瀝青混合料路面.ppt

1、2020/7/26,1,11 SMA 瀝青混合料路面,2020/7/26,2,SMA是一種新型瀝青混合料，在歐洲稱為Split Mastic Asphalt，美國則稱之為Stone Mastic Asphalt，我國“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”將其正式命名為“瀝青瑪蹄脂碎石混合料”，其意義為用瀝青瑪蹄脂填充碎石骨架而形成的混合料。 SMA路面通過采用木質(zhì)素纖維或礦物纖維穩(wěn)定劑、增加礦粉用量、瀝青改性等技術(shù)手段，組成瀝青瑪蹄脂，瀝青瑪蹄脂可以使瀝青的感溫性變小，瀝青用量增加，由它填充間斷級(jí)配碎石集料中的空隙，從而使混合料既能保持間斷級(jí)配瀝青混合料表面性能好的優(yōu)點(diǎn)，又能克服其耐久性差的缺點(diǎn)，尤其是能使

2、混合料的高溫抗車轍能力、低溫抗裂性能、耐疲勞性能和水穩(wěn)定性等各種路用性能大幅度提高。,11.1 SMA的組成特點(diǎn)和基本特征,2020/7/26,3,圖11-1 瀝青瑪蹄脂碎石混合料的構(gòu)成,Stones,+ Mastic,= Stone Mastic Asphalt,2020/7/26,4,圖11-2 密級(jí)配瀝青混凝土、排水瀝青混凝土 與SMA組成結(jié)構(gòu)比較,傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土,排水式開級(jí)配瀝青混凝土,SMA,2020/7/26,5,11.1.1 SMA的組成特點(diǎn),SMA是由瀝青穩(wěn)定添加劑、礦粉及少量細(xì)集料組成的瀝青瑪碲脂填充間斷級(jí)配的碎石骨架組成的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料，它的最基本組成是碎石

3、骨架和瀝青瑪蹄脂兩部分（圖11-1），其結(jié)構(gòu)組成有如下特點(diǎn)： SMA是一種間斷級(jí)配的瀝青混合料，圖 11-2示出了密級(jí)配瀝青混凝土、排水瀝青混凝土及SMA的剖面圖，從中可以看出它們結(jié)構(gòu)組成的不同之處； SMA增加了礦粉用量，使其能在混合料中加入較多的瀝青，同時(shí)還使用了穩(wěn)定添加劑； SMA的瀝青用量比普通瀝青混合料要高，并要求其具有較高的粘結(jié)力，通常選用針入度小、軟化點(diǎn)高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青，如能采用改性瀝青，可進(jìn)一步改善高低溫變形性能及與礦料的粘附性。,2020/7/26,6,11.1.2 SMA的基本特征,SMA的特征主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 大粒徑集料互相嵌鎖而形成高穩(wěn)定性(抗變形能力)的結(jié)構(gòu)

4、骨料； 由細(xì)集料、瀝青結(jié)合料及穩(wěn)定添加劑組成的，具有足夠數(shù)量的瀝青瑪蹄脂，除滿足將骨架膠結(jié)在一起的要求外，還使混合料具有較好的柔性和耐久性。 SMA采用間斷級(jí)配集料形成碎石骨架，其中有低百分率的細(xì)集料和較高比例的礦粉填料。由于大粒徑集料的含量高，礦料間具有較高的空隙率，使其能容納較多的瀝青，從而減少氧化，老化變硬和低溫裂縫產(chǎn)生的可能性。而細(xì)集料則起著填充空隙的作用，纖維添加劑增加了礦料的比表面積，從而增加了瀝青的稠度和瀝青瑪蹄脂的穩(wěn)定性，并可避免瀝青混合料在運(yùn)輸和攤鋪過程中產(chǎn)生離析現(xiàn)象，還可改善混合料的穩(wěn)定性。,2020/7/26,7,較高的穩(wěn)定性，SMA具有比密級(jí)配瀝青混凝土更高的抗車轍能力

5、，采用相同的粗集料分別制成密級(jí)配瀝青混凝土和SMA混合料，經(jīng)輪轍試驗(yàn)機(jī)在不同溫度下分別進(jìn)行800次加載試驗(yàn)后，所得試驗(yàn)結(jié)果列于表11-1。 較高的疲勞壽命，影響瀝青路面疲勞壽命的主要因素有瀝青品種和含量、空隙率、溫度、試驗(yàn)頻率及荷載作用方式等?；旌狭系目障堵屎蜑r青用量與疲勞壽命的關(guān)系極大，而空隙率小、瀝青含量高正是SMA混合料的顯著特點(diǎn)。SMA中碎石所包裹的瀝青膜較厚，有效地減小了混合料的空隙率。此外，高瀝青含量的SMA混合料所產(chǎn)生的疲勞破壞，在夏季行車作用下具有自動(dòng)愈合的能力。在以上兩方面因素的綜合作用下，使得SMA混合料的抗疲勞能力大大高于密級(jí)配瀝青混凝土。 較好的耐久性，SMA耐久性非常

