1遍，在碾压一开始，靠中央分隔带一侧的DD—110先骑纵缝来回强振--遍，并保证纵

缝处要多碾压1遍，使纵缝接缝美观并且不渗水。

混合料试验成果：(马歇尔空隙率范围放宽为3%-5%)

油石比马氏密度空隙率矿料间系率饱和度粗集料骨架

(%)(g/cm3)(%)(%)(%)间隙率魄)

6.172.4685.017.972.140.2

6.0-6.33-5<1775-85<41.7

矿料级配

1613.29.54.752.360.075

10093.762.825.920.410.4

10090-10050-7522-3216-278-12

路面检测成果:

平整度马氏压实度理论压实度路面空隙率构造深度

渗水系数

(mm)(%)(%)(%)(mm)

正常路段不

0.4499.994.95.11.2

渗水

<0.829894-96.53.5-6>50ml/min

外观无石料压碎现象，无玛蹄脂上出现象。

存在问题：下面某些部位存在不一样程度的渗水现象

(1)两摊铺机接缝左右各50cm范围内。

（2）靠近路缘石50cm范围内直渗

（3）靠近路肩50cm范围内直渗

（4）掩铺机中间部位

（5）摊铺机拢料摊铺H勺剖位

分析：（1）、（2）、（3）是由于螺旋布料器把混合料从摊铺机中间输送到两侧，导致料温

减少较多,.约差8℃,此外由于平衡梁的影响使压路机不能及时碾压两方面原因的影响导致该

处渗水，（4）是由于固定螺旋布料器日勺支架挡料导致级配离析。（5）是由于拢料日勺料温低，

并且级配也存在离析，导致摊铺后渗水,此外，由于摊铺速度慢，温度散失快，导致整体空

隙率高。

2、第二次试铺K24+D10—K24+680

由于路面空隙率5.1%,构造深度1.2mm,我们对线配进行了微调，4.75mm通过率在

25—26之间，配合比1#：2#：3#：4#：矿粉=42：37：2：9：10,油石比6.1%,此外，上

午提高摊铺速度到3m/min,尽量缩短两个摊铺机距离以保证纵缝处能尽量早碾压，此外又

调来一台德国产12t戴纳派克振动压路机增大压实功，缩短有效压实时间。

碾压方案：两台DD—110并列强振2遍，戴纳派克强振1遍，洒井静压1—2遍。

混合料试验成果：

油石比马氏密度空隙率矿料间系率饱和度粗集料骨架

（%）（g/cm3）（%）（%）（%）间隙率（%）

6.172.4714.717.873.640.2

3-5<1775-85<41.7

矿料级配

1613.29.54.752.360.075

10092.562.226.420.39.4

10()90-10050-7522-3216-278-12

马氏压实度理论压实度路面空隙率构造深度

平整度渗水系数

(%)(%)(%)(mm)

正常路段不

0.4799.594.85.21.1

渗水

<0.829894-96.53.5-6>50ml/min

外观无石料压碎现象，无玛蹄脂上出现象。

第•次试铺的几种渗水部位虽然有所好转，但仍然存在渗水现象。

3、第三次试铺K23+417—K24+010

从前两次试铺可以看出，要想提高路面整体空隙率，改善几处微弱环节的渗水状况只能是从

减少施工过程中的温度损失着手，我们在保证配合比、摊铺机参数和碾压方案不变的前提下,

采用了如下措施来减少施工过程中的温度损失。

(1)运料车由单层蓬布改为双层，蓬布之间夹一层棉被，以减少运送过程中H勺温度损失。

(2)在摊铺过程中运料车不揭蓬布，以减小摊铺过程中的温度损失。

(3)挪动平衡梁位置，使前后摊铺机之间日勺距离缩到最小，拆除平衡梁之间的J支架，保

证压路机碾压时能更靠近摊铺机。

下面是6月16日和6月19日两次施工过程中的温度损失对照表：

双层蓬布之间夹棉被覆盖且摊铺时不

单层蓬布覆盖且摊铺时揭蓬布

检测项目揭蓬布

降温速度降温速度

出场温度185186

到场温度182184

1C/min0.7℃/min

摊铺完温度163170

4C/min3.5℃/min

初压结束温

148157

度

3℃/min4.8℃/min

复压第一遍

138141

压完时温度

2℃/min2C/min

复压第二遍

128134

压完时温度

摊铺速度3m/min

从上表可以看出，摊铺时不揭蓬布比揭蓬布温度损失每分钟少().3℃,铺一车大概18min

可少损失5℃,由于挪动了平衡梁位置，且去掉了支撑，使压路机碾压更靠近摊铺机，摊铺

完到初压结束每分钟可减少温度损失0.5C。

混合料试验成果：

油石比马氏密度空隙率矿料间系率饱和度粗集料骨架

(%)(g/cm3)(%)(%)(%)间隙率(盼

6.182.4724.717.873.640.1

3-5<1775-85<41.7

矿料级配

1613.29.54.752.360.075

10()92.162.625.420.510.6

10090-10050-7522-3216-278-12

路的检测成果:

马氏压实度理论压实度路面空隙率构造深度

平整度渗水系数

(%)(%)(%)(mm)

0.4499.995.24.81.1不渗水

<0.829894-96.53.5-650ml/min

外观无石料压碎现象，无玛蹄脂上出现象。

微弱部位渗水状况：

(1)纵缝部位基本不渗水。

(2)摊铺机中间部位也基本不渗水。

(3)靠路缘石及路肩50cm部位渗水比此前改善，目前正在寻求好的处理措施。

根据第三次试铺我们总结了如下几点：

(1)、必须保证到场温度在180℃以上，并且在运送和摧铺过程中不揭篷布，最佳采用两层

蓬布之间夹一层棉被的保温措施。

(2)、配合比设计时马歇尔空隙率应设计到4.0~5新勺范围内，以保证设计出较粗的级配和

较低的油石比提高抗车辙能力减小泛油。

(3)、摊铺机H勺熨平板和夯锤尽量采用较大的震级，保证铺面的初始压实度在85%以上