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摘要：介绍SMA路面在白山地区应用情况，对SMA路面在材料选择、结构设计、混合料配合比设计和施工工艺等方面进行了一些探讨。
关键词：SMA路面、材料选择、结构设计、配合比设计、施工工艺控制
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是近几年来在我国出现的一种受到普遍重视和青睐的沥青路面新技术，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而得到广泛推广应用。2002年，鹤大公路四白一级路白山段首次采用了这种新型的沥青路面。
鹤大公路四白一级路白山段设计车速80km/h，其路面结构设计为：4cmSMA—16沥青混凝土+5cmAC—20I型沥青混凝土+6cmAC—25I型沥青混凝土，以及二灰碎石半刚性基层和水泥白灰稳定山砂底基层。
1．SMA原材料选择
1.1沥青结合料
白山地区为夏热冬寒湿润气候，年降雨量在500—1000mm，根据地理自然环境及以往经验，AH—90沥青在白山地区应用均取得了良好满意的使用效果。SMA混合料中沥青结合料的质量必须满足沥青玛蹄脂的需要，要有较高的粘度，符合一定的要求，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。所以SMA结合料采用了重交通道路石油沥青AH—90沥青作为沥青结合料。该沥青主要质量技术指标见表1。
从表中可以看出，所使用的AH—90沥青指标满足工程实际需要及国标的要求。
1.2粗集料
SMA之所以有较高的高温稳定性，是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用。粗集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于粗集料石质的坚韧性、颗粒的形状和棱角性。可以说，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。SMA的粗集料必须符合抗滑表层混合料的技术要求。同时，SMA对粗集料的抗压碎要求高，粗集料必须使用坚韧的、粗糙的、有棱角的优质石料。
白山地区绝大部分石场的石料为石灰岩，质量指标达不到SMA表面层粗集料的质量技术要求，只有从外地外运石质好的玄武岩质的碎石，但其价格和运费都很高。尽管如此，为了保证SMA质量，经研究决定，最终还是选择了该石场的石料，其规格和质量技术指标见表2。
1.3細集料
细集料在SMA中只占很少的比例，然而细集料对SMA的性能影响也不小。由于天然砂与沥青的粘附性往往较差，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒，所以对高温抗车辙能力极为不利。石屑是破碎碎石得到的，使用表面积特别粗糙，对提高马歇尔稳定度及车辙试验的动稳定度效果非常明显，对SMA就更加重要。由于石屑颗粒较软、易磨损，对保持构造深度也有好处。
SMA表面层用细集料仍采用玄武岩石场的破碎料。其质量技术指标见表3.
1.4填料
矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗集料、细集料产生粘附作用，所以沥青矿粉混合料才是真正的沥青结合料。在SMA中，矿粉用量比普通的沥青混凝土要多一倍左右，矿粉的质量尤为重要。
SMA表面层选用石灰岩矿粉，该矿粉的亲水系数小于1，且与沥青有良好的粘附性。石灰岩矿粉的质量技术指标见表4.
1.5纤维稳定剂
纤维稳定剂在SMA混合料中起加筋作用、分散作用、吸附及吸收沥青的作用、提高粘结力的作用。
本工程使用的纤维稳定剂为木质纤维，使用专用的纤维投放设备直接投入拌合机，用量为SMA混合料总质量的0.3℅.纤维稳定剂质量技术指标见表5.
2.SMA混合料配合比设计
配合比设计采用了目标配合比、生产配合比、生产配合比验证三阶段设计方法。
2.1目标配合比设计
SMA混合料目标配合比设计所用各种材料质量技术指标均符合相关标准规范要求。
2.1.1确定矿料级配
按照SMA-16的标准级配，经过配合比计算确定3组混合料组成比例：使4.75mm通过率为22.5%、25.6%、28.1%，0.075mm的通过率为10%左右。3组级配计算如表6，矿料的配合比如下：
甲：10~16:5~10:石屑:矿粉=55:20:15:10
乙：10~16:5~10:石屑:矿粉=52:21:17:10
丙：10~16:5~10:石屑:矿粉=49:23:18:10
分别按这3组级配测定4.75mm以上粗集料的毛体积相对密度及全部矿料的毛体积相对密度，如表6所列。
2.1.2选择初试沥青用量，测定VMA、VCAmix
本程所用的集料毛体积相对密度大于2.7，按《沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术指南（试行）》规定的最小油石比为6.1%。首先按6.1%油石比制作马歇尔试件，测定VMA、VCAmix如表7.表中毛体积密度由表干法测定，最大理论密度由公式计算所得。
由表7可见，3种级配中，VCAmix均能满足小于相对应的VCADRC的要求，说明这些级配都能实现粗集料的嵌挤，而且3组初试级配的VMA都达到了大于17%的要求，有足够的间隙可供玛蹄脂填充。因乙组级配4.75mm通过量接近中值，故选择乙组级配为设计级配
2.1.3变化油石比，测定空隙率，确定最佳油石比。
在6.1%油石比基础上增加±0.3%。补充5.8%、6.4%两个油石比再进行马歇尔试验，结果见表8.
