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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： SMA混合料分析
学习中心：
层 次： 专科起点本科
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指导教师：
完成日期： 2021 年9月13日
内容摘要
SMA路面以优良的路用性能闻名于世，近年来在我国逐渐得到推广应用。但是由于我国对SMA研究较晚，缺乏使用经验，一些工程一味照抄照搬国外的规范和经验，结果导致路面在使用初期就出现了一些与水损害相关的破坏。本文通过研究沥青与矿料的粘附机理，分析各种因素对SMA混合料水稳定性的影响程度，从而对SMA配合比设计进行合理优化，以减小SMA路面发生水损害的几率，提高沥青路面的使用性能。本文首先从SMA混合料的特性入手，对SMA材料进行系统的分析，最后结合具体的实例分析其应用措施。
关键词：SMA混合料；高温耐久性；特性
目 录
引 言
沥青混合料用于道路建设已有上百年历史，至今在世界各国仍为路面结构的主要类型；无疑，沥青路面为社会经济的发展发挥了巨大作用。但是，随着经济的发展，交通及运输要求路面具有更高的路用性能和良好的服务水平，因此一种具有优良抗车辙效果和抗滑性能的新型路面铺装材料——SMA 沥青混合料在世界各国得到推广，并被广泛应用到高等级路面及桥面铺装工程中。以下，我们将在对 SMA 沥青混合料的性能进行深入研究的同时，比较多种对其物理参数进行测定的方法，并对 SMA 沥青混合料在桥面铺装工程中的施工工艺进行论述，以期为今后 SMA 沥青混合料在同类工程中的应用提供借鉴。
SMA在 20 世纪 90 年代初期进入中国后，从初步的试验路到现在公路、民航、市政大规模的应用推广，从一开始完全照搬国外技术到充分结合国情对SMA技术进行吸收、改进，从不成熟到系统、成熟的应用，期间经历了一个曲折的过程。在 1993～1997 年间，吉林省、河北省、辽宁省、江苏省铺筑了大量SMA试验段。但是这些试验段有一个共同的特点，SMA的的设计过多参考了德国的经验，结果产生了泛油等不同程度的问题，个别甚至是失败的。有的试验路不仅没有对SMA的发展起到推动作用，反而使SMA在这些地方的发展遭受到挫折或误解。这说明，学习国外的先进技术，必须紧密考虑我国的实际情况，不能照搬照抄。国外专家往往局限于本国本地的经验，尤其对中国的气候条件和交通组成不了解，指导生产SMA时很可能出现沥青用量偏多、级配偏细等不良情况。
在吸取了这样的经验教训后， 中国的道路工作者开始改造SMA，以使SMA技术更加符合中国的实际情况。交通部在 20 世纪 90 年代末对SMA开始了系统的研究工作，组织了交通部联合攻关项目“沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA） 性能和指标”的研究（承担单位为交通部公路科学研究院），并且在课题结束后紧接着开始了沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）路面的推广应用工作，这标志着SMA的研究、应用走上了正轨。在北京，机场高速公路、1996 年首都国际机场东跑道和 2000 年西跑道改造工程、八达岭高速公路、1997 年北京长安街罩面中， 在交通部公路科学研究院的技术指导下均成功采用了改性沥青和SMA技术，标志着SMA技术的成熟。其中首都机场东跑道是我国民航部门机场跑道首次使用SMA 结构，也是世界上首次使用改性沥青SMA结构的跑道， 经过近年来波音 747 等大型客机飞行，以及夏季高温、暴雨及冬季严寒季节的考验， 至今使用效果良好，受到国内外民航部门及道路部门的重视。1998 年起， 交通部组织的SMA技术推广工作，首先在北京、辽宁、吉林、黑龙江、河北、山东、山西、江苏、广东、四川、青海、湖北、上海、内蒙古等省区开始推广应用。近几年来，SMA 技术已经在公路、市政、民航等行业被广泛使用。在公路部门，许多重要的高速公路，如京哈、京沪、京珠 3 大干线高速公路沿线的一些省份采用了SMA结构。