公路沥青玛蹄脂碎石路面技术-PDF

公路沥青玛蹄脂碎石（SMA）路面技术1公路沥青玛蹄脂碎石（SMA）路面技术一、概述沥青玛蹄脂碎石（SMA）是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料。具有高含量粗集料、高含量矿粉、较大沥青用量、低含量中间粒径颗粒的组成特点。高含量的粗骨料在混合料中颗粒面与面直接接触、相互嵌锁构成的骨架直接承受了荷载作用，这种骨架对温度敏感性小。含量较高的矿粉与沥青形成粘聚力很高的胶凝状物——玛蹄脂，使得混合料的整体力学性质提高。这两方面的作用使混合料具有足够的竖向与侧向约束，在车辆荷载的作用下，不产生或只产生微小的永久性变形。特点：1、具有高的抗车辙能力和温度稳定性；2、优良的抗裂性能；3、良好的耐久性能，与传统的沥青混凝土相比，SMA的使用寿命增加40％左右。若使用改性后的沥青，可进一步提高其性能；4、较好的抗滑性能；5、初期投入较高，但考虑使用寿命后年平均投入较低。SMA主要用于重交通道路、等高级公路、一级公路面层。沥青玛蹄脂碎石路面（简称SMA路面）是一种引人注目的新型沥青路面结构，我国从1992年首都机场高速公路起开始在一些地区应用。这种材料与我国现行规范规定的沥青混合料，如密级配沥青混凝土（AC，包括I型、11型）、沥青碎石混合料（AM）、抗滑表层混合料（AK）相比，各自具有不同的优点和缺点，如表1所示。不同沥青混合料结构类型（Dmax=16mm）表1特点和性能AC16-I型AC16-II型AK-16AAM-16SMA-16结构类型悬浮密实结构悬浮半空隙结构悬浮或嵌挤半空隙结构嵌挤空隙结构嵌挤密实结构空隙率（%）3~64~8（10）3~8103~4（4.5）沥青用量中等较少中等很少较多4.75mm通过率（%）42~6330~5030~5018~4220~3020.075mm通过率（%）中等（4~8）较少（2~5）较多（4~9）很少（0~5）很多（8~12）抗车辙变形差差较好好很好疲劳耐久性好较好好很差很好抗裂性能好较好好很差很好水稳定性好较差较差很差很好渗水情况小较大较大很大很小抗老化性能很好较好较好很差很好抗磨损很好较好较好很差很好抗滑性能差较差较好-好路面噪声、反光、溅水、水雾差较差较好-好施工难易易易较难（敏感性大，易离析）简单难（温度高、敏感性强）成本中较低较高很低高表1中沥青路面混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性、抗疲劳性能、耐久性、表面服务功能等，往往是相互制约的。尤其是高温抗车辙性能及低温抗裂性能之间，抗滑性能与耐久性之间，始终是突出的两对矛盾。普通的密级配沥青混凝土（以I型为代表）的空隙率小，耐久性、水稳性、抗老化性能好。但其组成中细集料以下的部分大体上占到一半，粗集料实际上是悬浮在沥青砂桨中，故而交通荷载主要是由沥青砂浆承受着，在高温条件下，沥青砂浆的粘度变小，承受变形的能力急剧降低，容易产生永久变形，造成车辙、推拥，且表面构造深度小，抗滑等表面功能较差。而以前我国常用的沥青碎石混合料（AM），虽然石料嵌挤甚好，有较好的抗车辙变形能力，但使用沥青和矿粉太少，空隙率太大，渗水严重，沥青与集料的粘结性不足，水分对混合料的浸蚀很容易造成破坏，低温抗裂性也不好，耐久性很差，所以规范已经不容许在高速公路中应用。我国通过对沥青路面表面层结构的研究，提出了AK型抗滑表层结构，近年来又有了各种变化和新的发展。AK型抗滑表层注重抗滑性能，尤其是提高表面的构造深度，致使混合料的空隙率偏大，并伴随着离析，也有较严重的渗水或局部渗水，耐久性不足成了现在难以克服的缺点，此问题在多雨潮湿地区更为突出，往拄成为早期损坏的根源。SMA则充分考虑了现在普遍使用的AC和AM、AK等级配的缺点，又力求利用他们的优点，企图达到完美的组合。例如SMA具有AC的空隙率小，水稳定性及耐久性好，AM的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，AK的抗滑性能好等各种特点，同时3又克服了AC的高温稳定性能不足，AM及AK的不耐抗裂、抗老化、抗水损害性能差的缺点，因而是一种比较理想的混合料结构。