表8.的结果均能符合《沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术指南（试行）》SMA马歇尔试验配合比设计的技术要求。经计算及综合考虑确定最佳油石比OAC为6.1%，目标空隙率3.5%
2.1.4目标配合比设计检验
对有关项目进行了检验，结果见表9
2.2生产配合比设计
首先冷料仓按照目标配合比确定的矿料掺配比例进行投料，然后从热料仓取样筛分，进行多次试配经反复调整最后确定的生产配合比为3号仓（10-16）mm：2号仓（5-10）mm：1号仓（石屑）：矿粉=50：22：16：12 配比结果见表10。
其中4.75mm和0.075mm通过率是最重要的，从表9中看。比较接近中值，而其他筛孔均在规定范围内，故未在调整。
2.3混合料试拌，铺筑试验段，试铺混合料质量检验。
试验段铺筑了500m。拌和过程可以逐盘打印各个料仓的材料比例、施工温度、沥青及矿料用量等。从施工后的打印数据可见，配合比误差较小。
施工过程中，从现场取样，按规范要求进行了抽提筛分（表11）、马歇尔试验（表12）、车辙试验（表12）。从表中可以看出，各项指标均满足设计要求。另外，向路面上倒水基本上不透水。
2.4配合比设计结论
通过三阶段SMA的配合比设计，可以得出结论，所配制的SMA混合料的矿料级配合理，符合SMA规范的标准，SMA混合料的各项指标均符合要求。施工碾压过程所表现出来的粗集料嵌挤作用良好，碾压成型后基本上不透水，表层有1.1mm左右的构造深度，达到了采用SAM结构作为抗滑表层的目的。说明各种材料适用，得出的最佳油石比6.1%及所提供的级配可作为标准配合比使用。
3施工中应注意的一些技术问题
3.1SMA路面的施工温度
为了保证施工温度应注意以下环节：
在满足施工的前提下，沥青的加热温度尽可能不要太高。
沥青混合料拌合机在拌和时，集料的烘干温度要提高到200℃以上，尤其对于SMA路面，
由于加入冷却矿粉及纤维数量很大，温度不够高，不能充分分散拌匀。
SMA混合料在运输过程中都必须加盖蓬布，防止混合料表面结硬。
混合料的摊铺、碾压要一气呵成，在尽可能高的温度下进行，所有施工工序必须在混合料温度下降至100℃以下前结束。
SMA混合料路面不得在气温低于10℃的寒冷气候条件下施工。
3.2 SMA混合料的拌制
典型的间隙式沥青混合料拌和机对SMA混合料来说与普通的热拌沥青混合料有以下不同之处:
除了温度因素外，SMA为间断级配粗集料粒径单一、量多，细集料很少，矿粉用量多，如果按照通常的方法设置震动筛和热料仓，将会发生粗集料仓经常不足，而细集料仓经常溢仓的不正常情况，所以粒径应适当增大一些，沥青适当少用一些这是必然的考虑。
为了使很小的细集料用量保持准确的数量，必须使细集料始终保持干燥状态，细集料就不能是露天堆放，加棚盖就显得十分必要了。
SMA的矿粉需要量比一般热拌沥青混合料要增加2倍左右，一个螺旋升送器往往来不及供料，这就要求在矿粉设备及人员安排上特别注意。
SMA不能使用回收粉尘，所以回收粉尘必须废弃。
SMA必須使用纤维，多一种材料就要多一个供料口，上纤维的方法必须予以考虑。
3.3.路面的碾压成型
对SMA路面，压实工艺既特别有讲究，又特别简单。主要是一个掌握问题，且必须注意以下几点：
SMA必须采用刚性碾碾压，不容许采用轮胎压路机碾压。
碾压SMA必须密切注意压实度的变化。
碾必须按照紧跟、慢压、高频、低幅的要求严格操作。
3.4路面的平整度控制
为了提高路面平整度，我们着重作了以下工作：
保证基层及中、下面层的平整度。
表面层采用比较长的滑靶式平整度控制方式。
采用全幅摊铺方式，保证连续摊铺，尽可能不中途停顿。
碾压过程要保持均衡地进行，速度要慢，掉头倒退时关闭振动，方向要渐渐地改变，不许拧着弯行走。
在桥梁、涵洞、通道等构造物的接头处等摊铺机和压路机难以按正常施工工艺操作的部位，要辅以小型机械或人工操作，操作必须特别小心以免影响大局。
除了迫不得以的情况外，所有施工工艺都必须连续稳定的操作，人工修补是越修越难看，平整度反而不好。
所有机械不能在未冷却结硬的路面上停留。
3.5路面接缝的处理。
本工程采用全幅摊铺的形式施工，没有纵接缝。而横向施工是不可避免的。横向接缝做的好不好，对平整度影响很大，因此在每天施工结束后，稍稍停一停，在其尚未冷却之前就切割好，并利用水将接缝冲洗干净，第二天刷粘层油，进行新的摊铺。为了避免接缝处的跳车，在所有接缝施工过程中利用3m直尺对平整度进行检查，防止接头不好影响全路的平整度。
