瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面(SMA)講義總結(jié)

1、瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面(SMA)一、基本概念SMA（Stone Mastic (Matrix)Asphalt）.1.SMA在德國誕生SMA以其優(yōu)良的抗車轍性能和抗滑性能而聞名于世。第一條SMA路面始建于60年代中期的德國。 SMA是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料。它的最基本的組成是碎石骨架和瀝青瑪蹄脂結(jié)合料兩大部分。在60年代，德國在研究能抵抗新型埋釘輪胎磨損的新鋪罩面層時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用木質(zhì)素纖維或礦物纖維穩(wěn)定劑，增加礦粉用量，使用改性瀝青，組成的瀝青瑪蹄脂可以減輕釘子對(duì)路面的磨損，同時(shí)使瀝青感溫性變小?；旌狭现袨r青用量增

2、加，由它來填充基本上是由單一粒徑碎石組成的集料骨架的大孔隙，從而使混合料既保持OGFC表面功能好的優(yōu)點(diǎn)，又克服耐久性差的缺點(diǎn)，尤其是使高溫抗車轍能力、低溫抗裂性能、耐疲勞性能、水穩(wěn)定性等各種路用性能大幅度提高。這種新型的瀝青混合料就是瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)。 70年代初，歐洲經(jīng)歷了兩個(gè)罕見的炎熱的夏季，發(fā)現(xiàn)許多密級(jí)配瀝青混凝土路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的車轍變形，唯有鋪筑SMA的路面幾乎沒有車轍變形。從此在歐洲很多國家開始將SMA用于承受重交通荷載及高輪胎壓力的道路和機(jī)場道面。二、SMA的組成特點(diǎn)和形成機(jī)理1、SMA的組成特點(diǎn) 目前通用的瀝青混合料按照各種成分的比例和排列的不同，可以有兩種類型：

3、一種是根據(jù)連續(xù)級(jí)配的原理組成的密級(jí)配瀝青混合料，礦料級(jí)配基本上是按照富勒曲線的指數(shù)原理構(gòu)成的，即0.45次方的規(guī)律。 我國的AC 型密級(jí)配瀝青混凝土基本上符合此規(guī)律，這種級(jí)配的混合料屬于懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu)。 懸浮式密實(shí)瀝青混合料的結(jié)構(gòu)源于粗細(xì)集料之間的嵌擠(內(nèi)摩擦力)和瀝青礦粉結(jié)合料的粘結(jié)力的支撐。 (2) 另一種是基本上依靠集料嵌擠作用的混合料，我國以前常用的貫入式瀝青碎石、瀝青表面處治，以及拌和式瀝青碎石混合料都屬于此類型。這種混合料實(shí)際上是一種骨架空隙結(jié)構(gòu)。 SMA則是一種全新意義上的瀝青混合料，它是由瀝青瑪蹄脂填充碎石骨架組成的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料接近于我國的瀝青碎石混合料的空隙中用豐

4、富的瀝青瑪蹄脂填充的情況。顧名思義，SMA的組成有以下特點(diǎn)。 （1）SMA是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，以SMA16為例，4.75mm以上的粗集料，顆粒的比例高達(dá)7080%，其中9.5mm以上的占一半，礦粉的用量達(dá)813%，0.075mm篩的通過率一般高達(dá)10，粉膠比遠(yuǎn)超出通常的1.2的限制值，由此形成間斷級(jí)配，很少使用細(xì)集料。 AC瀝青混凝土，4.75mm以上的一般僅占3050%。SMA級(jí)配與AC、AM級(jí)配的比較類型通過下列篩孔（mm）百分率（%）191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC1610090100769260803462204813369267

5、1851448AM16100901006085456818406253181140100805SMA16100901006585456520321524142212181015914812SMA-13與AC-13級(jí)配曲線比較密級(jí)配瀝青混凝土與SMA剖面圖比較AC， SMASMA (2)為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉用量，同時(shí)使用纖維作為穩(wěn)定劑，通常采用木質(zhì)素纖維，用量為瀝青混合料的0.3，也可采用礦物纖維，用量為混合料的0.4。 (3)瀝青結(jié)合料用量多，比普通混合料要多1以上，粘結(jié)性要求高，希望選用針入度小，軟化點(diǎn)高，溫度穩(wěn)定性好的瀝青。最好采用改性瀝青，以改善高低溫變形性能及與礦料的粘附性

6、； (4)SMA的配合比不能完全依靠馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，主要由體積指標(biāo)確定，馬歇爾試件成型雙面擊實(shí)50次，目標(biāo)空隙率24，穩(wěn)定度和流值不是主要指標(biāo)，瀝青用量還可參考高溫析漏試驗(yàn)確定。車轍試驗(yàn)是重要的設(shè)計(jì)手段。 (5)SMA的材料要求：粗集料必須特別堅(jiān)硬、表面粗糙，針片狀顆粒少，以便嵌擠良好；細(xì)集料一般不用天然砂，宜采用堅(jiān)硬的人工砂；礦粉必須是磨細(xì)石灰石粉，最好不使用回收粉塵。 (6)SMA的施工與普通瀝青混凝土相比，拌和時(shí)間要適當(dāng)延長，施工溫度要提高，壓實(shí)不宜采用輪胎碾。 綜合SMA的特點(diǎn)，可以歸納為三多一少：粗集料多、礦粉多、瀝青結(jié)合料多、細(xì)集料少，摻纖維增強(qiáng)劑，材料要求同，使用性能全面提

