SMA混合料配合比設計總結

1、SMA混合料配合比設計總結劉積軍 山東省路橋集團有限公司第四分公司摘  要：SMA是近年來使用較多的性能優(yōu)越的瀝青混合料，但其施工工藝要求較高，其配合比設計標準及方法也與普通的熱拌瀝青混合料有較大不同。本文結合工程實例，介紹其配合比設計標準及方法。    關鍵詞：瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)；配合比設計；       1  工程概況   菏關高速公路位于山東省菏澤市，是日照至南洋高速公路的一部分，南北走向的重要交通干道之一。路線全長60多公里，主線路面結構采用30cm石

2、灰、粉煤灰土底基層+14cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+14cm柔性基層（大粒徑瀝青碎石混合料LSM-30）+8cmAC-25 C粗粒式+6cmAC-20C中粒式+4cmSMA-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料結構，橋面鋪裝采用6cmAC-20C+4cmSMA-13結構。    2  SMA混合料性能及組成特點    21   SMA混合料性能    瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種由優(yōu)質瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配粗集料骨架間隙組成的一體混合料，它的

3、最基本組成是碎石骨架和瀝青瑪蹄脂結合料兩大部分，與我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料，如密級配瀝青混合料(AC型)，)，密級配瀝青碎石混合料（ATB），半開級配瀝青碎石混合料(AM)，開級配瀝青碎石混合料（ATPB），開級配排水式磨耗層瀝青混合料(OGFC)相比，都表現(xiàn)出其優(yōu)越性，SMA具有AC的空隙率小，水穩(wěn)定性及耐久性好，AM、ATB的集料嵌擠作用好，高溫抗車轍能力強，OGFC的抗滑性能好等各種特點，同時又克服了AC的高溫穩(wěn)定性能不足，AM及ATB的不耐抗裂、抗老化、抗水損害性能差的缺點，因而是一種比較理想的混合料結構。    22  SMA結構特點

4、60;   2.2.1礦料是間斷級配，粗集料占到70以上，粗集料顆粒之間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也不會減小，因而有較強的高溫抗車轍能力。    2.2.2 SMA使用礦粉多(812)，瀝青多(油石比5565，比密級配瀝青混合料大1左右)，又使用纖維作穩(wěn)定劑，由此組成的瀝青瑪蹄脂有較好的粘結作用，它的韌性和柔性使混合料有較好的低溫抗裂性能。   2.2.3 SMA混合料的內部空隙率很小(4左右)，混合料滲水很少，幾乎不滲水

5、，水穩(wěn)定性能較好。    2.2.4 SMA要求采用堅硬、耐磨的石料，礦料為間斷級配，粗集料含量高，路面壓實后表面形成大的空隙，構造深度大，抗滑性能提高。    2.2.5 SMA混合料內部被瀝青瑪蹄脂充分填充，空隙率小，瀝青與空氣接觸少，因而瀝青混合料的耐老化性能好。 由于SMA具有以上的結構特點，使其各種性能都大大提高，減少了維修和養(yǎng)護費用，延長使用壽命，盡管初期投資有所增加，但總體上仍將產生重大的經濟效益。    3  SMA-13配合比設計方法    31&

6、#160; 設計原則    3.1.1 SMA混合料的配合比設計，遵循現(xiàn)行規(guī)范關于SMA混合料配合比設計的目標配合比、生產配合比及試拌試鋪驗證的三個階段，確定礦料級配及最佳瀝青用量。    3.1.2 SMA配合比設計采用馬歇爾試件體積設計方法：必須具有互相嵌擠緊密的粗集料骨架，馬歇爾試件的VCAmix必須小于搗實狀態(tài)下的粗集料骨架間隙率VCADRc；填充在SMA的粗集料骨架間隙中的瀝青混合料應符合最小瀝青用量的要求，馬歇爾試件的空隙率必須在要求的范圍內。    32  設計標準 &#

7、160;  3.2.1 SMA-13礦料級配采用間斷級配，其級配范圍應符合表1要求。 表1  SMA-13混合料礦料級配范圍篩孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001007534262420161512下限1009050201514121098中值1009562.52720.51916131210    3.2.2 SMA配合比設計，應符合表2要求。    3.2.3 SMA設計配合比檢驗，應符合表3各項指標的要求，試驗方法按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(J

