浅谈SMA混合料施工技术

浅谈SMA混合料施工技术
摘要沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Mastic Asphalt，德国称为
Split Mastic Asphalt) 简称SMA，最早产生于20世纪60年代的德国。

由于它
具有良好的耐久性和抗车辙性能，在西方国家得到广泛应用，在我国近年来也得
到了大力推广。

本文主要就SMA混合料的材料组成设计、性能和施工技术等方面
作简要介绍。

关键词SMA混合料配比设计施工技术
一、前言
SMA是一种热拌热铺的断级配骨架密实型沥青混合料。

它由碎石（粗骨料）
构成坚固的骨架结构，并由丰富的沥青玛蹄脂填充骨架空隙进行稳定，通过粗骨
料间的直接接触和和相互嵌锁来增强路面的强度和稳定性。

在SMA混合料中，粗
集料形成骨架，而细集料作为玛蹄脂的一部分，基本上不参与构建集料结构的作用。

这与普通密级配沥青混合料（AC）中粗集料基本处于悬浮状态，少有石料与
石料相互接触不同。

在SMA混合料中通常采取加入纤维稳定剂的措施，以防止在
施工过程中发生结合料析漏。

随着我国经济的飞速发展，城市交通变得起来越繁忙，交通压力繁重。

由于
城市道路自身结构的特殊性，路面铺装的好坏直接影响到城市道路的使用寿命和
使用安全，这就对铺装材料和铺装技术提出了更高的要求。

SMA因其特有的性能，逐渐引起国内外有关专家注目，已成为具有广阔发展前景的铺装材料之一。

从1996年首都国际机场跑道首次使用我国自行研制的SMA混合料面层以来，SMA混合料在全国各省市已得到了广泛运用。

本文结合城市路面使用SMA的工程
实例，介绍了使用SMA进行路面铺装的方法与经验，探讨了城市路面SMA铺装施
工的若干技术问题。

二、SMA混合料的性能
SMA结构组成特点一般可概括为“三少、一多”，即“粗集料多、矿粉多、
沥青多、细集料少”。

通常粗集料≥4.75mm的比例达到70%~80%，矿粉为8%~12%，沥青高达5.7%~6.5%，细集料偏少，一般为10%左右，另外需使用木质素纤维作
为稳定剂。

根据SMA组成特性，突出了粗集料的嵌挤骨架作用和沥青玛蹄脂胶结
料的粘结裹覆作用，从而构成SMA的两大条件。

与传统沥青混合料相比，具有更
好的耐久性、抗高温稳定性、抗低温开裂性，同时增加沥青面层的粗糙度，具有
较好的表面排水作用，提高沥青路面的抗滑性能。

1. 基本性能
（1） SMA具备以下基本性能
① 良好的抗开裂性能，可以承受反复的复杂变形；
② 优良的高温稳定性能，以满足高达70℃的高温使用条件；
③ 完善的防排水体系；
④ 铺装层间、铺装层与基层间有良好的层间结合力，保证各结构层良好的
协同作用；
⑤ 对结构变形的良好追从性，以适应结构变形。

2. 抗滑性
SMA路面的抗滑性，来源于石料抗磨耗、耐磨光的表面微观构造和路面表面
的宏观构造。

SMA的表面构造深度主要取决于混合料的公称最大集料尺寸与玛蹄
脂（胶泥）对粗集料骨架空隙的填充程度。

微观构造表现为集料具有砂纸般粗糙
的表面，宏观构造表现为路面混合料中富有棱角的粗集料相对于路面平整表面的
均匀突起。

集料较小，构造深度也较小。

3. 车辙与平整度
由于SMA坚固的集料结构、粗集料间的嵌锁作用以及沥青玛蹄的高温劲
度，压缩性比常规沥青混凝土小很多，且具有高度抵抗永久变形的能力，使
得SMA路面具有很高的抗车辙能力，也使路面平整度等到了保证。

明视度与减噪性
SMA路面表面具有开式构造，意味着雨天表面水存在于路面构造之中，而不
在路表，这就使得夜间困对向行驶时车辆灯光引起和眩目光减少，道路标线明视
度增加，同时前方车辆引起的水雾减少，从而增加了行车的安全度。

由于SMA路
面具有良好的表面构造，同表面相对平滑的沥青混凝土路面相比，降低噪声效果好，减少了噪声污染。

经济效益高
尽管SMA初期投资费用比一般沥青混凝土路面高20～25%，但SMA使用寿命
较一般沥青混凝土大大延长，欧洲一些国家认为SMA使用寿命比普通密线配沥青
混凝土路面长29%～40%。