它改善沥青混合料的性能的机理可以这样来理解：（1）在SMA的组成中，矿料是间断级配，粗集料占到70%以上，粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用，沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力，即使在高温条件下，沥青玛蹄脂的粘度下降，对这种抵抗能力的影响也不会减小，因而有较强的高温抗车辙能力。（2）SMA使用矿粉多（8%一12%），沥青多（5.5%～6.5%），比密级配沥青混凝土大1%左右），又使用纤维作稳定剂，由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面，充分填充集料间隙，在温度下降、混合料收缩变形时，玛蹄脂有较好的粘结作用，它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能。如果再同时使用改性沥青的措施，则混合料的低温抗裂性能更有大幅度提高。（3）SMA混合料的内部空隙率很小（4%左右），混合料渗水很少或几乎不渗水，混合料内部的水属毛细水形态，不易成为大的动力水，再加上玛蹄脂与集料的粘结力好，混合料的水稳定性也有较多改善。（4）SMA一方面要求来用坚硬的、耐磨的优质石料；另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的孔隙，构造深度大，使雨天高速行车下不易产生水漂，抗滑性能提高，较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。同时，雨天交通不会产生大的水雾和溅水，路面噪声降低，从而可以全面提高路面的表面功能。（5）SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，空隙率小，沥青与空气接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好。实验证明，这种混合料的耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土，因此有良好的耐久性。（6）SMA路面密水性好，对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，使路面能保持较高的整体强度和稳定性。由于以上种种因素的共同作用，SMA结构能全面提高沥青混合料和沥青路面的使用性能，减少维修养护费用，延长使用寿命。如果同时使用改性沥青，沥青玛蹄脂的性能进一步大幅度改善，结构、材料多管齐下，如虎添翼，使各种性能更加提高。尽管初期投资有所增加，但可以降低维修养护费用，延长使用寿命，总体上仍将产生重大的经济效益。但是SMA的施工工艺要求较高，与其他间断级配混合料一样，它对施工因素的敏4感性较强，矿料级配及沥青用量的小的波动和变化，很容易造成路面质量的大的波动，也会造成局部泛油、油斑、透水等等。SMA适用于铺筑新建公路的抗滑表层或旧路面加铺磨耗层使用，特别适用于高速会路的维修革面作为旧路面的磨耗层。为了避免不必要的损失，在新建高速公路填方路段、软土路段等路基尚不稳定的地方，预计短时间内即有可能发生大的变形的，需要重新罩面的路段，是不宜同时铺筑SMA路面的，应该考虑待维修罩面时，再加铺SMA路面。由于大部分发达国家的高速公路网基本上早就建成了，目前更多的是对路面进行维修、补强，且旧路面不再会有大的沉降，所以SMA大部分用来铺筑罩面层。但是被加铺的旧路面不能是已经破坏得非常严重的。破坏太严重，就可能说明其强度不足，在这样的路上铺筑SMA路面并不会达到良好的目的，为此应该强调对旧路面必须整修。我国的SMA路面发展较晚，大部分与改性沥青同时使用。在机场道面、钢桥面铺装、高速公路和大城市干线道路上得到了应用。从实践效果看，多数达到了预期效果，表面粗糙，高温稳定性好，水稳定性和耐久性强，避免了早期损坏。在防止开裂方面，许多地区的低温裂缝得到了抑制，即使在东北严寒地区也使开裂的温度降低、时间延缓、裂缝减少，但开裂仍然不能完全避免。另外有一些工程由于材料和加铺不合理、碾压不足，尤其是沥青用量偏多，发生了泛油等现象，效果受到影响。二、术语、符号、代号（一）术语1、沥青胶浆（asphaltrnarter）由沥青结合料、矿粉、纤维组成的沥青玛蹄脂的粘结剂。