8、TJ 052-2000)的規(guī)定進行。  表2  SMA馬歇爾試驗配合比設計技術要求試驗項目單位技術要求試驗方法不使用改性瀝青使用改性瀝青馬歇爾試件尺寸mm101.6mm*63.5mmT0702馬歇爾試件擊實次數兩面擊實75次T0702空隙率VV%4-4.5T0705礦料間隙率VMA,不小于%17.0T0705粗集料骨架間隙率VCAmix,不大于VCAdrcT0705瀝青飽和度VFA%75-85T0705穩(wěn)定度,不小于KN5.56.0T0709流值mm2-5T0709表3  SMA配合比設計檢驗指標檢驗項目單位技術要求試驗方法不使用改性瀝青使用改性瀝青謝倫堡瀝青析漏

9、試驗的結合料損失%不大于0.2不大于0.1T0732肯塔堡飛散試驗的混合料損失%不大于20不大于15T0733車轍試驗的動穩(wěn)定度次/mm不小于1500不小于3000T0719水穩(wěn)定性殘留穩(wěn)定度試驗%75以上80以上T0709凍融劈裂試驗殘留強度比%75以上80以上T0729滲水系數Ml/min小于80T0730構造深度mm0.8-1.5T07314  材料    4.1瀝青結合料：全線SMA-13表層瀝青采用5SBS，95加德士基質瀝青改性的瀝青，試驗結果見表4。  表4  加德士5SBS改性瀝青試驗結果試驗項目單位技術要求試驗結果試

10、驗方法針入度(25,100g,5s)0.1mm30-6053.2T0604針入度指數PI00.27T0604延度(5,5cm/min)cm2027.6T0605軟化點,TRB6076.2T0606運動粘度135Pa.s32.30T0603閃點(COC)230330T0611 溶解度%9999.98T0607離析,48h軟化點差2.50.6T0606彈性恢復(25)%7089T0605TFOT(或RTFOT) 后殘留物質量變化%±1.00.10T0610或T0609針入度比(25)%6579.8T0604延度(25)cm1518.1T0610    4.2

11、粗集料：SMA采用的粗集料應采用質地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體，有良好的嵌擠能力的破碎集料，全線均采用山東章丘、沂水圈里產的玄武巖石料，規(guī)格為510mm、1016mm其技術性能見表5。表5  章丘玄武巖碎石技術性能指標技術要求試驗結果試驗方法石料壓碎值（%）不大于266.5T0316洛杉磯磨耗損失（%）不大于288.4T0317表觀相對密度不小于2.62.824T0304吸水率（%）不大于2.01.16T0304與瀝青粘附性不小于45級T0616堅固性(%)不大于120.8T0314針片狀(%)不大于1514.6T0312水洗法小于0.075顆粒含量(%)不大于10.6T0310

12、軟石含量(%)不大于32T0320石料磨光值(PSV)不小于4045T0321具有一定破碎面的顆粒含量(%)不小于100100T0346      4.3細集料：采用章丘玄武巖軋制的機制砂，具有良好的棱角性和嵌擠功能，可以明顯提高混合料的高溫穩(wěn)定性，試驗結果見表6。 表6  SMA面層用細集料質量技術性能指標技術要求試驗結果試驗方法表觀相對密度不小于2.52.810T0328堅固性(0.3mm部分)(%)不小于1214.5T0340砂當量(%)不小于6071.4T0334     4.4 填料：

13、采用山東嘉祥石灰?guī)r磨細的礦粉為了為了增強集料與瀝青的粘附興礦粉種摻加15%的生石灰粉，其技術性能見表7。表7  SMA面層用礦粉技術性能   指標技術要求試驗結果試驗方法表觀相對密度不小于2.52.711T0352含水量(%)不大于10.8T0103烘干法粒度范圍0.6100100T03510.1590-10090.3T03510.07575-10077.1T0351外觀無團粒結塊無團粒結塊親水系數(%)不大于10.88T0353       4.5 纖維穩(wěn)定劑：采用日照宏祥產木質素纖維，用量為瀝青混合料

