SMA生產(chǎn)配合比對(duì)水穩(wěn)定性影響的分析

方云峰，袁雍宸，劉牧?xí)?，杜?/p>

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，南京210088）

1 背景

近幾年我國的高速公路建設(shè)飛速發(fā)展，高速公路里程已到達(dá)世界之巔。交通也顯著增加。然而，調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多高速公路的運(yùn)行范圍在1-2a或早期疾病的范圍內(nèi)[1]。分析了許多早期疾病的損傷現(xiàn)象，如坑、洞、松、麻、?；?、制漿、裂紋等。對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行分析認(rèn)為，瀝青路面早期病害與水直接或間接相關(guān)，是造成瀝青路面早期病害的主要因素之一。

SMA路面結(jié)構(gòu)在中國許多地方都有使用。SMA是一種瀝青混合料，由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量細(xì)骨料組成[2]。在SMA的使用過程中，瀝青路面的水破壞主要是由于水滲入瀝青與集料界面，瀝青薄膜和集料在流動(dòng)水的作用下正在脫落，如何保持其水穩(wěn)定性是一個(gè)廣泛研究的課題[3－4]。因此合理地配備瀝青混合料的生產(chǎn)配合比可以提升SMA的水穩(wěn)定性。為此我們進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步測試。主要內(nèi)容包括：工地驗(yàn)證目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、冷料倉轉(zhuǎn)速比的確定、熱料倉料篩分、生產(chǎn)配合比級(jí)配組合設(shè)計(jì)、瀝青用量的確定等工作。

2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及工地驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

2.1 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果（表1，表2，表3）

2.2 工地驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

在工地現(xiàn)場對(duì)原材料（集料）進(jìn)行了篩分，發(fā)現(xiàn)進(jìn)場的原材料與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)所用原材料在1＃冷料、3＃冷料、4＃冷料的個(gè)別篩孔的合格率存在著偏差。用目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的合成級(jí)配來為目標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，從而保證生產(chǎn)配合比的合成級(jí)配與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)合成級(jí)配的關(guān)鍵篩孔通過率較為接近，驗(yàn)證目標(biāo)配合比結(jié)果見表4、表5、表6。

表1 目標(biāo)配合比各材料比例

表2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配

表3 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

表4 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)所用原材料篩分結(jié)果

表5 原材料（集料）密度試驗(yàn)結(jié)果

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)驗(yàn)證表

3 生產(chǎn)配合比級(jí)配調(diào)試

3.1 熱料倉篩分試驗(yàn)

①拌和樓篩網(wǎng)應(yīng)根據(jù)本項(xiàng)目礦料的級(jí)配及對(duì)該樓和拌的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，樓和拌篩網(wǎng)的尺寸分別為15mm×15mm、10mm×10mm、5mm×5mm、3mm×3mm。

②為了進(jìn)一步保證二次篩分樣品的真實(shí)性和代表性，混合室的混混率與正常生產(chǎn)材料的混合率相同。每個(gè)熱箱單獨(dú)放置，每個(gè)熱箱前的材料被釋放。穩(wěn)定后，取樣品，進(jìn)行樣品篩選，并進(jìn)行密度檢查。調(diào)試結(jié)果如下：

表7 樓和拌各熱料倉料篩分結(jié)果

表8 樓和拌各料倉集料密度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 生產(chǎn)配合比調(diào)試

依據(jù)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)級(jí)配及熱料倉篩分試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了生產(chǎn)配合比級(jí)配組合設(shè)計(jì)，各熱倉料及礦粉用量比例為：

4# 倉：3# 倉：2# 倉：1# 倉：礦粉=32.0%：39.0%：5.0%：14.0%：10.0%。

生產(chǎn)、目標(biāo)配合比級(jí)配對(duì)照如圖1所示。

圖1 目標(biāo)、生產(chǎn)配合比級(jí)配對(duì)照?qǐng)D

4 瀝青用量確定

根據(jù)SMA路面設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)論，其空隙率應(yīng)控制在3～4.5%。如果本次油石比為6.0%時(shí)空隙率應(yīng)為4.1%，其它指標(biāo)（VCA、VMA、飽和度、穩(wěn)定度等）均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 生產(chǎn)配合比性能驗(yàn)證

根據(jù)選定的級(jí)配和油石比成型試件，驗(yàn)證浸水馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果如表9：

表9 試驗(yàn)結(jié)果

以目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的結(jié)論為基礎(chǔ)，對(duì)寧高高速公路改造工程21標(biāo)英國ACP4000型樓和拌進(jìn)行上層改性瀝青SMA-13生產(chǎn)配合比級(jí)配調(diào)試和最佳瀝青用量的確定，并對(duì)其用量進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)的驗(yàn)證，結(jié)果表明在最佳瀝青用量下浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表10。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，建議施工單位進(jìn)行瀝青混合料的試鋪、試拌工作。

表10 熱料倉比例及設(shè)計(jì)瀝青用量

6 SMA在另一種生產(chǎn)配合比下的水穩(wěn)定性

當(dāng)各集料配比為3#倉：2#倉：1#倉：礦粉=32.0%：35.0%：8.0%：14.0%：11.0%時(shí)，即生產(chǎn)、目標(biāo)配合比級(jí)配對(duì)照如圖2。采用同樣的實(shí)驗(yàn)方法再次進(jìn)行浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)，情況如下：

圖2 目標(biāo)、生產(chǎn)配合比級(jí)配對(duì)照?qǐng)D

表11 熱料倉比例及設(shè)計(jì)瀝青用量

在這種配合比下其瀝青用量如下：

根據(jù)SMA路面設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)論，差距率應(yīng)控制在3～4.5%。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取6.1%作為其他指標(biāo)（VMA、VCA、穩(wěn)定性、飽和度等）的設(shè)計(jì)。浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如下：

表12 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

7 結(jié)論

①隨著天然砂含量的增加，瀝青混合料的水分穩(wěn)定性下降，這與天然砂的形成有關(guān)。與機(jī)械砂相比，天然砂的輸送、沖刷、顆粒一般堅(jiān)硬、表面光滑，瀝青的粘附性較差。故隨著天然砂含量的增多，SMA混合料的水穩(wěn)性逐漸下降。

②在相同配合比下隨著石油比的增加，抗水害能力應(yīng)該是逐漸增加的，在最佳石油比的條件下，浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果能達(dá)到最大值，說明具有很好的水穩(wěn)定性，但如果石油比太大，瀝青混合料之間主要依靠自有瀝青相互連接，其水穩(wěn)定性就會(huì)下降，因此，可以得出結(jié)論合理的石油比對(duì)提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性的效果是非常明顯的。