3.6摊铺机叶轮甩料
在试验路段中我们发现，因摊铺机叶轮向两边输送混合料时，到使摊铺带两侧大颗粒集料聚堆，SMA混合料空隙率偏高透水几率增大。为此在以后的施工中，反复调整摊铺机叶轮的旋转速度和摊铺机前进速度，尽量控制两侧SMA混合料的矿料级配和空隙率满足设计要求。
4结束语
从SMA的成型机理可知，粗、细集料的品质是SMA成败与否的最重要因素，本工程采用品质极好的粗、细集料使SMA路面的质量有了最基本的保证。
由于多种原因，本工程未能采用改性沥青。若采用改性沥青，SMA路面抗车辙性能指标动稳定度应还会有一定提高。从竣工通车几年来本工程路面的使用性能及质量情况看，AH-90沥青基本上还是适用的。
本工程路面排水顺畅，排水良好，中央绿化带土层下设有砂井，利于渗水；SMA表面层基本不透水，且各结构层施工中浇洒透层和粘层沥青时，对路缘石侧面局部进行多次涂刷，这样就封住雨水及雪融水通过路缘石与路面结构层之间的缝隙向下渗透到基层的通道。上述从排和堵两方面排除水损害之源，保证了本工程通车几年来，路面没有出现水损害的情况。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：SMA路面、材料选择、结构设计、配合比设计、施工工艺控制
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是近几年来在我国出现的一种受到普遍重视和青睐的沥青路面新技术，以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而得到广泛推广应用。2002年，鹤大公路四白一级路白山段首次采用了这种新型的沥青路面。
鹤大公路四白一级路白山段设计车速80km/h，其路面结构设计为：4cmSMA—16沥青混凝土+5cmAC—20I型沥青混凝土+6cmAC—25I型沥青混凝土，以及二灰碎石半刚性基层和水泥白灰稳定山砂底基层。
1．SMA原材料选择
1.1沥青结合料
白山地区为夏热冬寒湿润气候，年降雨量在500—1000mm，根据地理自然环境及以往经验，AH—90沥青在白山地区应用均取得了良好满意的使用效果。SMA混合料中沥青结合料的质量必须满足沥青玛蹄脂的需要，要有较高的粘度，符合一定的要求，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。所以SMA结合料采用了重交通道路石油沥青AH—90沥青作为沥青结合料。该沥青主要质量技术指标见表1。
从表中可以看出，所使用的AH—90沥青指标满足工程实际需要及国标的要求。
1.2粗集料
SMA之所以有较高的高温稳定性，是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用。粗集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于粗集料石质的坚韧性、颗粒的形状和棱角性。可以说，粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。SMA的粗集料必须符合抗滑表层混合料的技术要求。同时，SMA对粗集料的抗压碎要求高，粗集料必须使用坚韧的、粗糙的、有棱角的优质石料。
白山地区绝大部分石场的石料为石灰岩，质量指标达不到SMA表面层粗集料的质量技术要求，只有从外地外运石质好的玄武岩质的碎石，但其价格和运费都很高。尽管如此，为了保证SMA质量，经研究决定，最终还是选择了该石场的石料，其规格和质量技术指标见表2。
1.3細集料
细集料在SMA中只占很少的比例，然而细集料对SMA的性能影响也不小。由于天然砂与沥青的粘附性往往较差，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒，所以对高温抗车辙能力极为不利。石屑是破碎碎石得到的，使用表面积特别粗糙，对提高马歇尔稳定度及车辙试验的动稳定度效果非常明显，对SMA就更加重要。由于石屑颗粒较软、易磨损，对保持构造深度也有好处。
SMA表面层用细集料仍采用玄武岩石场的破碎料。其质量技术指标见表3.