另外在全国众多省市都采用SMA技术，在此仅列出一部分如： 山东省在京沪高速公路化临段、日（照） 东（明） 高速公路、竹（园）曲（阜）等高速公路； 湖北省在黄黄高速公路、武黄高速公路大修工程等；河北省的保津、石黄、京秦、京承等高速公路；辽宁沈大高速公路、盘海高速公路全线、丹本高速公路部分路段；黑龙江长余高速公路、黑龙江哈绥高速公路、哈尔滨机场高速公路等；安徽省合安高速；广州新机场高速公路、广清高速公路新华至银盏段；乍嘉苏高速公路浙江段；重庆 S106 线德阳中江段二级公路 山西省太祁高速公路、山西灵石—霍州高速公路等。
1 SMA混合料的特性
SMA混合料为间断级配，粗集料多，细集料少，矿粉用量多，沥青用量也多。粗集料颗粒石-石接触，形成骨架结构，由沥青矿粉和纤维组成的玛蹄脂填充其空隙，成为一种密实结构的沥青混合料。
1.1 高温稳定性
在SMA的组成中，粗集料骨架占到 ７０％以上，混合料中粗集料相互之间的接触面（或支撑点）很多，细集料很少，玛蹄脂部分仅仅填充了粗集料之间的孔隙，交通荷载主要由粗集料骨架承受，由于粗集料颗粒之间互相良好的嵌挤作用，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会减小，因而有较强的高温抗车辙能力。而这一点是极其重要的，即充分利用了集料嵌挤作用提高了高温抗车辙能力。
1.2 耐久性
延长路面寿命需要沥青混合料有良好的耐久性。SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率很小，沥青与空气的接触少，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。另外，由于SMA属于骨架密实结构，设计空隙率３％～４％，基本上是不透水的， 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。SMA和其他沥青混合料相比：在ＡＣ的组成中，沥青砂浆已经把粗集料撑开，粗集料上是悬浮在沥青砂浆中，彼此互相并未紧密接触，因此交通荷载主要是由沥青砂浆承受着，ＡＣ抵抗荷载变形的能力很大程度上受到矿料级配、矿料间隙率（ＶＭＡ）、空隙率以及沥青砂浆的比例的影响。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，很容易产生永久变形，造成车辙、推拥等；在和以前我国常用的沥青碎石混合料（ＡＭ）相比，ＡＭ同样有相当多的粗集料，也有良好的石料嵌挤作用，但使用沥青太少（因为矿粉很少，沥青想加也加不进去），空隙率太大，沥青与集料的粘结性不足，集料之间充满了水分，水分对混合料的浸蚀使沥青与集料脱开，造成剥落，很容易造成雨季及春融季节的大面积破坏，而且低温抗裂性也不好；我国规范提出的抗滑表层级配（ＡＫ）实际上也存在同样的缺点，抗滑与耐久性的矛盾不好解决。
1.3 表面特性
提高沥青混合料水稳性的机理主要依靠防止水的侵蚀，提高沥青和集料的粘附性。SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，混合料受水的影响很小，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。
沥青路面的表面功能也很重要，除了集料自身性质外，表面构造是关键因素。SMA一方面要求采用坚硬的、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，一般能超过 0.8～１ｍｍ，必然使抗滑性能提高。同时，在雨天交通行车不会产生大的水雾和溅水，路面噪音可降低３～5db，从而可以全面提高路面的表面功能。
1.4 低温抗裂性
在低温条件下，提高抗裂性能的机理主要依靠结合料的拉伸性能。由于SMA的集料之间填充了相当数量的沥青玛蹄脂，它包在粗集料表面，随着温度的下降，混合料收缩变形使集料被拉开时，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，如果再同时使用提高沥青性能的措施，则混合料的低温抗裂性能更可大幅度提高。
