ＳＭＡ瀝青混凝土配合比設(shè)計探討

謝榮波

摘要:本文主要介紹湖南省邵永高速公路工程瀝青路面SMA上面層配合比的設(shè)計過程,總結(jié)并概括了該項目在進(jìn)行SMA瀝青混凝土配合比設(shè)計時所要注意的一些具體事項及經(jīng)驗常識。

關(guān)鍵詞:SMA瀝青混凝土;技術(shù)要求;配合比設(shè)計;注意事項

湖南省邵永高速公路工程是二連浩特至廣州國家高速公路中的一段(簡稱:邵永高速公路),全長112.840km。該項目是國家重點(diǎn)工程,也是湖南省公路網(wǎng)“五縱七橫”中的重要部分,工程規(guī)模大、任務(wù)艱巨,質(zhì)量要求高。為使邵永高速公路工程精選研試并鋪筑出最佳的瀝青混凝土路面,向社會提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),建設(shè)長壽命的高速公路,我們將該項目的瀝青混凝土面層按上、中、下三層的結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行設(shè)計,其中中、下面層結(jié)構(gòu)均采用改性瀝青,上面層根據(jù)其在路面結(jié)構(gòu)中須具有抗車轍、抗裂、抗滑、泌水及耐久的性能,故選用SMA-16瀝青砼上面層的結(jié)構(gòu)。本文將針對SMA-16瀝青砼上面層的結(jié)構(gòu)特性,對SMA瀝青混合料的原材料技術(shù)要求、混合料配合比設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)介紹,以供業(yè)內(nèi)同行共同討論學(xué)習(xí)。

1 SMA瀝青混合料設(shè)計技術(shù)要求

SMA是由瀝青、礦粉纖維及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料碎石骨架間隙而組成的瀝青混合料。綜合SMA的特點(diǎn),可以歸納為三多一少:粗集料多、礦粉多、瀝青結(jié)合料多、細(xì)集料少,同時摻入適量纖維,其使用性能將全面提高。SMA與普通的密級配瀝青混凝土(AC)相比具有以下特點(diǎn):AC型混合料細(xì)集料比例大體占混合料的一半,從理論上分析AC型混合料中的瀝青砂漿已經(jīng)把粗集料撐開,粗集料實際上是懸浮在瀝青砂漿中,彼此互相并未形成嵌擠,故交通荷載主要是由瀝青砂漿承受著,AC型抵抗荷載變形的能力很大程度上受到礦料級配、礦料間隙率(VMA)、空隙率(VV)及瀝青砂漿比例的影響。

2 SMA混合料各種組合材料的技術(shù)要求

SMA之所以有較高的高溫穩(wěn)定性,是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用。集料嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料石質(zhì)的堅韌性(Tough-ness),集料的顆粒形狀和棱角性。可以說,粗集料的這些性質(zhì)是SMA成敗與否的關(guān)鍵。細(xì)集料在SMA中只占很少的比列,往往不超過10%,然而細(xì)集料對SMA的性能影響也不小。在普通的瀝青混合料中,礦粉的數(shù)量一般不能超過瀝青用量的1.2倍,太多了不僅拌和困難,而且對混合料的性質(zhì)也有影響。而SMA需要的填料數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此比例,一般達(dá)到1.8~2.0,這是由于纖維幫助礦粉瀝青團(tuán)粒起到了分散作用的緣故。下面具體分析SMA混合料各種組合材料的技術(shù)要求。

2.1 石料。粗集料須選用緊硬、粗糙度高、有棱角的石料,不能使用石灰石,壓碎值≤25%,洛杉磯磨耗損失≥25%,視密度≤2.6t/m3,針片狀含量≤10%,磨光值≥42,軟石含量≤1%,其余各項指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計文件和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)附錄C8的規(guī)定。石料我們選用砂巖,該石料石質(zhì)堅硬,與改性瀝青粘附性可達(dá)到5級,各項指標(biāo)均符合相關(guān)要求。石料在加工時我們選用干法聯(lián)合除塵設(shè)備,使得石料潔凈。經(jīng)試驗表明,石料各項指標(biāo)均能較好地滿足本項目要求,是理想的瀝青路面材料。

