蓄鹽類(lèi)SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)研究

王 健，鄧艷冬，何春燕

(1.江西公路開(kāi)發(fā)總公司;2.格特拉克(江西)傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司)

0 引 言

蓄鹽類(lèi)瀝青混合料的特性與用途顯然不同于一般的熱拌瀝青混合料，我們最終要達(dá)到的目標(biāo)是:對(duì)冬季冰雪路面起到抗凝冰的效果而且應(yīng)保證混合料的路用性能。由于V－260 等蓄鹽類(lèi)材料是作為外摻劑直接添加到瀝青混合料中去，因此蓄鹽類(lèi)瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)總體仍可采用常規(guī)熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，采用工程材料，優(yōu)選礦料的級(jí)配、確定最佳的瀝青用量，使之符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)要求，并以此作為目標(biāo)配合比，用以指導(dǎo)拌和站生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及混合料的試拌工作。

雖然蓄鹽類(lèi)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法可以與常規(guī)的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法一致，但由于V－260 等蓄鹽類(lèi)材料是作為外摻劑直接添加到瀝青混合料中去，蓄鹽類(lèi)材料在實(shí)際路用過(guò)程中會(huì)逐漸釋放，因而會(huì)改變?yōu)r青混凝土的體積性能指標(biāo)，為此在配合比設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)空隙率、飽和度等體積指標(biāo)方面進(jìn)行研究，以確保瀝青混合料的性能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

目前我國(guó)高速公路瀝青路面主要采用的是馬歇爾設(shè)計(jì)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡(jiǎn)單，綜合考慮了瀝青混合料體積及力學(xué)指標(biāo)，但其缺點(diǎn)是成型方法沒(méi)有與路面實(shí)際的作用情況結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了各種指標(biāo)，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果沒(méi)有真正反映路面性能。為此本研究在馬歇爾設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)下，還深入開(kāi)展了蓄鹽類(lèi)瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)計(jì)方法研究。

本項(xiàng)目采用的上面層是SMA－13 瀝青路面，由于Superpave 方法設(shè)計(jì)體系并不一定適于間斷級(jí)配的設(shè)計(jì)，本研究?jī)H借助于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)成型，設(shè)計(jì)未完全按Superpave 標(biāo)準(zhǔn)。

1 蓄鹽類(lèi)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 確定工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍

瀝青混合料的工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍由施工圖設(shè)計(jì)文件或招標(biāo)文件項(xiàng)目技術(shù)規(guī)范規(guī)定，綜合公路等級(jí)、工程特點(diǎn)及性質(zhì)、氣候條件、交通組成和材料品種等因素，通過(guò)對(duì)大體相當(dāng)?shù)墓こ淌褂们闆r進(jìn)行調(diào)查研究后調(diào)整確定。

1.2 材料選擇與準(zhǔn)備

配合比設(shè)計(jì)的礦料選擇應(yīng)按《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42－2005)規(guī)定的方法，從工程實(shí)際使用的材料中采集具有代表性的樣品;配合比設(shè)計(jì)所用各種材料必須符合氣候交通條件的需要，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行瀝青膠結(jié)料等材料選擇，確保瀝青等級(jí)符合使用地的環(huán)境條件的要求。

蓄鹽類(lèi)材料要結(jié)合當(dāng)?shù)囟鞖鉁?、氣候雨水情況，必要時(shí)要對(duì)蓄鹽類(lèi)材料進(jìn)行必須的材料性能及混合料的性能試驗(yàn)確定，同時(shí)確定蓄鹽類(lèi)材料的填充系數(shù)ω。

1.3 礦料配合比設(shè)計(jì)

礦料配合比設(shè)計(jì)計(jì)算借助電子表格用試配法進(jìn)行，礦料級(jí)配曲線的繪制應(yīng)采用泰勒曲線的標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)法，其指數(shù)n =0.45，縱坐標(biāo)為普通坐標(biāo)。