德国等国家早期所铺筑的SMA路面已使用20～30年而
不需大修，平均使用寿命增加7年左右。

而且，道路使用期间维护费用和因路面
维修中断交通、车辆绕行而带来的社会经济损失。

所以，采用SMA混合料作为城
市道路面层铺装材料，社会经济效益显著。

三、SMA混合料设计
针对城市道路铺装的交通、材料等特点，具体对配合比进行了优化调整。

SMA混合料的设计方法同常规沥青混合料一样，均采用体积设计法或体积分析法。

首先确定混合料线配范围，通过调整混合料组成来达到要求的体积特性。

1. 材料选择
（1）沥青料选择
根据工程所在地区的气候条件、荷载条件确定沥青混合料等级。

对城市道路
来说，采用改性沥青可全面提高结合料的高温、低温性能，从而加强路面抗裂性能。

对于高速公路、城市一级主干道等承受繁重交通、气候炎热和寒冷等地区的道路工程，SMA推荐采用改性沥青，其技术指标要求满足SBS改性沥青I-D级要求。

表1 SBS改性沥青I-D各项技术指标
（2）集料选择
用于SMA的粗集料必须符合抗滑表层混合料的技术要求，SMA对粗集料的压碎值要求高，应选择抗磨耗、耐磨光、坚硬致密、断面粗糙的石料，玄武岩是比
较理想的粗集料，必须严格控制集料的扁平颗粒含量。

碎石粗集料要用锤击式或锥式碎石机破碎，SMA一般选用三种规格的玄武岩，其规格为（9.5-16mm）、（4.75-9.5mm）、（2.36-4.75mm）；天然砂砾形状为球形，其用量不得超过机制砂或石屑的数量。

在有条件时，SMA混合料尽量采用与沥青粘附性强的石灰岩细集料。

为改善沥青结合料与集料的粘附性，可在矿粉中加入一定数量的消石灰或水泥，但其用量不得大于混合料总质量的2%。

（3）纤维稳定剂
由于SMA使用较多的矿粉和沥青结合料，因此SMA必须添加纤维稳定剂，一般使用木质素纤维，纤维具有加筋、分散、吸附、稳定和增粘等作用。

其用量一般为沥青混合料的0.3%。

表2 木质素纤维质量技术要求
（4）集料级配设计
按各组分集料的不同比例，至少组合3种试验级配，分别靠近规定级配范围
的上、中、下限值。

根据混合料不同比例的组分集料，分别计算每种混合物组合
集料的毛体积相对密度G sb、视相对密度G sa、粗集料组分毛体积相对相对密度G CA，并测定粗集料组分的干捣实密度ρS、干捣实空隙率VCA DRC，计算沥青结合料用量。

（5）沥青用量设计
按确定的最佳级配，改变沥青含量以确定最佳沥青用量。

为此制备8个试样，选取3种沥青含量。

每种沥青用量的混合料有4个试样，其中：3个马歇尔压实
试件，并测定试件毛体积相对密度；其余一个测定理论最大相对密度。

根据实验
结果，得出每一种沥青含量时混合料的马歇尔特性，包括、VMA、VFA、VCA以及
稳定度与流值。

绘出这些指标与沥青的关系曲线，在空隙率与沥青含量的关系曲
线上，找出对应于设计空隙率的沥青含量即为最佳沥青含量。

找出该沥青含量下
其余各项指标的对应值，若符合规范要求，则混合料的级配组成与沥青含量即为
设计所期望的值。

表3 晋城泛亚工业品商贸物流中心土地一级开发市政道路工程路面SMA铺装
的级配调整结果。

表3 SMA-13级配调整
四、SMA混合料施工技术
SMA沥青混合料较常规沥青混合料（如密级配沥青混合料）增加了粗骨料、矿粉和沥青用量及纤维稳定剂，特别是采用改性沥青。