7、高。5。纖維穩(wěn)定劑（1）纖維穩(wěn)定劑在SMA中的作用 在瀝青混凝土中使用增強(qiáng)纖維，已有二十多年歷史。早期在水庫的瀝青襯砌中摻加石棉纖維，曾經(jīng)取得過良好的防止開裂滲水的效果，現(xiàn)在纖維的種類已經(jīng)很多，主要有木質(zhì)素纖維、礦物纖維、有機(jī)纖維三大類，另外還有玻璃纖維，不過很少使用。 制造瀝青瑪蹄脂碎石混合料時(shí)必須采用纖維穩(wěn)定劑,在缺乏纖維的情況下，可使用改性瀝青代替，但不能完全起到纖維的作用。最早在德國發(fā)現(xiàn)加了纖維以后可以有效地提高混合料的高溫穩(wěn)定性和抵抗埋釘輪胎的磨耗,后來纖維逐步成為SMA的必須成分，其原因與SMA使用較多的礦粉與瀝青結(jié)合料有關(guān)。纖維有以下作用。 加筋作用:在SMA混合料中摻加纖維，纖

8、維在混合料中以一種三維的分散相存在，猶如農(nóng)民蓋土坯房時(shí)向抹墻的灰泥小摻加草筋一樣，也象各種鋼纖維混凝土、土工格柵、土工布等等加筋材料一樣，可以起到加筋作用。 分散作用：如果沒有纖維，用量頗大的瀝青礦粉很可能成為膠團(tuán)，不能均勻地分散在集料之間，鋪筑在路面上將清楚地看見“油斑”存在，纖維可以使膠團(tuán)適當(dāng)分散。吸附及吸收瀝青的作用：在SMA混合料中加入纖維穩(wěn)定劑的作用在于充分吸附(表面)及吸收(內(nèi)部)瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提高混合料的耐久性。 穩(wěn)定作用：纖維使瀝青膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，尤其是在夏天高溫季節(jié)，瀝青受熱膨脹時(shí)，纖維內(nèi)部的空隙還將成為一種緩沖的余地，不致成為自由瀝青而泛油，

9、對(duì)高溫穩(wěn)定性也有好處。 增粘作用，提高粘結(jié)力：纖維將增加瀝青與礦料的粘附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力。（2）木質(zhì)素纖維 木質(zhì)素纖維是天然木材經(jīng)過化學(xué)處理得到的有機(jī)纖維。由于處理溫度高達(dá)250以上，在通常條件下是化學(xué)上非常穩(wěn)定的物質(zhì)，不為般的溶劑、酸、堿腐蝕。未經(jīng)處理的木質(zhì)素纖維也用作食品添加劑，是減肥食品，所以對(duì)人體無害，不影響環(huán)境，不造成公害。木質(zhì)素纖維要求項(xiàng)目單位指標(biāo)纖維長度，不大于mm6灰分含量%185PH值-7.51.0吸油率，不小于-纖維質(zhì)量的5倍含水率，不大于%5路用木質(zhì)素纖維顆粒狀（3）礦物纖維 在礦物纖維中，最早使用的是石棉纖維，北京市公路局在修建首都機(jī)場高速公路、

10、八達(dá)嶺高速公路和東西長安街時(shí)，由于缺乏合適的纖維，一直使用國產(chǎn)的石棉纖維。據(jù)了解，國外一開始也曾使用過石棉纖維，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)禁止使用石棉纖維。為了環(huán)保及保護(hù)人體健康，將來，石棉纖維終將為其他纖維所代替。 位于美國佛羅里達(dá)州邁阿密的斐伯蘭德公司（fiberand TM)是北美及南美最大的生產(chǎn)礦物纖維的公司，所使用的礦物是玄武巖、如圖是礦物纖維的形態(tài)。 玄武巖礦物纖維 據(jù)美國FHWA的建議，礦物纖維的用量要求為混合料的0.4，木質(zhì)素纖維的用量要求為混合料的0.3。按規(guī)定加入纖維后，混合料的干拌時(shí)間需延長5s10s，濕拌時(shí)間需增加5s(木質(zhì)素纖維)或5s以上(礦物纖維)。

11、從放大的照片可以看出，礦物纖維表面直而光，而木質(zhì)素表面柔曲且有絨毛，可吸附瀝青的比表面較礦物纖維大得多。美國SMA設(shè)計(jì)時(shí)礦物纖維標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)指標(biāo)纖維長度6mm纖維厚度0.005mm球狀顆粒含量: 通過0.25mm篩 通過0.063mm篩（955）%（7010）%（4）聚合物有機(jī)纖維 在有機(jī)化學(xué)纖維中，聚脂纖維(滌綸)和丙烯酸纖維(腈綸)是最通用的纖維品種。美國PETROFLEX聚脂纖維也被用在瀝青混合料中作為穩(wěn)定劑，用量為0.150.3，即每噸混合料用1.36kg2.72kg，由于纖維的作用，瀝青用量要增加0.20.3。據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究和在公路中的應(yīng)用實(shí)踐，聚脂纖維使混合料性能得到了普遍的提高，疲勞壽命提高2545車轍減小了4553。 Kapejo公司的聚脂纖維Bonifibers是1970年由DuPont公司的化學(xué)工程師Boni Philip Martinez研制的，已在美國許多州使