杜 波，曹洋洋，尚 飞

(1.中交一公局桥隧工程有限公司，长沙 410000；2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336)

改性沥青SMA高温抗车辙性能较好、抗滑性能优，适合在市政钢桥中使用[1-3]，但由于传统SMA沥青混合料材料结构特点，相较于典型的铺装下面层材料浇注式沥青混合料，其密水性及低温抗裂性能较差[4-5]。而作为钢桥铺装下面层的材料，恰恰对其密水性能和抗裂性能要求极为苛刻。为此，本文对铺装下层SMA级配进行优化，使其兼具SMA的基本性能和浇注式沥青混合料的密水性及协调变形能力。

1 GA与SMA级配类型分析

1.1 浇注式沥青混合料GA

浇注式沥青混合料GA(Guss Asphalt)，原是“河流”之意，引申为“浇注流淌”，即指浇注式沥青混合料具有流动性，浇注式摊铺一般不需碾压，只需简单的摊铺整平即可完成施工[6]。

浇注式沥青混合料的沥青用量高(7%～10%)，矿质集料中矿粉含量高(20%～30%)，同时拌和温度很高(220 ℃)，拌和时间较长(2 min～3 min)，在运输过程中也需要搅拌。因此，浇注式沥青混合料具有矿粉含量高、沥青含量高、拌和温度高等“三高”特点，较多的沥青及细集料含量使粗骨料处于悬浮状态, 它与热拌沥青混合料不同的是其空隙率很小，且内部空隙不连通。沥青混合料3种典型嵌挤结构如图1所示，因此从级配结构分类来说，浇注式沥青混合料属于悬浮密实结构。

(a)悬浮密实型

悬浮密实型结构以其独有的特性，如密水性好、耐久性优、疲劳抗裂性能和随从变形能力好、整体性强等，能很好地适应钢桥面铺装的本质要求。因此，在国内外桥面铺装工程中得到了广泛的应用，尤其是作为铺装结构的下层铺装，成为了桥面铺装工程中应用最为广泛、成功的一种铺装材料。

1.2 改性沥青SMA

SMA路面是指由沥青、矿粉、纤维稳定剂及细集料组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配粗集料的骨架间隙中，形成密实沥青混合料所铺筑的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料组成的特点是“三多一少”，即粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少，对材料品质的要求髙[7-8]。

SMA是一种以粗集料为主骨架嵌挤结构，对高温的抗车辙能力强；表面构造深、粗糙、孔隙大、抗滑能力强；空隙率小，基本不透水、耐久性好，路面使用寿命长。设计时可减薄表面层的厚度达到节约成本的目的[9]。

总之，SMA表面层的最大优点在于使高温稳定性与低温稳定性、水稳定性与抗滑性等相互矛盾或相互制约的性能得到了统一与兼顾，是一种极为优异的路面铺装材料。但是作为桥面铺装的下面层材料需要借鉴浇注式沥青级配特点对改性沥青SMA进行进一步优化。

2 SMA10与GA10级配分析

2.1 SMA10与GA10级配对比

根据JTG/T 3364-02—2019《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》中对GA10和SMA10级配范围的要求，将2种级配范围和级配曲线进行对比，级配范围如表1所示，级配曲线如图2所示。

表1 SMA10和GA10级配范围对比

图2 SMA10和GA10级配曲线对比

通过对比分析图2和表1可以看出，为保证SMA骨架密实型结构，相较于GA10，SMA10级配属于典型的间断级配，所以集料类型集中在粒径2.36 mm～9.5 mm的粗集料和0 mm～0.6 mm的细集料上，而中间粒径的集料相对较少，因此在级配曲线图2中2.36 mm～9.5 mm范围出现了 “陡坡”[10]，而GA10级配最大的特点是整体粒径细于SMA10，且曲线相对平滑属于连续级配，曲线底端0.075 mm通过率较大，这说明级配中有足够的粉料能够与GA高含量沥青形成胶泥使得该结构的混合料拥有优异的密水性能和流动性。

综上分析，为了得到优化的SMA10级配，应在保持SMA级配特点的同时，尽量汲取GA10级配的特点，使其兼具SMA的基本性能和浇注式沥青混合料的密水性及协调变形能力。