對(duì)于SMA 路面的級(jí)配范圍可直接采用規(guī)范規(guī)定范圍。對(duì)于SMA 混合料，公稱(chēng)最大粒徑≤9.5 mm 的，以2.36 mm作為粗集料骨架的分界篩孔;公稱(chēng)最大粒徑≥13.2 mm 的，以4.75 mm 作為粗集料骨架的分界篩孔。

1.4 初試級(jí)配中設(shè)計(jì)級(jí)配的確定

在工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍內(nèi)，調(diào)整各種礦料比例設(shè)計(jì)三種不同初試級(jí)配，三種級(jí)配的粗集料骨架分界篩孔的通過(guò)率處于級(jí)配范圍中值、中值±3%附近，礦粉質(zhì)量可占10%左右。

(1)集料合成毛體積密度、合成表觀相對(duì)密度及有效相對(duì)密度計(jì)算

分別計(jì)算初試級(jí)配的γsb(合成毛體積相對(duì)密度)、γsa(合成表觀相對(duì)密度)、γse(有效相對(duì)密度)，計(jì)算相應(yīng)密度參數(shù)時(shí)均應(yīng)考慮蓄鹽類(lèi)材料對(duì)其的影響，即按照確定填充系數(shù)考慮蓄鹽類(lèi)材料在混合料中的作用?；竟饺缦?/p>

式中:γsb1和γsb2分別表示:不考慮和考慮蓄鹽類(lèi)材料充填系數(shù)、將蓄鹽材料當(dāng)作礦質(zhì)集料時(shí)集料的合成毛體積密度;p1、p2、p3……pn為各種礦料成分的配合比，其和為100;γ1、γ2、γ3……γn為各種礦料的毛體積相對(duì)密度;W1為蓄鹽類(lèi)材料所占比例，其由蓄鹽類(lèi)材料外摻比例W 換算出;γ 為蓄鹽類(lèi)材料的毛體積密度。

類(lèi)似地，我們可以計(jì)算出蓄鹽類(lèi)材料合成表觀密度γsa1、γsa2。

式中:γsa1和γsa2分別表示:不考慮和考慮蓄鹽類(lèi)材料充填系數(shù)、將蓄鹽材料當(dāng)作礦質(zhì)集料時(shí)集料的合成表觀密度;β1、β2、……βn為各種礦料的表觀相對(duì)密度;γ 為蓄鹽類(lèi)材料的表觀密度。

礦質(zhì)集料的合成有效相對(duì)密度直接由礦料的合成毛體積密度與合成表觀密度計(jì)算公式如下(其中瀝青吸收系數(shù)C值根據(jù)材料的吸水率求得)

式中:γse1和γse2分別表示為不考慮和考慮蓄鹽類(lèi)材料充填系數(shù)ω 時(shí)，合成礦料的有效相對(duì)密度;γsb1、γsb2為礦料的合成毛體積相對(duì)密度，按上述公式計(jì)算;γsa1、γsa2為礦料的合成表觀相對(duì)密度，按上述公式計(jì)算。

由于蓄鹽類(lèi)材料易溶于水，在試驗(yàn)過(guò)程中，不管是采用改性瀝青還是普通道路石油瀝青，我們均建議采用計(jì)算法確定瀝青混合料的最大理論密度。

(2)初試瀝青用量的確定

分別按公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范式C.3.3 及式C.3.4 計(jì)算各個(gè)初試級(jí)配的γCA及VCADRC。按規(guī)范的方法確定預(yù)估新建工程SMA 混合料的適宜的油石比，由于蓄鹽類(lèi)材料有一定的吸油性，可以適當(dāng)提高油石比0.1%～0.2%，以此作為初試級(jí)配成型馬歇爾試件的油石比。

