【技术】浅谈SMA改性沥青混合料配合比的设计
作者：南阳通途公路勘察设计有限公司 张朝勋 崔龙飞
摘要：SMA路面集中了AC路面的空隙率小、水稳定性及耐久性好和AM路面的集料嵌挤作用好、高温抗车辙能力强，以及AK路面抗滑性能等优点，同时克服了AC路面的高温稳定性能不足、AM及AK的不耐裂、老化、抗水损坏性能差的特点。本文就SMA沥青混合料的配合比设计问题进行了探析，为今后SMA沥青混合料更好的应用于工程实践提供了依据。
关键词：SMA改性；沥青混合料；配合比设计
SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青玛𤧛脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。它是由足够的沥青结合料和具有相当劲度的沥青玛𤧛脂胶浆填充在粗集料形成的石—石嵌挤结构的空隙中形成的。因此，它具有抗高温、低温稳定性，良好的水稳定性，良好的耐久性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好）。SMA路面耐久性好，故养护工作少，使用寿命长，综合经济效益和环境效益好。
1.目标配合比设计
1.1原材料
1）沥青采用SBS改性沥青。沥青试验项目包括：针入度（25℃，100g，5S）、延度（5cm/min，5℃）、软化点（环球法）、相对密度（15℃），试验结果见目标配合比。2）矿料。按目标配合比的级配情况设定冷料仓进料比例经加热后二次筛分为1#-4#仓热料。二次筛分后的热料试验项目包括：热料密度、水洗法筛分。3）矿粉采用洪泽九牛水泥厂生产矿粉，试验项目包括：水洗法筛分、密度、亲水系数、含水量等。4）纤维。纤维为德国艾克赛纤维有限公司生产的松散木质素纤维（掺量为沥青混合料总质量的0.3%）。5）抗剥落剂。抗剥落剂为扬中文昌产抗剥落剂（掺量为沥青混合料中沥青用量的0.4%）。沥青、热料、矿粉及纤维等原材料各项试验结果均能符合公路沥青路面施工技术规范要求。
1.2各热料仓矿料和矿粉的确定
从二次筛分后进入各热料仓的矿料取代表性矿料进行筛分，根据筛分结果，求解出各热料仓及矿粉的掺配比例，使矿质混合料的级配接近目标配合比级配，掺配组成生产配合比级配，同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料平衡，级配计算图见表1所示。
表1 SMA-13上面层生产配合比合成级配图
|
筛孔 |
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
1#料 |
33.0 |
25.0 |
2.3 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
|
2#料 |
38.0 |
38.0 |
29.8 |
0.8 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
3#料 |
6.0 |
6.0 |
5.7 |
3.2 |
0.1 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
4#料 |
13.0 |
13.0 |
13.0 |
12.9 |
11.8 |
8.9 |
6.0 |
3.1 |
1.4 |
0.6 |
|
矿粉 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
9.6 |
9.1 |
|
组合级配 |
100 |
92.0 |
60.8 |
26.9 |
22.1 |
19.1 |
16.2 |
13.3 |
11.3 |
10.0 |
1.3确定最佳油石比
根据已确定的生产配合比级配，并以沥青混合料的0.3%添加木质素纤维，混合料沥青用量的0.4%掺加抗剥落剂，取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.3%三个油石比，用试验室的小型拌合机拌制沥青混合料进行马歇尔试验（其试验方法同目标配合比）。冷却至室温后脱模测定不同油石比沥青混合料的γf、马歇尔稳定度及流值。从试验结果来看6.1%油石比的沥青混合料VV、VMA、VCAmix、VFA、稳定度及流值均满足指导意见要求，确定最佳油石比为6.1%。
2.生产配合比设计
2.1沥青拌和楼流量试验
采用德基DG4000沥青拌和楼，最大产量320t/h，根据SMA-13S目标配合比级配及原材料情况确定拌和楼热料仓筛孔尺寸为：16、12、8、3，热料经二次筛分后分为：1#仓12-16、2#仓 8-12、3#仓 3-8、4#仓 0-3四个仓。设定各档冷料转速为5r/min，固定产量增幅为0%，1#-4#料分别送料5分钟，热料经过二次筛分后记录1#-4#仓中热料质量，最后算出每档冷料的流量，平行进行两次，取平均值。
2.2各热料仓矿料和矿粉的确定
从二次筛分后进入各热料仓的矿料取代表性矿料进行筛分，根据筛分结果，求解出各热料仓及矿粉的掺配比例，使矿质混合料的级配接近目标配合比级配，掺配组成生产配合比级配，同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料平衡，级配计算图见表2：
表2 SMA-13上面层生产配合比合成级配图
|
1#料 |
33.0 |
25.0 |
2.3 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
|
2#料 |
38.0 |
38.0 |
29.8 |
0.8 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
3#料 |
6.0 |
6.0 |
5.7 |
3.2 |
0.1 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
|
4#料 |
13.0 |
13.0 |
13.0 |
12.9 |
11.8 |
8.9 |
6.0 |
3.1 |
1.4 |
0.6 |
|
矿粉 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
10.0 |
9.6 |
9.1 |
|
组合级配 |
100 |
92.0 |
60.8 |
26.9 |
22.1 |
19.1 |
16.2 |
13.3 |
11.3 |
10.0 |
2.3确定最佳油石比
根据已确定的生产配合比级配，并以沥青混合料的0.3%添加木质素纤维，混合料沥青用量的0.4%掺加抗剥落剂，取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.3%三个油石比，用试验室的小型拌合机拌制沥青混合料进行马歇尔试验（其试验方法同目标配合比）。冷却至室温后脱模测定不同油石比沥青混合料的γf、马歇尔稳定度及流值。
以6.1%的油石比用量制作二组试件进行马歇尔试验，试验测定试件毛体积相对密度、计算最大理论相对密度、空隙率、矿料间隙率、饱和度、稳定度、流值、残留稳定度结果见表3。
表3 沥青混合料浸水马歇尔试验结果
|
油石比(%) |
γf(g/cm3) |
γt(g/cm3) |
VV (%) |
VMA (%) |
VFA (%) |
稳定度(KN) |
流 值(0.1mm) |
残留稳定度(%) |
|
6.1 |
2.483 |
2.590 |
4.1 |
16.9 |
75.7 |
10.72 |
28.1 |
89.6 |
3.结论
验证试验表明6.1%的油石比是较为合理可行的，最后确定SMA-13S沥青上面层的生产配合比为：1#仓：2#仓：3#仓：4#仓：矿粉=33：38：6：13：10，最佳油石比6.1%，木质素纤维掺量为沥青混合料总量的0.3%，抗剥落剂掺量为沥青混和料中沥青用量的0.4%。
欢迎加入行业QQ群：320868765