2.2 优化级配关键筛孔控制原则

通过对比GA10和SMA10的级配分布，主要体现在关键筛孔2.36 mm和0.075 mm通过率上，2种级配类型具有较大差别。

SMA10中2.36 mm通过率的级配上限为32%，与GA10中2.36 mm通过率的级配下限48%相差15%；SMA10中0.075 mm通过率的级配上限为13%，与GA10中0.075 mm通过率的级配下限20%相差7%。因此建议优化级配后的关键筛孔控制在SMA和GA相差的范围内作为控制指标，即优化后级配的关键筛孔通过率2.36 mm应控制在32%～48%，0.075 mm应控制在13%～20%。

3 铺装下层SMA级配优化设计

3.1 优化级配设计

参照SMA10和GA10级配范围对铺装下层SMA10级配进行优化设计后得到3个级配，分别为接近GA10下限、介于SMA10上限与GA10级配下限之间和接近SMA10上限，设计级配如表2所示，级配曲线如图3～图5所示。

表2 优化级配通过率

图3 优化级配1的级配曲线

分析图3可知，优化级配1的级配曲线在通过率小于4.75 mm部分整体贴近GA级配下限，这使得优化级配1在混合料结构上更加接近GA级配，理论上该结构会拥有更好的密水性能，但高温稳定性欠缺；由图4可知，优化级配2的级配曲线在通过率小于4.75 mm部分是介于GA级配下限和SMA级配上限之间，即该结构应拥有介于GA和SMA沥青混合料之间的性能的，因此该级配更趋近于理想的铺装下层SMA沥青混合料；分析图5可知，优化级配3的级配曲线在通过率小于4.75 mm部分是贴近SMA级配上限的，这意味着该结构的整体性能更贴近SMA沥青混合料。

图4 优化级配2的级配曲线

图5 优化级配3的级配曲线

3.2 优化级配混合料基本性能试验

试验采用的油石比为6.3%，聚酯纤维为矿料总量的0.3%，分别制作3种优化级配的沥青混合料试件，按JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行马歇尔试验，得到混合料各项性能指标测试结果，如表3所示。

表3 优化级配混合料性能测试结果

为了优化级配的混合料能够兼具GA10沥青混合料的密水和协同变形性能，提出空隙率的目标要求为1%～2%之间。由表3可知，优化级配1和优化级配2的空隙率指标均能够达到目标要求，同时稳定度性能表现优异。优化级配1与优化级配2相比，级配曲线尽管更加贴近GA10下限，但空隙率并无显著变化，而由于优化级配2的曲线介于SMA和GA级配之间，混合料在保证不渗水的同时，兼具较高的车辙动稳定度。因此，选用优化级配2作为优化的下层铺装沥青混合料级配。

4 优化后SMA性能分析

4.1 优化后SMA性能对比分析

采用级配优化后的下层铺装用密水性SMA与常规SMA进行性能对比分析，对比性能包括马歇尔稳定度、车辙动稳定度和抗渗水性能，试验结果如表4所示。

表4 优化后SMA性能对比

从表4中可以看出，经过优化后级配制得的保护层SMA10马歇尔稳定度可以达到3 020次/mm且不渗水，这样的车辙动稳定度性能虽略低于常规SMA10，但远高于常规GA10，而抗渗性能与GA10相当。

4.2 双层SMA组合结构性能验证

分别使用铺装下层与铺装上层SMA配合比成型双层SMA沥青混合料车辙试件，如图6所示，并进行组合结构车辙动稳定度试验。根据内蒙所属气候分区，选择65 ℃试验温度，试验结果如表5所示。由表5试验结果可以看出，优化后得到的铺装双层SMA组合结构的车辙动稳定度性能与优化前差异很小，依然满足设计要求。

(a)组合结构车辙试件表面

表5 双层SMA组合结构车辙动稳定度试验结果 次/mm

5 结论

1)通过对比SMA级配范围和GA级配范围，针对钢桥面铺装下面层用SMA级配进行优化，SMA优化级配为：13.2 mm筛孔通过率100%、9.5 mm筛孔通过率99.91%、4.75 mm筛孔通过率66.18%、2.36 mm筛孔通过率41.82%、1.18 mm筛孔通过率30.6%、0.6 mm筛孔通过率25.05%、0.3 mm筛孔通过率21.93%、0.15 mm筛孔通过率18.96%、0.075 mm筛孔通过率17.01%。

2)经过优化级配制得的保护层SMA10马歇尔稳定度为3 020次/mm且不渗水。尽管优化后级配的车辙动稳定度性能虽略低于常规SMA10，但远高于常规GA10的车辙动稳定度，且保证了抗渗性能与GA10相当。

3)采用优化级配的双层SMA组合结构的车辙动稳定度满足规范设计指标要求。