6、好，不易松散，抵抗溫度裂縫和荷載裂縫的性能好，其優(yōu)異的耐久性來源于瀝青瑪蹄脂的不透水性，由于其滲透性小，空氣及水的滲入量小，從而減緩了瀝青的氧化過程，提高了耐久性。,2020/7/26,8,較好的抗磨耗及抗滑能力，SMA含有高比例、高品質(zhì)的粗集料，使其具有較大的表面構(gòu)造深度和抗磨耗能力。 良好的平整度和能見度，SMA的高溫穩(wěn)定性使路面穩(wěn)定，具有良好的平整度和行車舒適性。SMA還能減少燈光的反射，減小雨中行車的水霧，從而提高了路面能見度和行車安全。 較好的經(jīng)濟(jì)效益，SMA混合料采用高品質(zhì)的礦質(zhì)集料，較高含量的優(yōu)質(zhì)瀝青，并加入添加劑，增加拌和時(shí)間，使得SMA的單位價(jià)格比傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土高，但由

7、其較高的穩(wěn)定性及較高的疲勞壽命，使SMA的使用壽命比傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土高出30%40%，若考慮到有效使用年限，維修費(fèi)用及使用者費(fèi)用，折算成年平均成本時(shí)，SMA比傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土更經(jīng)濟(jì)，特別是在高溫重載，大交通量的條件下，SMA更具有較高的經(jīng)濟(jì)效益,2020/7/26,9,從以上分析可知，SMA對(duì)瀝青路面的各種性能都有所改善。尤其以抗車轍性能及耐久性的改善效果最為顯著。歐洲瀝青路面協(xié)會(huì)（EAPA）1998年曾對(duì)SMA路面的應(yīng)用情況做過總結(jié)和歸納，EAPA認(rèn)為，歸納SMA的優(yōu)點(diǎn)，首先是具有良好的表面功能，抗滑、車轍小、平整度高、噪音小、能見度好。其次是增加了路面抗變形能力，不透水，使用壽命長

8、，維修養(yǎng)護(hù)工作量小。同時(shí)，它可以減薄表面層厚度，易于施工和重建，維修重建對(duì)交通的影響小。,2020/7/26,10,11. 2 SMA的應(yīng)用,由于SMA所具有的一系列特性使其除了可代替?zhèn)鹘y(tǒng)密級(jí)配瀝青在一般路面上使用外，在某些特殊路面或特殊環(huán)境下，采用SMA還可解決采用密級(jí)配瀝青所難以解決的問題。 SMA具有較好的穩(wěn)定性，能有效地抵抗重復(fù)荷載作用下所形成的車轍，因而可在交叉口、公交站點(diǎn)等易產(chǎn)生車轍的部位用SMA代替?zhèn)鹘y(tǒng)密級(jí)配混凝土以提高抗車轍能力。 瀝青混凝土路面鋪筑完工后，應(yīng)有足夠的時(shí)間讓路面冷卻后才能開放交通，如在路面沒有充分冷卻的情況下即提早通車，將對(duì)路面造成極大的損害，其主要原因是瀝青沒

9、有充分冷卻時(shí)穩(wěn)定性較差，承受車輛荷載作用時(shí)，將形成嚴(yán)重的轍槽，甚至斷裂。而SMA在高溫時(shí)具有比密級(jí)配瀝青混凝土更高的穩(wěn)定性，對(duì)提早開放交通的影響較小。,2020/7/26,11,鋼板橋面鋪裝一直是工程界難以很好解決的一個(gè)問題，由于鋼橋橋面板日夜溫差過大，夏季面板溫度很高，再加上其具有的高撓度，要求橋面鋪裝須有較好的高溫穩(wěn)定性，低溫延展性和優(yōu)異的抗疲勞性能，但目前所使用的橋面鋪裝材料多難以勝任，即使是造價(jià)不菲的環(huán)氧樹脂，也難以完全解決上述問題。而細(xì)粒式SMA，尤其是采用高達(dá)7.0%的瀝青含量及經(jīng)高分子聚合物處理的改性瀝青,可較好地解決上述問題。,2020/7/26,12,11. 3 SMA 混合

