间断级配SMA-建筑设计规划-

第三章沥青混合料第三节间断级配——SMA混合料SMA是沥青玛蹄脂碎石（Stone Matrix Asphalt)的缩写，是一种以沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多的填料（矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架间隙中组成一体所形

成的沥青混合料，简称SMA。主要优点：属于骨架密实结构，具有耐磨抗滑、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙、减少低温开裂等优点，适用于高等级道路沥青路面的上面层使用。本节介绍SMA混合料的技术特性、组成材料及配合比设计方法。

一、SMA混合料的技术特性1．高温稳定性主要特点：粗集料骨架和沥青玛蹄脂两个部分组成；粒径≥4.75mm的粗集料高达70%~80%，矿粉用量为10%左右，细集料较少；因骨架作用，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。

沥青混合料类型试验类型SMASMA-16AC-16160/70混沥合青SBS改性料沥与青A60/70C混沥青SBS改性合料沥技青动稳定度（60%）（次/mm）1781467312002520劈裂强度（0℃）(Mpa)3.2753.7943.8713.743劈裂模量（0℃）(Mpa)2544209834723059弯拉模量（0℃）(Mpa)1980144623931717术性能的比较表3-262.低温抗裂性在低温条件下，由于SMA混合料中有着相当数量的沥青玛蹄脂，当温度下降时，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。3.耐久性在SMA混合料中，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。此外，SMA混合料空隙率较小，沥青于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；又由于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。

4.表面特征SMA混合料一方面要求使用坚硬、粗糙、耐磨的高质量碎石，两一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。

二、SMA混合料的组成材料及其技术要求1.沥青结合料√在SMA混合料中，要求沥青具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性。SMA所用沥青质量必须符合我国“重交通道路沥青技术要求”，并应采用比当地常用热拌沥青混合料所用沥青硬一级的沥青。南方炎热地区可以采用AH-70,寒冷地区用AH-70或AH-90。√对于高速公路、承受繁重交通的重大工程道路、夏季特别炎热和冬季特别寒冷地区的道路，最好采用改性沥青配制SMA混合料。由于改性沥青的基质沥青质量必须符合我国“重交通道路沥青技术要求”，所配制的聚合物改性沥青质量应符合（JTJ036-98）的技术要求，当以提高沥青混合料抗车辙能力作为主要目标时，改性沥青的软化点最好高于当地年最高路面温度。

2.集料与填料√用于SMA混合料中的粗集料应是高质量的轧制碎石，其岩石应坚韧，具有较高的强度和刚度，如玄武岩、沙眼、花岗岩等石料。应严格控制集料中的针状颗粒含量，集料的颗粒形状应接近立方体，富有棱角，纹理粗糙，其它技术要求见表3-27的要求时，必须采取有效的抗剥落措施。√细集料最好使用坚硬的机制砂，也可以从洁净的石屑中筛取粒径范围0.5~3mm部分作为制砂使用。当采用普通石屑作为细集料时，宜采用石灰岩石屑，石屑中不得含有泥土类杂物。当与天然砂混用时，天然砂的含量不宜超过机制砂或石屑的比例。细集料质量除了满足普通热拌沥青混合料对细集料的要求外，棱角性最好大于45%。

√填料必须采用石灰岩等碱性岩石磨细的矿粉，矿粉质量应满足普通热拌沥青混合料对矿粉的要求。粉煤灰不得作为SMA混合料的填料使用。回收粉尘的比例不得超过填料总量的25%。其他要求同普通热拌沥青混合料。

沥青路面表层用粗集料的技术要求表3-27技术指标技术要求技术指标技术要求石料压碎值（%）≤25坚固性（%）≤12石料磨光值（%）≤30针片状颗粒含量（%）≤15石料磨光值（PSV）≥42水洗法小于0.075mm克里含量（%）≤1表观密度（t/cm3）≥2.60软石含量（%）≤1吸水率（%）≤2.0破碎砾石的百分率（%）一个破碎面100与沥青的粘附性等级≥4两个破碎面903.纤维SMA混合料中的常用纤维材料有:木质素纤维、矿物纤维、腈纶纤维、涤纶纤维、玻璃纤维等聚合物化学纤维。纤维在SMA混合料中的作用是吸油、稳定、增强，并提高SMA混合料高温下的抗剪强度。选择纤维时主要考虑其吸油性、耐热性、与沥青的粘附性等指标。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。

