争鸣2020之八 | 沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)配合比设计马歇尔击实次数

概述

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定：沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)配合比设计时的马歇尔击实次数为双面各50次，对集料坚硬不易击碎，通行重载交通的路段，也可将马歇尔击实次数增加为双面各75次。

配合比设计实践中，对于何种情况执行双面击实50次，何种情况执行双面击实75次，容易混淆与争议，本文就此讨论。 

双面50次击实优势

耐久性好

由于双面50次击实功小于双面击实75次击实功，配合比设计中目标空隙率对应的最佳沥青含量必定前者偏大。含沥青量大，沥青混合料的油膜厚度必定相对较大，为沥青路面的长寿命与耐久性提供保证。

级配稳定

马歇尔击实试验为刚性锤击过程，而SMA类混合料本身为骨架嵌挤结构，如采用的粗集料岩质偏软，容易在马歇尔击实过程中发生破碎，引发沥青混合料的级配变化，为混合料性能带来不确定影响。从击实次数来看，双面50次相对双面75次击实次数少50%，即使采用的集料岩质偏软也不会发生集料破碎严重情况。

双面75次击实优势

不易泛油

SMA路面严重泛油是推广早期最主要的问题之一。根据沙庆林院士在《沥青和沥青混凝土现状(上)》中描述“深汕高速公路上铺筑了15cm加木质素纤维并用6.0%~6.5% PE改性沥青的SMA。该路1996年底正式通车，到1998年7月产生轻重不一的泛油现象，严重泛油段长2km多。在该段上一个月发生90多起交通事故，死8人，伤数十人，不得不临时在表面撒布碎石改善行车条件。(国外公路，1999年4月)”。现在看来，不切实际的盲目规定SMA的最低沥青用量可能是肇事主因。双面75次击实对应的最佳沥青含量相对偏小，同时结合磨耗层混合料4.5%的目标空隙率，可以确保沥青混合料相对不易泛油。

初期抗滑相对优

道路交工阶段即需要检测路面的摩擦系数，这对用油量较小的AC型等上面层而言，交工阶段检测的横向力系数完全可以满足设计要求及目前规范要求值，但对用油量大的SMA沥青路面而言，由于SMA用油量高达6%左右，初期较厚的油膜包裹在集料表面，形成较厚的“裹附层”，在开放交通初期，气温相对较低的情况下，这些沥青胶浆膜在路面上形成斑点式“镜面”效应，导致交工阶段检测的SMA横向力系数一般不高，往往难以达到设计要求及目前规范要求值。多年来，此问题一直困扰南方多雨地区及部分北方地区的业界。

通车后约3~6个月左右横向力系数指标呈现上升的趋势，之后稳定较长一段时间后再缓慢下降，最后趋于稳定，其主要原因在于：通车初期，在车轮反复磨耗作用下，包裹在集料表面的沥青油膜逐渐被磨掉，露出集料的纹理形貌，增大了轮胎摩擦表面积，从而通车后约3~6个月左右摩擦系数指标逐渐上升达到高峰水平，由于SMA沥青用量大，其摩擦系数之后稳定较长时间，再缓慢下降到一定水平并稳定。

SMA路面开放交通后6个月内，如果天气寒冷，由于油膜厚的原因，横向力系数检测结果可能不能达标。这也反映了该段时间沥青路面整体抗滑性能的可能不达标，将会增加发生交通事故的概率。使用双面击实75次，可以降低最佳沥青用量，减少油膜厚度，缩短路面抗滑性能不达标的时间。

高温稳定性提高

应用于中面层的SMA类沥青混合料，由于采用双面75次击实，目标空隙率对应最佳沥青用量必然相对较小，直接提高了沥青混合料的高温性能。

坚硬不易击碎

SMA类沥青混合料多用于上面层，本身就要求使用坚硬、耐磨的集料，此时采用双面75次击实，不易产生级配变异。为确保效果，可对半锯开双面75次击实制作的马歇尔试件，观察集料破碎情况；也可汇总抽提筛分多个马歇尔试件，观察粗集料级配是否明显变异。其实，沥青路面施工现场双钢轮振动压实不同于马歇尔试验的刚性锤击，如室内试验破碎情况不明显，采用合适的碾压工艺，现场大概率也不会出现集料破碎的情况。

总结

SMA类沥青混合料主要用于表面层，基于保证抗滑性能的出发点，选用坚硬集料，按照双面击实75次的马歇尔试验方法，以4.5%空隙率为目标选定最佳沥青用量，有利于缩短路面抗滑性能不达标的时间。

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