1.4填料
矿粉在沥青混合料中的作用至关重要，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗集料、细集料产生粘附作用，所以沥青矿粉混合料才是真正的沥青结合料。在SMA中，矿粉用量比普通的沥青混凝土要多一倍左右，矿粉的质量尤为重要。
SMA表面层选用石灰岩矿粉，该矿粉的亲水系数小于1，且与沥青有良好的粘附性。石灰岩矿粉的质量技术指标见表4.
1.5纤维稳定剂
纤维稳定剂在SMA混合料中起加筋作用、分散作用、吸附及吸收沥青的作用、提高粘结力的作用。
本工程使用的纤维稳定剂为木质纤维，使用专用的纤维投放设备直接投入拌合机，用量为SMA混合料总质量的0.3℅.纤维稳定剂质量技术指标见表5.
2.SMA混合料配合比设计
配合比设计采用了目标配合比、生产配合比、生产配合比验证三阶段设计方法。
2.1目标配合比设计
SMA混合料目标配合比设计所用各种材料质量技术指标均符合相关标准规范要求。
2.1.1确定矿料级配
按照SMA-16的标准级配，经过配合比计算确定3组混合料组成比例：使4.75mm通过率为22.5%、25.6%、28.1%，0.075mm的通过率为10%左右。3组级配计算如表6，矿料的配合比如下：
甲：10~16:5~10:石屑:矿粉=55:20:15:10
乙：10~16:5~10:石屑:矿粉=52:21:17:10
丙：10~16:5~10:石屑:矿粉=49:23:18:10
分别按这3组级配测定4.75mm以上粗集料的毛体积相对密度及全部矿料的毛体积相对密度，如表6所列。
2.1.2选择初试沥青用量，测定VMA、VCAmix
本程所用的集料毛体积相对密度大于2.7，按《沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术指南（试行）》规定的最小油石比为6.1%。首先按6.1%油石比制作马歇尔试件，测定VMA、VCAmix如表7.表中毛体积密度由表干法测定，最大理论密度由公式计算所得。
由表7可见，3种级配中，VCAmix均能满足小于相对应的VCADRC的要求，说明这些级配都能实现粗集料的嵌挤，而且3组初试级配的VMA都达到了大于17%的要求，有足够的间隙可供玛蹄脂填充。因乙组级配4.75mm通过量接近中值，故选择乙组级配为设计级配
2.1.3变化油石比，测定空隙率，确定最佳油石比。
在6.1%油石比基础上增加±0.3%。补充5.8%、6.4%两个油石比再进行马歇尔试验，结果见表8.
表8.的结果均能符合《沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术指南（试行）》SMA马歇尔试验配合比设计的技术要求。经计算及综合考虑确定最佳油石比OAC为6.1%，目标空隙率3.5%
2.1.4目标配合比设计检验
对有关项目进行了检验，结果见表9
2.2生产配合比设计
首先冷料仓按照目标配合比确定的矿料掺配比例进行投料，然后从热料仓取样筛分，进行多次试配经反复调整最后确定的生产配合比为3号仓（10-16）mm：2号仓（5-10）mm：1号仓（石屑）：矿粉=50：22：16：12 配比结果见表10。
其中4.75mm和0.075mm通过率是最重要的，从表9中看。比较接近中值，而其他筛孔均在规定范围内，故未在调整。
2.3混合料试拌，铺筑试验段，试铺混合料质量检验。
试验段铺筑了500m。拌和过程可以逐盘打印各个料仓的材料比例、施工温度、沥青及矿料用量等。从施工后的打印数据可见，配合比误差较小。
施工过程中，从现场取样，按规范要求进行了抽提筛分（表11）、马歇尔试验（表12）、车辙试验（表12）。从表中可以看出，各项指标均满足设计要求。另外，向路面上倒水基本上不透水。
2.4配合比设计结论
通过三阶段SMA的配合比设计，可以得出结论，所配制的SMA混合料的矿料级配合理，符合SMA规范的标准，SMA混合料的各项指标均符合要求。施工碾压过程所表现出来的粗集料嵌挤作用良好，碾压成型后基本上不透水，表层有1.1mm左右的构造深度，达到了采用SAM结构作为抗滑表层的目的。说明各种材料适用，得出的最佳油石比6.1%及所提供的级配可作为标准配合比使用。