(3)理論密度的計(jì)算

計(jì)算初試級(jí)配不同瀝青用量下蓄鹽類(lèi)瀝青混合料的最大理論密度，其中纖維部分的比例不得忽略。理論密度計(jì)算式如下

式中:ρ1和ρ2分別表示:不考慮和考慮蓄鹽類(lèi)材料充填系數(shù)時(shí)，瀝青混合料的最大理論密度;Pa為瀝青混合料的油石比，%;γa為瀝青結(jié)合料的表觀相對(duì)密度;px為纖維用量，以瀝青混合料總量的%表示;γx為纖給穩(wěn)定劑的密度;ω 為蓄鹽類(lèi)材料的填充系數(shù);γ 為蓄鹽類(lèi)材料的密度;W1為蓄鹽類(lèi)材料占集料百分比，由外摻比例W 換算出。

(4)瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)的計(jì)算

拌制預(yù)估瀝青用量的瀝青混合料，成型馬歇爾試件，測(cè)定壓實(shí)瀝青混合料試件的毛體積密度相對(duì)密度γf，按最大理論密度ρ1、ρ2計(jì)算初試級(jí)配瀝青混合料試驗(yàn)空隙率及使用空隙率，計(jì)算初試級(jí)配瀝青混合料的其它體積指標(biāo)VMA、VFA 及VCAmix等。

(5)初試級(jí)配中設(shè)計(jì)級(jí)配的選擇

從3 組初試級(jí)配的試驗(yàn)結(jié)果中選擇設(shè)計(jì)級(jí)配，必須符合VCAmix＜VCADRC及VMA ＞17，當(dāng)有一組以上的級(jí)配同時(shí)符合要求時(shí)，選擇粗集料骨架分界集料通率大且VMA 較大的級(jí)配為設(shè)計(jì)級(jí)配。

1.5 確定設(shè)計(jì)瀝青用量

根據(jù)所選擇的設(shè)計(jì)級(jí)配和初試油石比試驗(yàn)的空隙率結(jié)果，以0.2%～0.4%為間隔，調(diào)整三個(gè)不同的油石比，制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件并進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，檢驗(yàn)穩(wěn)定度和流值是否滿(mǎn)足技術(shù)規(guī)范要求。然后，以瀝青混合料使用空隙率為主要控制指標(biāo)，依據(jù)期望設(shè)計(jì)空隙率，確定最佳油石比。通常情況下并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值，空隙率應(yīng)在3%～4.5%之間，試驗(yàn)空隙率在2%～3%之間，其余的VMA、VFA 指標(biāo)滿(mǎn)足規(guī)范要求，同時(shí)要求VCAmix＜VCADRC。

1.6 設(shè)計(jì)配合比的檢驗(yàn)

根據(jù)確定的級(jí)配及最佳油石比，按規(guī)范要求進(jìn)行相應(yīng)的瀝青混合料各項(xiàng)性能檢驗(yàn)，如性能不符合要求，應(yīng)重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

2 蓄鹽類(lèi)瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

本項(xiàng)目采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。見(jiàn)表1。

表1 各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)

3 結(jié) 論

本項(xiàng)目主要采用的是馬歇爾設(shè)計(jì)方法，該方法設(shè)備比較簡(jiǎn)單，綜合考慮了瀝青混合料體積及力學(xué)指標(biāo)，但其成型方法沒(méi)有與路面實(shí)際的作用情況結(jié)合起來(lái)。為此在馬歇爾設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)下，還需要深入開(kāi)展蓄鹽類(lèi)瀝青混合料的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)設(shè)計(jì)方法研究，可分別按設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)成型瀝青混合料，進(jìn)行瀝青混合料的高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性能試驗(yàn)。

［1］公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20－2011)［S］.

［2］張喜艷. 基于混合料性能的級(jí)配設(shè)計(jì)方法及復(fù)合纖維改性瀝青混合料技術(shù)性能研究［D］. 長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.

［3］崔龍錫. 蓄鹽類(lèi)瀝青混合料研究［D］. 重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.

［4］姚曉鵬. 對(duì)改性瀝青SMA 瀝青混凝土路面的施工控制［J］.廣東建材，2011，4(4):43－46.

［5］周擁政. Superflex 改性瀝青混合料的路用性能研究［D］. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.