14、總量03，其技術性能見表8。    表8  木質素纖維質量技術性能項目單位技術指標試驗結果纖維長度,不大于mm6小于6.0灰分含量%18±520.86%PH值7.5±1.07.9吸油率,不小于纖維質量的5倍5.48倍含水率(以質量計),小于%54.035 目標配合比設計  5.1 目標配合比設計，按圖1步驟進行。 材料選擇材料試驗粗集料、細集料、礦粉改性瀝青選擇初始級配測定粗集料的VCADRC纖維穩(wěn)定劑以4.75mm通過率為關鍵性篩孔,選用中值及中值±3%3個檔次,設計三組級配選擇初始瀝青用量，制作馬歇爾試件分析V

15、MA、VCA等，確定設計級配對設計級配變化瀝青用量制作馬歇爾試件進行馬歇爾試驗檢驗體積指標及力學指標進行各種配合比設計檢驗，確定配合比不合格不合格不合格圖1  SMA目標配合比設計流程圖    52 按現(xiàn)行試驗規(guī)程規(guī)定的方法精確測定各種原材料的毛體積相對密度，礦粉為表觀相對密度。試驗結果見表9。    53 設計初試級配：    5.3.1 調整各種礦料比例設計3組不同粗細的初試級配，3組級配的475通過率分別為中值，中值±3，其礦粉數量大致相同，使0075通過率為10左右，且合成級配

16、應符合級配范圍的要求。    三組初試級配見表9山東省菏關高速公路工程瀝青馬蹄脂碎石SMA-13礦料級配設計計算表篩孔(%)10-16(%)5-10(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級配3工程設計級配范圍中值下限上限16100 100 100 100 100 100 100 100 10010010013.281.1 100 100 100 100 93.8 93.8 93.8 95901009.51.4 87.5 100 100 100 61.8 62.2 62.6 62.550754.750.6 2.1 96.7 99.7 100

17、 23.1 26.0 29.0 2720342.360.6 1.0 1.2 78.1100 20.0 22.3 24.6 20.515261.180.6 1.0 1.2 56.4100 17.4 19.1 20.7 1914240.60.6 1.0 1.2 34.9100 14.8 15.9 16.9 1612200.30.6 1.0 1.2 24.799.2 13.5 14.2 15.0 1310160.150.6 1.0 1.2 15.690.5 11.6 12.0 12.4 129150.0750.5 0.8 0.8 5.776.0 8.8 9.0 9.1 10812配合比1334501

18、210100 配合比2334201510100 優(yōu)選配合比3333901810100 4823.1932.7542.0161.4721.0770.7950.5820.4260.312000000000000SMA-13礦料級配設計曲線圖最大密度線 工程級配設計范圍 級配 級配 級配 0.075 0.15 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 圖表9 5.3.2 計算3種初試級配合成集料的毛體積相對密度、合成集料的表觀相對密度、集料的有效相對密度，把每個合成級配中小于475mm的集料篩除，分別測定475以上粗集料的松方毛體積相對密度s，計算出粗集料骨架的

19、松裝間隙率。試驗結果見表10。       為了發(fā)揮SMA混合料粗集料的石一石結構的嵌擠作用，在壓實狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率VCAmix必須小于或等于沒有其他集料、結合料存在時的粗集料集合體在搗實狀態(tài)下的間隙率VCADRC，3種級配粗集料的間隙率VCADRC和松方毛體積密度結果見表10。    5.4 選擇初試瀝青含量，成型馬歇爾試件，根據VMA和VCA確定設計級配。    由于集料的合成毛體積相對密度為2725，根據美國AASHTO規(guī)范建議并結合我國實際經驗，選

20、擇初試瀝青含量60，拌和混合料成型馬歇爾試件，擊實次數為雙面75次，按表干法測定試件的毛體積相對密度Pf，計算試件的空隙率VV、礦料間隙率VMA及粗集料骨架間隙率VCA。    表10  粗集料的間隙率VCADRC和松方密度技術指標初試級配級配1級配2級配3集料的合成毛體積相對密度sb272527252725集料的合成表觀相對密度sa281428142814集料的有效相對密度se278227822782粗集料的間隙率VCADRC471346924656粗集料骨架混合料的平均毛體積相對密度CA272927302730475mm以上粗集料的松方毛體積相對密度

