SMA配合比解析

1、SMASMA配合比設(shè)計我國對SMA的研究起步較晚，經(jīng)驗也不算豐富。在參考國外的方法，和我國自己設(shè)計的一些著名的工程經(jīng)驗，其配合比設(shè)計流程如下圖：圖41配合比設(shè)計流程圖4.1SMA混合料設(shè)計要求4.1.1集料最大粒徑與層厚集料最大粒徑(Maximumsizeofaggregate)指集料的100%都要求通過的最小的標準篩孔尺寸。集料的公稱最大粒徑（Normalmaximumsizeofaggregate指集料可能全部通過或允許有少量不通過（一般容許篩余不超過10%）的最小標準篩孔尺寸。通常比集料最大粒徑小一個粒徑。影響公稱最大粒徑的選擇的最主要因素是粒徑和壓實厚度的匹配。鋪筑SMA的壓實厚度不得

2、小于集料公稱最大粒徑的2.5倍。公稱最大粒徑是16mm,即是SMA-16。因此，根據(jù)規(guī)范要求的適用的厚度是3040mm間。在實驗時我們選擇30mm。4.1.2空隙率空隙率是設(shè)計中最重要的設(shè)計指標。空隙率低于3%的SMA路面出現(xiàn)永久變形的概率要高些。根據(jù)規(guī)范的要求空隙率在3%4%，選才?3%。表4-1設(shè)計要求指標指標規(guī)范要求設(shè)計要求粒徑（mm）16空隙率（%）343層厚（mm）3040304.2礦料級配設(shè)計對任何一種混合料，礦料級配都是最重要的因素。如下表是我國規(guī)范給出的不同粒徑的SMA礦料級配建議范圍：表4-2我國規(guī)范的SMAT料級配建議范圍如孔尺寸（mm）規(guī)格26.5191613.29.54

3、.752.361.180.60.30.150.075SMA-19100901007292628240551830132212201016914813812SMA-1610090l006585456520321524142212181015914812SMA-1310090l00507520341526142412201016915812SMA-101009010028602032142612221018916813初試礦料級配的配合比設(shè)計步驟:(1)以4.75mm(公稱最大粒徑09.5mm時，為2.36mm)通過率為關(guān)鍵性篩孔，選用中值及中值土4%還包才S一個S型級配曲線，共4個檔次。級配乙是

4、中值，級配丁是S型曲線，甲、乙、丙、丁四個級配4.75mm的篩孔通過率分別為30%26%22%28%。表4-3選擇的幾組初試級配篩孔(mm0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.19范圍SMA-16812914101512181422152420324565658590100100級配甲Pi10131417202430577797100A90878683807670432330ai31334627202030級配乙Pi1011.512.5151819.526557595100A9088.587.5858280.574452550ai1.512.531.56.5

5、29202050級配丙Pi10121314161822557492100A90888786848278452680ai21122433191880級配丁Pi1091113141528607695100A90918987868572402450ai122111332161950注：P1過百分率，;Ai：累計篩余百分率，；a分計篩余百分率，。各個礦料級配和上下限的級配曲線如下:(2)根據(jù)試驗規(guī)程公路工程集料試驗規(guī)程測得各個篩孔的毛體積相對密度和表觀相對密度，原始數(shù)據(jù)如表4-4表4-4毛體積密度和表觀密度測定數(shù)據(jù)篩孔尺寸礦粉0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216毛體

6、積相對密度pb一2.7272.6092.6092.7272.7332.6332.5922.5792.6762.635表觀相對密度Pa2.6292.6992.7222.752.746合 成 毛體 積 相對密度Psb級配甲2.619級配乙2.614級配丙2.616級配丁2.604合 成 表觀 相 對密度psa級配甲2.705級配乙2.703級配丙2.706級配丁2.697(3)計算集料的有效相對密度pse篩分曲線0.0750.150.30.61,182.364.759.513.21619篩孔尺寸（mm率分百過通(4)計算粗集料的毛體積平均相對密度pCA(5)測定大于4.75mm的粗集料松方毛體積密

7、度pS、干搗實空隙率VCADRC(6)測定瀝青pa和纖維穩(wěn)定劑的密度px為了充分發(fā)揮SMA混合料粗集料的石-石結(jié)構(gòu)的嵌擠作用，在壓實狀態(tài)下瀝青混合料中粗集料骨架間隙率VCAMIX必須等于或小于沒有其他集料、結(jié)合料存在時的粗集料集合體在搗實狀態(tài)下的間隙率VCADRCO如果做不到這一點，粗集料的嵌擠作用就不能形成。因此這是一個鑒別粗集料能否實現(xiàn)嵌擠的基本條件。4.3SMA的體積結(jié)構(gòu)參數(shù)4.3.1粗集料骨架間隙率VCA粗集料骨架間隙率是指粗集料實體之外的空間體積占整個試件體積的百分率，用于評價按照嵌擠原則設(shè)計的骨架型瀝青混合料的體積特征，主要用于SMA混合料或OGFC混合料的組成設(shè)計。(1)搗實狀態(tài)

8、下粗集料骨架間隙率VCADRC搗實狀態(tài)下粗集料骨架間隙率是將4.75mm(或2.36mm)以上的干燥粗集料按照規(guī)定條件在容量筒中搗實，所形成的粗集料骨架實體以外的空間體積占容量簡體積的百分率，按式(4-1)計算。：sVCADRC=(1一片/100%(4-1)-ca式中：VCADRC搗實狀態(tài)下粗集料骨架間隙率，;Ps搗實法測定的粗集料骨架的松方毛體積密度，g/cm3;Pa粗集料的平土毛體積密度，g/cm3。(2)瀝青混合料試件的粗集料間隙率VCAmix壓實瀝青混合料試件內(nèi)粗集料骨架以外的體積占整個試件體積的百分率，按式(4-2)計算。對于SMA-16和SMA-13,粗集料通常是指粒徑4.75mm