2、沥青玛蹄脂（asphaltmastic）由沥青胶浆与细集料组成的混合物，用以填充沥青玛蹄脂碎石（SMA）的粗集料骨架的间隙，同时起粘结作用。3、沥青玛蹄脂碎石（stonematrixasphalt）由沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗集料骨架的间隙中成为一体的沥青混合料，简称SMA。4、SMA路面（SMApavement）采用SMA混合料铺筑的沥青路面。5、纤维稳定剂（fiberstabilizer）5在沥青玛蹄脂碎石中起吸附沥青，增强结合料粘结力和稳定作用的木质素纤维、矿物纤维、聚合物化学纤维等各类纤维的总称。6、粗集料（coarseaggregate）在SMA混合料中形成嵌挤起到骨架作用的集料部分，对SMA-13，SMA-16是指粒径大于4.75mm的集料，对SMA-10是指粒径大于2.36mm的集料。关于粗集料的定义，沥青路面的集料一般是以2.36mm为分界的，小于2.36mm的是细集料，大于2.36mm的是粗集料。但在SMA中，主要是根据集料的嵌挤作用判断的，所以对SMA-13、SMA-16、SMA-20是指大于4.75mm的集料，对SMA-10是指大于2.36mm的集料。在实际工作中，应特别注意集料最大粒径和集料的公称最大粒径的区别，以前往往混用，区分不清。为此在《公路集料试验规程》（JTJ058-2000）中已经有了明确定义，以后应严格这两个名词的含义。7、粗集料骨架间隙率VCA（percentvoidsincoarseaggregate）粗集料骨架部分以外的体积占试样总体积的百分率，以VCA表示。由粗集料在捣实状态下测定的VCA称为VCADRC，由压实状态的SAM试件测定的VCA称为VCAmix。粗集料骨架间隙率VCA以是SMA等嵌挤型混合料特有的指标，利用VCA可以判断是否是真正的起到了嵌挤作用，如果它是粗集料骨架部分以外的体积占试样总体积的百分率，仅由粗集料在捣实状态下测定的VCA称为VCADRC，由压实SMA试件测定的VCA称为VCAmix。（二）符号及代号SMA：沥青玛蹄脂碎石，StoneMatrixAsphalt的略语。PMB（或PMA）：聚合物改性沥青，PolymerModifiedBitumen(或Asphalt)的略语。VMA：压实沥青混合料的矿料间隙率，即试件全部矿料部分以外的体积占试件总体积的百分率，Voidsinmineralaggreate之略语。VCAmix：压实沥青混合料的粗集料骨架间隙率，即试件的粗集料骨架部分以外的体积占试件总体积的百分率，Voidsincoarseaggregateofasphaltmix之略语。VCADRC：采用捣实形成的粗集料骨架的间隙率，Voidsincoarseaggregate之略语。VFA：压实沥青混合料的沥青饱和度，即试件矿料间隙中沥青结合料部分的体积所占的百分率。Voidsfilledwithasphalt之略语。VV：压实沥青混合料的空隙率，即矿料及沥青以外的空隙(不包括矿料自身内部的孔隙)的体积占试件总体积的百分率，Volumeofairvoids之略语。6VA：压实沥青混合料的沥青体积百分率，即试件内沥青部分的体积占试件总体积的百分率，Percentvolumeofasphalt之略语。三、材料（一）粗集料用于SMA的粗集料应采用质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体，有良好的嵌挤能力的破碎集料，并满足表2技术要求。用于SMA的粗集料在细破作业时不得采用颗式破碎机加工。当采用酸性石料作粗集料，沥青与石料的粘附性和沥青混合料的水稳定性不符合要求时，应采用改性沥青、掺加适量消石灰粉或水泥等措施。如使用抗剥落剂时，必须确认抗剥落剂具有长期的抗水损害效果。SMA表面层用粗集料质量技术要求表2指标单位技术要求石料压碎值%≤25洛杉矶磨耗损失%≤28视密度t/m3≥2.6吸水率%≤2与沥青粘附性级≥4坚固性%≤12针片状颗粒含量%≤15水洗法0.015mm颗粒含量%≤1软石含量%≤1石料磨光值BPN≥42具有一个破碎面的颗粒具有2个或2个以上破碎面的颗粒%10090采用酸性石料时，国外普遍采用掺加消石灰进行处理。现在各种抗剥落剂的产品很多，但质量与使用效果有很大差别，使用时必须按试验规程检验，选用能耐热、挥发性小，不致在拌和和使用过程中丧失