摘要：为明确施工温度对SMA-16 混合料路面性能的影响，并为SMA-16 路面施工的合理拌和及碾压成型温度提供技术依据，研究不同温度条件下沥青与矿料的粘附性；同时拟定4个拌和温度、2个成型温度，研究不同温度条件下SMA-16 混合料的毛体积密度、孔隙率、马歇尔稳定性、水稳定性和高低温性能的变化。结果表明：加热温度为170～185℃时玄武岩粗集料与SBS 改性沥青的裹覆性最好；拌和温度对木质素纤维SMA混合料高温稳定性的影响比较大，对水稳定性和低温稳定性的影响不明显；拌和温度为175～185℃时，木质素纤维 SMA混合料的高温稳定性、低温变形性能和水稳定性最好。

关键词：道路工程；SMA-16     路面；马歇尔试验；拌和温度；混合料性能

沥青玛蹄脂碎石混合料[1-3]（Stone Matrix Asphalt 或 Stone Mastic Asphalt，简称 SMA）是由沥青、矿粉、少量纤维及集料组成的间断级配沥青混合料中国沥青网sinoasphalt.com。碎石骨架和沥青玛蹄脂是其最主要的组成部分。SMA 混合料对材料组成要求极为严格，无论是碎石材料规格、强度、单粒级配，还是木质素纤维的选用等，都比常规的技术指标要求高。SMA 沥青混合料是一种复合材料，如果拌合温度和拌合方式不同，其性能也会存在差异。对于不同地区，需要根据对路面性能的要求采取特定的加 工工艺制备沥青混合料。因此，研究拌和温度对 SMA 混合料的影响具有实际意义。

SMA 混合料的使用性能与施工温度存在密切关系。如果施工温度过低，就会导致路面的压实度不够，孔隙率过大，有可能造成路面水损害。在现实施工中也存在混合料施工温度过低，导致路面混合料松散，出现车辙、坑槽等早期破坏的情况；如果施工温度过高，不仅会浪费能源，增加施工成本，还会造成 SMA 混合料过度老化，导致混合料路用性能下降，路面压实度不满足要求。另外，施工过程中的废热和废气还会影响施工人员的身体健康。在路面的实际施工过程中，对拌和温度重视不够或是简单地凭经验进行控制，比如发现沥青对集料的裹覆出现问题，无论是增加沥青用量避免花白料的产生，还是延长拌和时间使集料完全被沥青裹覆，都会使生产的沥青混合料质量得不到应有的保障，同时还影响生产效率。因此，对于SBS 改性沥青拌合温度的研究就显得尤为重要。在室内 进行拌合温度对SBS改性沥青混合料性能影响的研究，为SMA-16 沥青混合料拌合生产提供可靠依据。

粗集料选取玄武岩，细集料选用母岩为玄武岩的机制砂， 粗细集料技术指标均符合 JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求（见表 1、表 2）。

沥青采用 SBS-90 号改性沥青，技术指标见表 3；纤维采用松散木质素纤维，技术指标见表 4。

(1)粘附性：参照 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0616—1993 沥青与粗集料黏附性试验进行。

(2)黏度：采用美国 Brookfield 十型旋转黏度计测试沥青的黏度，试验操作参考JTG E20—2011中T 0625—2011 沥青布氏旋转黏度试验要求进行。

拌和时间与顺序：先将粗集料、细集料和纤维加入拌和60s大致均匀，之后加入沥青拌和80s，最后加入矿粉一起拌和80s。

(1)马歇尔试验：参照 JTG E20—2011中 T 0709—2011沥青混合料马歇尔稳定度试验进行。

(2)冻融劈裂试验：加载速度为50mm/min，操作参考JTG E20—2011中T0729—2000 沥青混合料冻融劈裂试验进行。

(3)车辙试验：参照 JTG E20—2011中T0719—2011 沥青混合料车辙试验进行。

(4)弯曲试验：采用长250mm、宽20mm、高35mm的试件，试验在-10℃条件下进行，加载速率为50mm/min，操作参照JTG E20—2011中T0715—2011沥青混合料弯曲试验进行。

为了研究试验温度对粗集料抗水剥离性能的影响，确定合理的加热温度，将试验起始温度定为155℃，以5℃为级差增加，最高温度为200℃。用目测法确定粘附等级。采用布洛克菲尔德黏度计（Brookfield）进行黏度-温度试验，试验温度范围为160~200℃，温度间隔为10℃，试验结果如表5所示。 

由表可见，试验温度对粗集料与SBS改性沥青的粘附性有显著影响。沥青和矿料的加热温度不同，浸水后集料表面沥青薄膜剥落的百分率也不一样。当试验温度低于16℃或高于190℃时，裹覆集料的沥青薄膜剥落面积相对较大，表现的粘附性较低，粘附性在4级或4级以下；沥青和粗集料加热温度在170~185℃时，沥青与集料裹覆较好，同样的材料黏附性达到5级。原因是：温度低于165℃，SBS改性沥青不能充分融化，且不能充分浸入集料表面，沥青与集料结合相对较 弱，遇水后容易产生剥落；当温度达到190℃及以上时，SBS 改性沥青产生老化，其与集料表面的粘附性开始下降，遇水后同样产生剥落，集料与沥青的粘附性等级较低。试验结果表明：玄武岩集料温度在170~185℃范围时，集料与SBS改性沥青粘附性最好。