21、s144314491459表11 SMA-13混合料體積指標技術指標初試級配級配1級配2級配3毛體積相對密度f236824072423最大理論相對密度t252025202520空隙率VV（%）604538礦料間隙率VMA（%）183170164VCAmix332734763698     由表11可見，3種級配中VCAmix均能滿足小于VCADRC的要求，級配3VMA<17，故選擇475通過率較適合的級配2為設計級配。    5.6 調整瀝青用量成型馬歇爾試件，根據空隙率VV確定設計瀝青含量為60，目標空隙率

22、控制在4-4.5之間(表12)。 表12  SMA-13混合料體積指標瀝青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix5.72.3902.5205.116.935.26.02.3962.5094.516.935.06.22.3942.5014.317.235.1由于5.7%的瀝青含量的混合料空隙率.間隙率不合格,6.0%瀝青含量的混合料間隙率不合格,故選6.2%的瀝青含量為最佳瀝青含量5.7 SMA配合比設計檢驗：    采用級配2，瀝青含量62拌和SMA混合料，對其各項性能進行檢驗，結果見表13。表13  SMA-13目標配合比

23、設計檢驗結果試驗項目技術要求試驗結果試驗方法謝倫堡瀝青析漏試驗不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗(%)159T0733-2000低溫彎曲試驗不小于300019526TO715-1993滲水試驗(ml/min)20012.35T0730-2000凍融劈裂強度比(%)8091.36T0729-2000        6  生產配合比設計    6.1 按目標配合比確定的礦料配合比上料，經拌和機(日工3000型

24、)振動篩二次篩分后，取熱料倉1(03mm)，2(35mm)， (1118mm)材料進行篩分，結果見表l4。    6.2 根據熱料倉篩分結果，進行生產配合比設計，設計3組礦料級配，纖維0.3%、瀝青含量6.2%，在拌和機上試拌進行抽提試驗，試驗結果見表15。分析試驗結果，確定配合比為級配2 6.3 根據生產配合比確定的礦料級配，采用62瀝青含量，纖維用量03， SBS改性瀝青，進行生產配合比設計，抽提試驗、馬歇爾試驗結果見表16，表17。 表15 抽提試驗結果篩孔161329547523611806030150075級配1100956691291244203157

25、13210982級配210092863525221919152131185級配31009246262520618115113211488表16 生產配合比抽提試驗結果篩孔161329547523611806030150075通過率（%）10094662227622819015513211092表17 生產配合比馬歇爾試驗結果瀝青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix622412251942175368 表14  SMA-13生產配合比設計礦料級配SMA-13礦料級配設計計算表篩孔(%)12-18(%)5-12(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級

26、配3工程設計級配范圍中值下限上限16100 100 100 100 100 100 100 100 10010010013.283.0 99 100 100 100 94.7 94.9 94.4 95901009.55.6 81.6 100 100 100 64.0 64.7 62.5 62.550754.750.9 8.3 80.0 100 100 28.2 28.2 28.0 2720342.360.5 0.3 9.7 91.2 100 23.1 23.1 23.1 20.515261.180.1 0.2 7.0 64.3 100 19.5 19.5 19.5 1914240.60.1 0

27、.2 4.741.0 100 16.5 16.5 16.5 1612200.30.1 0.2 3.731.8 99.0 15.1 15.1 15.1 1310160.150.1 0.2 3.123.2 91.2 13.2 13.2 13.2 129150.0750.1 0.2 2.210.9 77.3 10.0 10.0 10.0 10812配合比1294701311100 配合比2284801311100 配合比3314501311100 工程級配設計范圍 最大密度線      表18  SMA-13生產配合比設計檢驗結果試驗項目技術要求試驗

28、結果試驗方法謝倫堡瀝青析漏試驗(%)不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗(%)159T0733-2000低溫彎曲試驗不小于300019526TO715-1993滲水試驗(ml/min)20012.35T0730-2000凍融劈裂強度比(%)8091.36T0729-2000    7  試驗段混合料質量檢驗    根據生產配合設計確定的礦料比例：碎石1016：碎石510：碎石03：礦粉33：42：15：10，瀝青含量62，采用日工3000型瀝青混合料拌和機生產，每盤拌和容量為3噸，拌和過程逐盤打印各個料倉的材料用量、礦料及瀝青溫度。試鋪過程中，現(xiàn)場抽樣按試驗規(guī)程JTJ 052-2000進行抽提篩分、馬歇爾試驗及車轍試驗、瀝青析漏試