10、料配合比及材料要求,瀝青結(jié)合料， SMA混合料中，瀝青結(jié)合料必須有較高的粘度，較大的稠度，符合一定的技術(shù)要求，以保證其有足夠的高溫穩(wěn)定性和低溫韌性，瀝青類型及標(biāo)號(hào)應(yīng)符合“重交通道路瀝青技術(shù)要求”（表11-2）。 粗集料，SMA較高的高溫穩(wěn)定性是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用。集料嵌擠作用的大小在很大程度上取決于集料石質(zhì)的堅(jiān)韌性以及集料的顆粒形狀和棱角?？梢哉f，粗集料的這些性質(zhì)是SMA成敗的關(guān)鍵。由于粗集料顆粒直接接觸形成的骨架受到外作用時(shí)，其顆粒在接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生很大的壓力，因此需要粗集料具有較高的強(qiáng)度，以避免在施工碾壓過程中及使用過程中荷載長期重復(fù)作用下產(chǎn)生磨損和破壞。,2020/7/26

11、,13,SMA混合料中的粗集料，對(duì)顆粒形狀和強(qiáng)度的要求均高于傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土。其所用粗集料必須完全破碎，并接近立方體，扁平細(xì)長顆粒含量不超過10%，以增加顆粒間的接觸面積，使由粗集料形成的骨架在受到外力作用時(shí)具有較高的穩(wěn)定性和抵抗外力的能力。 細(xì)集料，在SMA中所占比例較小，一般不超過10%，但細(xì)集料對(duì)SMA的性能有較大的影響。細(xì)集料一般要求采用具有良好棱角性和嵌擠性的人工砂，當(dāng)全部采用人工砂有困難時(shí)，機(jī)制砂與天然砂的比例應(yīng)大于1：1，并應(yīng)滿足表11-3的要求。 填料，SMA混合料中的礦粉填料對(duì)混合料的空隙率及勁度有明顯影響，礦粉在瀝青混合料中的作用至關(guān)重要，瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜

12、，才能對(duì)其它粗、細(xì)集料產(chǎn)生粘附作用。,2020/7/26,14,由于SMA混合料中的纖維添加劑能起到分散礦粉瀝青膠團(tuán)的作用，需要有足夠的礦粉以形成SMA結(jié)構(gòu)，SMA中的礦粉數(shù)量比傳統(tǒng)密級(jí)配瀝青混凝土要多一倍左右，一般達(dá)到瀝青用量的1.82.0倍。 SMA中的礦粉最好采用磨細(xì)石灰粉，還應(yīng)符合一定的技術(shù)要求（表11-4），若摻加一定量的回收粉塵，其用量不得超過填料總質(zhì)量的50%。 纖維穩(wěn)定劑，瀝青瑪蹄脂碎石混合料，必須采用纖維穩(wěn)定劑。混合料中加入纖維后，可有效地提高混合料的高溫穩(wěn)定性并降低輪胎的磨耗。,2020/7/26,15,纖維在SMA中的所起的主要作用有如下幾點(diǎn)： 加筋作用，SMA中的纖維，

13、以三維分散相在混合料中存在，可起到加筋的作用； 分散作用，SMA中用量較大的瀝青礦粉在沒有纖維的情況下，可能成為膠團(tuán)，不均勻地分散在集料之間，而纖維則可以使膠團(tuán)適當(dāng)均勻地在集料中分散； 吸附及吸收瀝青的作用，SMA混合料中的纖維穩(wěn)定劑可充分吸附表面瀝青吸收內(nèi)部瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，以提高混合料的耐久性； 穩(wěn)定作用，纖維可使瀝青膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，尤其是夏季高溫季節(jié)，瀝青受熱膨脹時(shí)，纖維內(nèi)部的空隙將容納這些膨脹的瀝青，使其不致成為自由瀝青而泛油； 增粘作用，SMA中的纖維將增加瀝青與礦料間的粘附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力。,2020/7/26,16,木質(zhì)素纖維，