这些特点决定了SMA混合
料的拌和、摊铺、碾压施工要求与普通沥青混合料有较大的区别，科学、严格和
特殊的施工工艺操作，是SMA路面获得优良性能的保障。

1. SMA混合料的生产
（1）纤维稳定剂的添加
稳定剂可分为木质素纤维、矿物纤维与聚合物有机纤维3类。

由于木质素纤
维防漏效果显著，能稳定更多结合料，且价格合理，因而得到广泛采用。

SMA生
产时可人工添加纤维稳定剂，但为了确保添加数量的精确度和可靠度，建议采用
专用添加设备添加，使其充分拌和，均匀分散，防止在混合料中集中、结团。

（2）拌和温度的控制
SMA结构所需矿粉数量较常规沥青混合料多，由于冷矿粉数量的增多，就需
要其他集料烘干温度增加。

施工实践证明，SMA混合料拌和温度宜增加10%～20%。

不使用改性沥青时，SMA混合料温度宜控制在160～170℃之间；使用改性沥青时，SMA混合料出料温度宜控制在175～185℃之间。

（3）拌和时间的控制
由于SMA混合料增加了纤维稳定剂的使用，混合料生产拌和时间宜相应增加。

① 采用颗粒状纤维时
纤维应在粗、细集料投料后立即加入，干拌时间较常规混合料生产增加5～
10S，喷入沥青后搅拌时间较常规混合料生产至少增加5S。

② 采用纯纤维时
纤维随沥青喷入后，由专用设备打散，搅拌时间较常规混合料生产至少增加
5S。

2. SMA混合料的摊铺
在SMA混合料铺装施工前，应将材料检验、配合比设计、取样试验等各项准备工作落实好。

集料、矿粉、粘结剂、沥青或改性沥青等材料在现场或送有关部门进行检验，同时对混合料中沥青用量进行试件取样检验。

另外，要对机械设备认真检修，杜绝在工作中产生故障，特别是对漏油等现象要严加防范。

（1）摊铺机的预热控制
摊铺前应对摊铺机进行预热处理，预热的时间根据施工现场气候条件确定，预热的时间过长将全使熨平板变形，预热时间太短将会产生粘料拉裂摊铺路面。

一般施工前20分钟开始预热。

（2）摊铺速度的控制
根据拌和场距施工现场的距离，结合拌和料的生产速度，再根据摊铺宽度和摊铺厚度确定摊铺速度。

3. SMA混合料的碾压
SMA碾压主要控制指标为压实度、平整度。

SMA碾压一般采用钢轮压路机，按初压1～2遍、复压2～4遍、终压1遍的碾压方式进行组合。

SMA路面压实度应不小于马歇尔标准密度的97%或理论密度的94%，同时也要防止过度碾压，避免破坏内部骨架结构。

SMA面层施工禁止使用胶轮压路机或组合式压路机，以防止胶轮压路机或组合式压路机胶轮的搓揉作用，将结构内部沥青“泵吸”到路表面，使路表面粗糙度降低。

（1）碾压温度的控制
SMA碾压过程要求有较高温度，一般初始碾压温度不低于150℃，因为SMA 内含有大量沥青玛蹄脂胶浆，粘度大，温度低时很难压实，所以控制碾压温度对确保路面质量至关重要。

（2）碾压长度的控制
SMA混合料摊铺后散热快，碾压必须紧跟摊铺进行，一般碾压长度控制在
30M左右，而且在碾压长度与摊铺机之间预留10M，以防止在摊铺机和压机的重压下，影响摊铺平整度。

（3）碾压频率、振幅的控制
实践证明：压路机的振频为影响沥青混凝土路面压实度的主要因素，振动压路机的振频比沥青混合料的固有频率高，可获得较好的压实效果。

4. SMA面层接缝施工
在本工程中，设计道路路面净宽为15m~21m，实际施工时只有一台摊铺机(幅宽9m)进行半幅摊铺，故有纵向接缝的问题，纵向接缝按热接缝或冷接缝。

横向设置施工缝。

（1）接缝设置原则
SMA面层的纵向接缝应尽量与规划的车道线位置一致。

不同层次纵向接缝之间的距离应至少为150㎜。

不同层次横向接缝之间的距离至为1M。

SMA面层跨越接缝的高差不应超过3㎜。

（2）纵向接缝施工。

① 纵向热接缝
摊铺机熨平板部分重叠先前摊铺的混合料至少5㎝宽的条带。

局部重叠于先前摊铺条带的混合料，推回到先前摊铺条带的边缘，并除去多余材料。

钢轮压路机紧跟摊铺机对热接缝部位优先进行压实。

如图1
图1
② 纵向冷接缝
切除冷却面边缘厚度不足部分的混合料，切割宽度最小为厚度的2倍或大于100㎜。

然后清除所有灰浆与松散材料，并用沥青液涂覆切割面，但乳液不应超过接缝边缘。

③ 横向冷接缝
在施工结束时，摊铺机在接近端部前约1M处将熨平板稍稍抬起驶离现场，端部混合料用人工铲齐后进行碾压。

趁尚未完全冷却时，将端部混合料厚度不足部分沿横向垂直刨除，以便下次施工与新铺层成垂直连接。

五、结束语
由于SMA沥青混合料具有良好的抗滑性、平整度、低噪音、表面耐久性和抗车辙性能，在全国各地已大量应用于道路、立交桥面铺装中，积累了丰富的施工经验。

SMA沥青混合料虽然具有突出的优点，但是其材料昂贵，施工要求也比较严格，更需要以科学的态度严把质量关。

本工程中，由于集料组成发生变化，导致施工配合比与理论配合比相差过大，在进行试验路段施工过程中，出现SMA碾压不密实，横向开裂现象，造成返工后果（见图2、图3）。

这一深刻教训值得反思，所以在实际进行施工前，一定要对现场集料的级配和配比进行重新验算，先进行材料试拌、取样、试验，确定施工配合比后方可批量拌制SMA混合料。

图
2
图3
参考文献
（1）《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2017）
（2）《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）
（3）《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）
（4）改性沥青与SMA路面沈金
安人民交通出版社 2010
（5）公路工程试验工程师手册孙忠义王建华人民交通出版社 2013.10
1。