2.2 細(xì)集料。本項目采用石屑作為細(xì)集料,細(xì)集料須潔凈、干燥、無風(fēng)化、并有適當(dāng)?shù)念w粒級配。石屑符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)附錄C9和C10的規(guī)定,且石屑用量不得超過細(xì)集料用量的50%。

2.3 礦粉。瀝青混合料我們采用由強(qiáng)基性石灰?guī)r加工的礦粉作為填料,該礦粉干燥、潔凈,各項指標(biāo)均較好地滿足附表中的技術(shù)要求。礦粉在瀝青混凝土中的作用是填料,起著瀝青和集料之間填充的作用,其質(zhì)量要求應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)附錄C12的規(guī)定,礦粉用量建議不宜過小,我們選定為瀝青用量的1.8～2.0倍。(根據(jù)以往的工程實踐,如果使用了回收粉,車轍試驗的動穩(wěn)定度和馬歇爾穩(wěn)定度都將降低,因此,施工過程中我們不考慮使用回收礦粉)。

3 目標(biāo)配合比的確定

3.1 級配選擇。合理的級配是良好混合料的必要條件。根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求,SMA-16屬于公稱最大粒徑等于或大于13.2mm的混合料,以4.75mm作為粗集料骨架的分界篩孔,在工程設(shè)計級配范圍內(nèi),調(diào)整各種礦料比例設(shè)計3組不同粗細(xì)的初試級配,3組級配的粗集料骨架分界篩孔的通過率處于級配范圍的中值、中值+3附近,礦粉比例均為10%左右。

級配一 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:24.5:7.5:10

級配二 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:20:12:10

級配三 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:16.5:15.5:10

SMA配合比設(shè)計的關(guān)鍵控制點(diǎn)為4.75(公稱粒徑等于或小于9.5mm的SMA混合料,以2.36作為粗集料骨架的分界篩孔)與0.075,在優(yōu)先考慮這兩個控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上再兼顧其他控制點(diǎn),并參照各種原材料的實際產(chǎn)量比適當(dāng)調(diào)整,避免某種材料的大量剩余或某種材料的嚴(yán)重不足,當(dāng)然在實際中肯定存在某種材料不足或某種材料剩余的情況。所有理論上的級配走向與關(guān)鍵點(diǎn)的控制都是建立在經(jīng)驗上的,最終的配合比確定必須由馬歇爾試驗指標(biāo)值和路面現(xiàn)場檢測結(jié)果確定,其各項指標(biāo)必須滿足要求。

3.2 馬歇爾試驗。根據(jù)JTJ052-2000瀝青混合料試驗方法,對初步確定的混合料級配進(jìn)行馬歇爾試驗?；旌狭吓浜媳仍O(shè)計中瀝青混合料理論密度的測試必須準(zhǔn)確,我們采用真空最大理論密度儀測試混合料的理論密度,其結(jié)果比計算法要直接準(zhǔn)確。

4 生產(chǎn)配合比及調(diào)試

4.1 生產(chǎn)級配的確定。根據(jù)目標(biāo)配合比所確定的各種材料比例,進(jìn)行了礦料干拌,進(jìn)行生產(chǎn)配合比試驗。綜合考慮SMA的集配特點(diǎn),確定拌和樓熱篩網(wǎng)為:3mm、9mm、13mm、22mm,從二次篩分后各熱料倉中取料進(jìn)行了篩分試驗,對各熱料倉材料重量比例進(jìn)行了統(tǒng)計分析,根據(jù)各熱料倉材料及粉料的篩分結(jié)果,目標(biāo)配合比設(shè)計以及各料倉材料重量統(tǒng)計分析結(jié)果,進(jìn)行生產(chǎn)配合比材料組成設(shè)計。