美国AASHO对木质素纤维的技术要求表3-28试验验内容技术指标充气筛分析纤维长度（mm）60.150mm筛通过率（%）≤70±10普通网筛分析纤维长度（mm）≤＜60.850mm筛通过率（%）85±100.425mm筛通过率（%）65±100.106mm筛通过率（%）30±10灰分含量（%）18±5，无挥发物PH值7.5±1.0吸油量（纤维质量的倍数）5.0±1.0含水量（%）≤5.0三、SMA混合料的配合比设计1.SMA混合料的配合比设计指标(1)SMA混合料级配设计范围表3-29为SMA混合料级配范围的建议值,SMA混合料的最大粒径应与面层结构设计厚度相匹配,结构设计厚度为集料的公称最大粒径的2~2.5倍。

筛孔规格26.51916SM13.2A混合9.5料矿料4.75级配范2.36围1.180.60.30.150.075SMA-1910090~10072~9262~8240~5518~3013~2212~2010~169~148~138~12SMA-16-10090~10065~8545~6520~3215~2414~2212~1810~159~148~12SMA-13--10090~10050~7520~3415~2614~2412~2010~169~158~12SMA-10---10090~10028~6030~3214~2612~2210~189~168~13（2)SMA混合料的体积结构参数①粗集料骨架间隙率VCA粗集料间隙率是指粗集料实体之外的空间体积占整个试件体积的百分率，用于评价按照嵌挤原则设计的骨架型沥青混合料的体积特征，主要用于SMA混合料或OGFC混合料的组成设计。a捣实状态下粗集料骨架间隙率捣实状态下粗集料骨架间隙率是将4.75mm（或2.36mm)以上的干燥粗集料按照规定条件在容量桶中捣实，所形成的粗集料骨架实体以外的空间体积占容量体积的百分率，以VCADRC表示，采用式（3-19)计算VCADRC=(1- )×100%b.沥青混合料试件的粗集料间隙率压实沥青混合料试件内粗集料骨架以外的体积占整个试件体积的百分率，采用式（3-20)计算。对于SMA-13，粗集料通常是指粒径≥4.75mm的粗集料；对于SMA-10粗集料是指粒径≥2.36mm的粗集料。

VCAmix=(1－ )×100%SMA混合料时按照骨架嵌挤原则是设计的，为了充分发挥SMA混合料中粗集料石一石骨架的嵌挤作用，在压实状态下，沥青混合料中的粗集料间隙率VCAmix必须满足式（3-21)的要求。粗集料骨架间隙率VCADRC能否大于沥青混合料骨架间隙率VCAmix是检验粗集料能否形成嵌挤骨架的关键。当不满足式（3-21)的条件时，混合料的粗集料骨架实际上是被所填充沥青玛蹄脂撑开了，表明在混合料中或者沥青玛蹄脂过多、或者粗集料骨架间隙过小。所以，粗集料间隙率VCA实际上控制了SMA混合料中沥青玛蹄脂的总体积。VCAmix≤VCADRC②马歇尔试件的体积参数我国现行规范《公路工程沥青路面路面设计规范》（JTJ014-97)中建议：SMA混合料的空隙率VV宜控制在3%~4%，在实际使用时，应根据气温和荷载情况综合确定。

马歇尔试验的稳定度和流值不是SMA混合料配合比设计的主要指标。马歇尔试验的目的是检测试件的各项体积结构参数,以确定SMA混合料的矿料级配。采用浸水试件的残留稳定度评价SMA混合料的水稳定性。SMA混合料的高温抗车辙能力通过车辙试验进行检测,动稳定度应满足表3-30的要求。

（3)SMA混合料的力学性能指标（4)析漏试验和飞散试验①谢伦堡沥青析漏试验谢伦堡沥青析漏试验用以检测沥青混合料在高温状态下从沥青混合料中析出的数量，是确定SMA混合料中沥青用量的一种辅助实验方法。谢伦堡沥青析漏试验在施工最高温下进行，一般非改性沥青混合料的实验温度为170℃,聚合物改性沥青混合料的实验温度为185℃。将拌和好的沥青混合料试样倒入800mL的烧杯中，在规定温度的烘箱中静置60min，按式（3-22)计算沥青析漏损失量。