施工温度是影响改性沥青路用性能的关键因素，加热温 度过高不仅给施工带来安全隐患，而且容易导致改性沥青老 化，影响其路用性能；过低的加热温度使改性沥青的黏度偏 大，不易渗入裂缝壁的微孔隙中，从而影响沥青的粘结能力。 按照美国ASTM D1599DE规定，以黏度为（0.17±0.02）Pa·s时 的温度作为拌和温度范围（182.6~190.1 ℃）。根据以往工程经验，改性沥青的拌和温度明显偏高，需要进行SMA混合料路用性能验证。

参照 DANG VAN THANH（2013）研究结果，确定 SMA-16混合料的纤石比为0.31%，粉石比为10%，最佳油石比为6.1%。 根据温度对粘附性的影响选定4个拌合温度和2个成型温度，对混合料分别进行马歇尔试验、车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验，分析混合料的路用性能。

从表6可以看出，4个不同拌和温度下SMA-16混合料的马歇尔稳定度和流值均符合 JTG F40—2004 要求。成型温度为170 ℃条件下，拌和温度从170 ℃开始，随着温度升高， SMA-16 混合料的马歇尔稳定度逐渐增大，在180℃时马歇尔稳定度最高，而随着拌和温度的继续升高，马歇尔稳定度逐渐降低，200℃时马歇尔稳定度最低；流值也有类似规律，而空隙率随温度的变化规律则与之相反，拌和温度为200℃时空隙率达到 4.71%，超过了4.5%，不符合JTG F40—2004要求。 原因是：温度升高后，沥青融化充分，沥青可与矿料充分裹覆粘结成一个整体，在压实功作用下混合料容易密实，强度和马歇尔稳定度增大；而当拌和温度达到甚至超过180℃时，因高温作用，沥青进一步老化，其粘结效果变差，表现为硬脆性，导致混合料的强度和稳定度降低。

由此可见，拌和温度为180℃、成型温度为170℃时的混 合料马歇尔稳定度最高，强度和稳定性最好。随后对混合料在拌和温度为180℃、成型温度为170℃条件下进行水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性试验。

沥青混凝土路面的水损害是沥青路面早期破坏的主要形 式。其根本原因是外界水穿透包裹在集料表面的沥青膜，使沥青逐渐丧失粘结力。起粘结作用的沥青膜从集料表面剥落，造成集料松散，导致沥青混凝土路面在荷载的反复作用下形成坑槽、推挤变形而损坏，危害道路的使用性能[4]。不同拌和温度下沥青混合料的残留稳定度见图 2。

图 2   不同拌和温度下沥青混合料的残留稳定度

从图2可以看出，随着拌和温度逐渐升高，残留稳定度先增大后减小，在180~190℃下残留稳定度最大，水稳定性最好，而随着拌和温度的继续升高，残留稳定度开始变小，水稳定性随之降低。

根据JTG E20—2011要求，采用冻融劈裂试验测试混合料受到水损害前后劈裂破坏的抗拉强度，据此计算冻融劈裂抗拉强度比（Tensile Strength Ratio，简称 TSR）,TSR 是评价 沥青混合料水稳定性的又一重要指标。由于其条件比浸水马歇尔试验更为苛刻，TSR 更能反映沥青混合料的水稳定性能。 试验结果如图 3 所示。

由图3可见，170~200 ℃拌和温度下的冻融劈裂抗拉强 度比均符合JTG F40—2004 要求。拌和温度在 200 ℃时的冻融劈裂抗拉强度比较低。

沥青混合料是一种粘弹性材料，其温度敏感性很强[5]。采用标准车辙试验来测试不同拌和温度条件下SMA改性沥青混合料的高温稳定性，试验结果见图4。

由图 4 可见，180℃拌和温度下混合料的动稳定度最高， 达 7125 次/mm，200℃下的最低，较180℃时的动稳定度降低 15.14%。同时，拌和温度与SMA改性沥青混合料的动稳定度 并不存在正比例关系，动稳定度随着拌和温度的升高会存在 一个先变大再变小的过程[6]。拌和温度在175～180 ℃时，动稳定度值较高（处于峰值范围内）,且在此温度区间内其数值变化较小；而拌和温度达到甚至超过200℃后，沥青逐渐老化， 表现为粘结力下降，呈现硬脆性，导致沥青混合料强度下降， 反而制约了混合料的高温性能。

沥青混合料的低温抗裂性能主要由低温弯曲试验确定， 试验结果见表 7。

由表 7 可见，随着拌和温度的升高，最大弯拉应变逐渐降低，当拌和温度超过190℃时，最大弯拉应变不符合 JTG F40— 2004 要求，说明拌和温度高于190 ℃时，沥青已严重老化[7]。 根据低温弯曲试验结果，为提高混合料的低温性能，建议SMA 改性沥青混合料的拌和温度不超过190 ℃。

（1）加热温度为170~185 ℃时，玄武岩粗集料与 SBS 改 性沥青的裹覆性最好。

（2）拌和温度对木质素纤维SMA混合料高温稳定性的影响较大，对马歇尔稳定度、水稳定性和低温稳定性影响不甚明显。

（3）拌和温度为175~185℃时，木质素纤维SMA混合料的马歇尔稳定度、高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性最好。