4.2 生產(chǎn)用油量的確定及生產(chǎn)配合比驗證試驗

4.2.1 生產(chǎn)用油量的確定。取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳油石比OAC和OAC+0.3等油石比,以生產(chǎn)配合比確定的礦料比拌制混合料,進(jìn)行馬歇爾指標(biāo)試驗,各項指標(biāo)均滿足項目要求,最終選定生產(chǎn)配合比油石比為6.10%。

4.2.2 生產(chǎn)配合比驗證試驗。生產(chǎn)配合比最終選定后我們及時將相關(guān)材料送至湖南省交通科學(xué)研究院進(jìn)行相關(guān)檢測,根據(jù)所確定的生產(chǎn)配合比級配、油石比,進(jìn)行馬歇爾的驗證試驗、高溫穩(wěn)定性試驗。經(jīng)檢測驗證,生產(chǎn)配合比瀝青混合料的各項指標(biāo)均能較好地滿足要求,且具有良好的馬歇爾體積指標(biāo)、高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性,可用于本項目SMA路面施工。

4.2.3 試驗路驗證。根據(jù)所得到的室內(nèi)試驗結(jié)果,瀝青拌和樓嚴(yán)格按照其配合比和相應(yīng)的溫度要求進(jìn)行混合料的拌制,及時進(jìn)行試驗路的鋪筑。 鋪筑試驗路段的目的主要是確定下列技術(shù)數(shù)據(jù)及施工方式:①確定拌和溫度、拌和時間,驗證礦料級配和瀝青用量;②驗證生產(chǎn)配合比的正確性;③驗證主要生產(chǎn)工藝的可行性:a、確定攤鋪溫度,攤鋪速度;b、確定各階段碾壓溫度、壓路機(jī)的類型、碾壓程序、碾壓方法、碾壓工藝及碾壓遍數(shù);c、確定纖維穩(wěn)定劑加入的方式及加入時間;④確定試驗室對瀝青拌和樓監(jiān)控的方式;⑤確定松鋪系數(shù)。

試驗路鋪筑完成后通過現(xiàn)場檢測結(jié)果表明,按該配合比鋪筑的路面構(gòu)造深度,滲水系數(shù),現(xiàn)場空隙率等指標(biāo)均能很好的滿足要求,其結(jié)果與室內(nèi)設(shè)計吻合,可以指導(dǎo)邵永高速公路SMA-16路面上面層的大面積施工。

結(jié)束語:

如上所述,若想使攤鋪出來的瀝青砼路面能最大限度的達(dá)到設(shè)計要求,不僅僅與施工過程的質(zhì)量控制情況有關(guān),其中最為根本的,還是離不開有一套成功的配合比設(shè)計。我們都知道,不同的結(jié)構(gòu)層及不同的混合料類型有著不同的空隙率控制關(guān)鍵點(diǎn),因為這一點(diǎn)它是建立在具體的氣候特點(diǎn)、具體的材料之上的,需要不斷地更新,不斷地總結(jié)(施工前、中、后)。只有對這一點(diǎn)有了比較明確的認(rèn)識之后,才能對整個設(shè)計過程有一個明確的思路方向,才能有計劃、有目的的指導(dǎo)工程施工。目標(biāo)配合比是所有設(shè)計的基礎(chǔ),良好的生產(chǎn)配合比應(yīng)該向目標(biāo)配合比靠近,生產(chǎn)配合比及其各項試驗指標(biāo)是后期瀝青混泥土路面施工質(zhì)量控制的基礎(chǔ)和依據(jù),要確保各項指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)定,并綜合考慮冷、熱料倉供料均衡(根據(jù)級配類型合理確定熱倉篩),使生產(chǎn)得以順利進(jìn)行。配合比的設(shè)計與混合料的生產(chǎn)需要在實踐中不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題,及時收集資料并不斷積累經(jīng)驗,以提高SMA瀝青路面的施工技術(shù)水平及進(jìn)一步全面推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004.人民交通出版社,2004.

[2]《改性瀝青與SMA路面》.人民交通出版社,1999.