沥青析漏随着沥青用量增加而增加，根据沥青析漏量的多少，可以确定沥青混合料中有无多余的自由沥青或过多的沥青玛蹄脂，用以限定SMA混合料的最大沥青用量。在SMA混合料中虽然需要使用较多的沥青，但无论如何不能超过所有矿料表面所能吸附的最大沥青用量，过多的自由沥青将成为集料颗粒间的润滑剂，造成沥青玛蹄脂上浮，影响路表构造深度、降低混合料的高温稳定性、产生泛油等病害。沥青析漏量的标准取决于在运输过程中混合料不发生沥青的滴漏的沥青用量上限，也与气候条件有关。德国标准要求：沥青析漏损失小于0.2%为好，0.2%~0.3%为可以接受，超过0.3%为不合格。这个标准适用于德国气候较为温和的地区。实验表明，在我国炎热地区，当沥青析漏量达0.2%时，沥青用量已经偏高。

②肯塔堡飞散试验肯塔堡飞散试验用以检验SMA混合料中集料与沥青结合料的粘结力的辅助试验，用于确定最低沥青用量。肯塔堡飞散试验采用沥青混合料的马歇尔试件在洛杉矶磨耗试验机中进行，标准试验温度为20℃，水中养生时间为48h。飞散损失在以试件在洛杉矶磨耗试验机中旋转撞击规定次数后，试件的损失质量百分率表示，由式（3-23)计算。△s= ×100%谢伦堡试验和肯塔堡试验往往是同时进行的，前者用于确定沥青用量的上限，后者用于确定沥青用量的下限。综合比较可得出较为合理的沥青用量范围。

SMA混合料的物理力学性能指标和技术要求表3-30技术指标技术要求使用非改性沥青使用改性沥青配合比设计马歇尔试验指标马歇尔试件击实次数两面各击实50次空隙率VV(%)3~4①矿料间隙率VMA(%)≥集料的最大公称尺寸(mm)9.517.513.217.01616.51916.0混合料粗集料间隙率VCAmix(%)≤粗集料骨架间隙率VCADRC沥青饱和度VFA(%)75~85①马歇尔稳定度（kN）

≥5.56.0流值（0.1mm）20~5020~50配合比设计检验指标谢伦堡沥青析漏量（%）

≤0.200.10肯塔堡飞散损失量（20℃）（%）≤2015车辙试验的动稳定度（次/mm）〉15003000谁稳定性试验残留稳定度（%）＞7580冻融劈裂强度（%）＜7580水系数（ML/min）＜802．SMA混合料的配合比设计方法设计原则：一是粗集料颗粒相互嵌挤组成高稳定性的"石-石骨架”结构；二是由细集料、沥青结合料和稳定添加剂组成的沥青马蹄脂填充"骨架”间隙，并将"骨架”胶结在一起，沥青马蹄脂应略有富余，以使混合料获得较好的柔韧性和耐久性。SMA混合料配合比设计包括目标配合比设计和生产配合比设计，目标配合比设计流程见图3-25。

材料选择材料试验纤维稳定剂选择初试级配粗集料、细集料、矿粉沥青或改性沥青测定粗集料的VCADRC设计粗集料骨架，例如对SMA-16，以4.75mm通过率为关键性筛孔，选用22%、26%、30%，3个档次，设计3组配比选择初试沥青用量，制作马歇尔试件分析VMA.VCA，确定设计级配合格对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件分析VV、VFA等,确定最佳沥青用量合格进行马歇尔试验,检验稳定度、流值进行各种配合比设计检验,确定配合比图3-25 SMA目标配合比设计流程图不合格不合格不合格（1)原材料选择及其性能测试按照规定方法，精确测定各种原材料的密度，其中粗集料为毛体积密度，石屑、砂和矿粉为表观密度。（2)确定SMA混合料的初试级配调整各种集料用量比例设计3组不同的初试级配，3组级配在4.75mm（如果是SMA-10，则为2.36mm，以下相同)筛的通过率应分别为设计级配范围的中值及中值±3%左右。3组级配的矿粉数量最好相等，使0.075mm通过率为10%左右，在其他筛孔上，3个级配必须符合所选择的级配范围。

（3)试验检测①测试粗集料骨架间隙率VCADRC将3组初试级配混合料中小于4.75mm的集料筛除,分别测定4.75mm以上各档粗集料的毛体积密度,并按照各档集料比例计算粗集料的平均毛体积密度。用捣实法测定4.75mm以上粗集料的装填密度,计算各组初试级配在捣实状态下粗集料骨架间隙率VCADRC。②制作马歇尔试件根据矿料的