14、又稱纖維素纖維，由天然木材經(jīng)化學(xué)處理后得到的有機(jī)纖維，在各種條件下均是化學(xué)上非常穩(wěn)定的物質(zhì)，不為一般的溶劑及酸、堿所腐蝕，且對(duì)人體無害，不影響環(huán)境。SMA中加入纖維素纖維后，混合料具有良好的保溫性能，冷卻后具有良好的伸縮性，有較好的施工和易性，用量通常為混合料質(zhì)量的0.3%； 礦物纖維，是一種微細(xì)纖維，目前常用的礦物纖維多為石棉纖維，在混合料拌和時(shí)加入可有效地吸附瀝青，防止瀝青膠砂高溫時(shí)出現(xiàn)流淌的現(xiàn)象，微細(xì)纖維的比表面積大，用量為混合料質(zhì)量的0.4%； 聚合物有機(jī)纖維，在有機(jī)化學(xué)纖維中，聚脂纖維和丙烯酸纖維是最常用的纖維品種，用量為混合料質(zhì)量的0.15%0.30%。由于纖維的作用，瀝青用量將增

15、加0.2%0.3%，研究和應(yīng)用實(shí)踐表明，聚合物有機(jī)纖維使混合料性能得到普通提高，疲勞壽命可提高25%45%，車轍減少4553%。,2020/7/26,17,11.5 SMA 路面施工概要,SMA 路面施工溫度 SMA混合料中加入了較多的礦粉，其拌和、施工及室內(nèi)試驗(yàn)溫度均比一般熱拌瀝青混合料溫度要高 表11-12給出了SMA路面施工時(shí)各工序的施工溫度，可供參考。 SMA混合料的拌和 SMA混合料應(yīng)在瀝青拌和廠進(jìn)行拌制，拌制時(shí)應(yīng)注意纖維的加入、拌和時(shí)間與溫度均應(yīng)嚴(yán)格控制并拌和均勻； SMA混合料若長時(shí)間的貯存，將發(fā)生瀝青析漏現(xiàn)象，從而使混合料中瀝青分布不均勻，SMA混合料的貯存不能過夜，當(dāng)天拌和的

16、混合料必須當(dāng)天攤鋪并碾壓完畢。 SMA混合料的運(yùn)輸與攤鋪 由于SMA中瀝青瑪蹄脂的粘性較大，運(yùn)料車的車廂底部應(yīng)涂刷較多的油水混合物； 為防止混合料運(yùn)輸過程中溫度下降過快而使運(yùn)料車表面的混合料結(jié)成硬殼，要求運(yùn)料車加蓋苫布；,2020/7/26,18,要求緩慢、均勻，連續(xù)不間斷地?cái)備?，攤鋪過程中不得隨意變更速度或中途停頓； SMA生產(chǎn)時(shí)拌和機(jī)生產(chǎn)效率降低，攤鋪機(jī)供料不足的問題比較突出，難以保證攤鋪機(jī)不間斷地均勻攤鋪。因此攤鋪機(jī)的攤鋪速度應(yīng)緩慢，一般不超過180m/h240m/h 拌和設(shè)備與攤鋪機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)匹配，運(yùn)料車應(yīng)稍有富余。 4. SMA路面碾壓成型 SMA一般在路面的表面層使用，厚度比較薄

17、，混合料溫度下降比較快，應(yīng)特別注意不能在溫度下降過多后才開始碾壓，碾壓的最低溫度約為130。 由于輪胎式壓路機(jī)在碾壓時(shí)的搓揉將使SMA混合料中的瀝青瑪蹄脂上浮，從而減小構(gòu)造深度，甚至出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，所以SMA路面必須采用剛性碾壓。 碾壓過程為三階段，初壓，采用10t的鋼筒壓路機(jī)緊跟在攤鋪機(jī)后碾壓1遍；復(fù)壓，剛性壓路機(jī)靜壓3遍，或振動(dòng)碾壓23遍；終壓，較寬的剛性壓路機(jī)碾壓一遍，至此即可接束碾壓。 過度碾壓將使SMA結(jié)構(gòu)無法穩(wěn)定，因此應(yīng)嚴(yán)格控制碾壓次數(shù)，切忌過碾。一般要求的碾壓速度不能超過4km/h5km/h。,2020/7/26,19,5. SMA混合料質(zhì)量控制 拌和溫度，原材料、成品、集料烘干、加熱、混合料拌和及出產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)的溫度，均應(yīng)該嚴(yán)格按施工規(guī)范或技術(shù)要求的規(guī)定，隨時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)； 礦料級(jí)配和沒石比，SMA的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配范圍比普通瀝青混合料的容許范圍小得多，其配料誤差的要求也比普通瀝青混合料嚴(yán)格。表11-13列出了不同瀝青混合料類型礦料級(jí)配的施工要求。纖維添加劑的質(zhì)量誤差不應(yīng)超過規(guī)定數(shù)量的10%；例