3施工中应注意的一些技术问题
3.1SMA路面的施工温度
为了保证施工温度应注意以下环节：
在满足施工的前提下，沥青的加热温度尽可能不要太高。
沥青混合料拌合机在拌和时，集料的烘干温度要提高到200℃以上，尤其对于SMA路面，
由于加入冷却矿粉及纤维数量很大，温度不够高，不能充分分散拌匀。
SMA混合料在运输过程中都必须加盖蓬布，防止混合料表面结硬。
混合料的摊铺、碾压要一气呵成，在尽可能高的温度下进行，所有施工工序必须在混合料温度下降至100℃以下前结束。
SMA混合料路面不得在气温低于10℃的寒冷气候条件下施工。
3.2 SMA混合料的拌制
典型的间隙式沥青混合料拌和机对SMA混合料来说与普通的热拌沥青混合料有以下不同之处:
除了温度因素外，SMA为间断级配粗集料粒径单一、量多，细集料很少，矿粉用量多，如果按照通常的方法设置震动筛和热料仓，将会发生粗集料仓经常不足，而细集料仓经常溢仓的不正常情况，所以粒径应适当增大一些，沥青适当少用一些这是必然的考虑。
为了使很小的细集料用量保持准确的数量，必须使细集料始终保持干燥状态，细集料就不能是露天堆放，加棚盖就显得十分必要了。
SMA的矿粉需要量比一般热拌沥青混合料要增加2倍左右，一个螺旋升送器往往来不及供料，这就要求在矿粉设备及人员安排上特别注意。
SMA不能使用回收粉尘，所以回收粉尘必须废弃。
SMA必須使用纤维，多一种材料就要多一个供料口，上纤维的方法必须予以考虑。
3.3.路面的碾压成型
对SMA路面，压实工艺既特别有讲究，又特别简单。主要是一个掌握问题，且必须注意以下几点：
SMA必须采用刚性碾碾压，不容许采用轮胎压路机碾压。
碾压SMA必须密切注意压实度的变化。
碾必须按照紧跟、慢压、高频、低幅的要求严格操作。
3.4路面的平整度控制
为了提高路面平整度，我们着重作了以下工作：
保证基层及中、下面层的平整度。
表面层采用比较长的滑靶式平整度控制方式。
采用全幅摊铺方式，保证连续摊铺，尽可能不中途停顿。
碾压过程要保持均衡地进行，速度要慢，掉头倒退时关闭振动，方向要渐渐地改变，不许拧着弯行走。
在桥梁、涵洞、通道等构造物的接头处等摊铺机和压路机难以按正常施工工艺操作的部位，要辅以小型机械或人工操作，操作必须特别小心以免影响大局。
除了迫不得以的情况外，所有施工工艺都必须连续稳定的操作，人工修补是越修越难看，平整度反而不好。
所有机械不能在未冷却结硬的路面上停留。
3.5路面接缝的处理。
本工程采用全幅摊铺的形式施工，没有纵接缝。而横向施工是不可避免的。横向接缝做的好不好，对平整度影响很大，因此在每天施工结束后，稍稍停一停，在其尚未冷却之前就切割好，并利用水将接缝冲洗干净，第二天刷粘层油，进行新的摊铺。为了避免接缝处的跳车，在所有接缝施工过程中利用3m直尺对平整度进行检查，防止接头不好影响全路的平整度。
3.6摊铺机叶轮甩料
在试验路段中我们发现，因摊铺机叶轮向两边输送混合料时，到使摊铺带两侧大颗粒集料聚堆，SMA混合料空隙率偏高透水几率增大。为此在以后的施工中，反复调整摊铺机叶轮的旋转速度和摊铺机前进速度，尽量控制两侧SMA混合料的矿料级配和空隙率满足设计要求。
4结束语
从SMA的成型机理可知，粗、细集料的品质是SMA成败与否的最重要因素，本工程采用品质极好的粗、细集料使SMA路面的质量有了最基本的保证。
由于多种原因，本工程未能采用改性沥青。若采用改性沥青，SMA路面抗车辙性能指标动稳定度应还会有一定提高。从竣工通车几年来本工程路面的使用性能及质量情况看，AH-90沥青基本上还是适用的。
本工程路面排水顺畅，排水良好，中央绿化带土层下设有砂井，利于渗水；SMA表面层基本不透水，且各结构层施工中浇洒透层和粘层沥青时，对路缘石侧面局部进行多次涂刷，这样就封住雨水及雪融水通过路缘石与路面结构层之间的缝隙向下渗透到基层的通道。上述从排和堵两方面排除水损害之源，保证了本工程通车几年来，路面没有出现水损害的情况。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。