9、的粗集料；對于SMA-10粗集料是指粒徑2.36mm的粗集料。VCAmin=1-bcaX100%(4-2)PX、P.cawy式中：VCAmix瀝青混合料粗集料骨架間隙率，%；Pca瀝青混合料中粒徑4.75mm(或2.36mm)的粗集料比例，%;Pca粗集料的平均毛體積密度，g/cm3;：b瀝青混合料實測毛體積密度，g/cm3;Pw水的密度，約為1g/cm3。SMA是按照骨架嵌擠原則設(shè)計的，為了充分發(fā)揮SMA中粗集料石-石骨架的嵌擠作用，在壓實狀態(tài)下，瀝青混合料中的粗集料間隙率VCAmix必須滿足式(4-3)的要求。粗集料骨架間隙率VCADRC能否大于瀝青混合料骨架間隙率VCAmix是檢驗粗集料

10、能否形成嵌擠骨架的關(guān)鍵。 當不能滿足式(4-3)的條件時， 混合料的粗集料骨架實際上是被所填充瀝青瑪蹄脂撐開了，表明在混合料中或者瀝青瑪蹄脂過多、或者粗集料骨架間隙過小。所以，粗集料間隙率VCAmix實際上控制了SMA混合料中瀝青瑪蹄脂的總體積。VCAmixWVCADRC(4-3)式中：VCAmix壓實狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料間隙率，%；VCADRC搗實狀態(tài)下粗集料骨架間隙率，%。4.3.2馬歇爾試件的體積參數(shù)(1)混合料理論最大相對密度pt100PaPXrrPPP-se-a-X式中：Pa瀝青混合料的油石比，%;Px纖維用量，以礦料質(zhì)量的百分數(shù)計，;pse礦料的有效相對密度，無綱量；pa瀝青

11、的相對密度(25C/25C),無綱量；Px纖維穩(wěn)定劑的密度，g/cm3,由供貨商提供或是由比重瓶法實測得到。(2)空隙率VV(3)混合料的礦料間隙率VMA100PaPx7t(4-4)VV=1P Pt tJ100(4-5)VMA=1黑100(4-6)(4)混合料有效瀝青的飽和度(有效瀝青含量占VMAVMA-VVVFA=100的體積比例)VFA式中：pfPtPs-VMA-測定的試件的毛體積相對密度，無綱量；-瀝青混合料的最大理論相對密度，無綱量；各種礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的百分數(shù)之和，即(4-7)Ps=100-Pb%;psb礦料的合成毛體積相對密度SMA混合料配合比設(shè)計馬歇爾試驗規(guī)范要求表4-5S

12、MA混合料的物理力學性能指標和技術(shù)要求技術(shù)指標技術(shù)要求使用非改性WT使用改性瀝青配合比設(shè)計馬歇爾試驗指標馬歇爾試件擊實次數(shù)兩向各擊實50次空隙率VV(%)341礦料間隙率VMA(%)集料的最大公稱尺寸(mm)9.517.513.217.01616.51916.0混合料粗集料間隙率VCAmix,(%)5.56.0流值(0.1mm)20502050配合比設(shè)計檢驗指標謝倫堡瀝青析漏量()0.200.10肯塔堡飛散損失量(20C)(%)15003000水穩(wěn)定性檢驗殘留穩(wěn)定度(%)7580凍融劈裂強度比(%)7580滲水系數(shù)(mL/mix)80注：1對于高溫穩(wěn)定性要求較高的重交通路段或炎熱地區(qū)，設(shè)計空隙

13、率取高限，也可放寬到4.5%;VFA允許放寬到70%。選擇初試級配(1)計算每組級配集料的合成毛體積相對密度Psb合成表觀相對密度psa(2)測定粗集料骨架部分的集料間隙率VACDRC、粗集料平均相對密度Ps(3)計算合成礦料的有效相對密度psePse=C%a1-ClbC0.0332X-0.2936X+0.9339CL)x(4)將四個級配的選擇一個經(jīng)驗的油石比作成馬歇爾試件各四個進行馬歇爾試驗，通過馬歇爾體積參數(shù)、穩(wěn)定度和流值來選擇最佳設(shè)計級配。表4-6表是各個級配的馬歇爾體積參數(shù)實測數(shù)據(jù)。表4-6SMA混合料馬歇爾試驗數(shù)據(jù)級配4.75mm通過率(%試件密度Pf(g/cm3)理論最大密度Pt(

14、g/cm3)空隙率VV(%)礦料間隙率VMA(%)搗 實 狀 態(tài) 下的 粗 集 料 間隙率VCA)RC(%)穩(wěn)定度MS(kN)流值FL(0.1mm混合料粗集 料 間 隙率VCAIIX瀝青有效飽和度VFA(%甲302.3752.4493.014.4537.406.126.036.3979乙262.3642.4463.414.6838.405.050.033.0477丙222.3422.4484.315.5439.135.636.229.2072丁282.3642.4393.114.5939.705.840.834.8879從4組初試級配的試驗結(jié)果中選擇設(shè)計級配時必須符合VCAMIX17%(有些情

15、況可以使其降低到16.5%)這兩個最主要的要求，當有一組以上級配同時符合要求時，以粗集料骨架分界集料通過率較大且VMA較大的級配為設(shè)計級配，從而得出滿足的一組級配是：丙組。確定最佳瀝青用量按確定的最佳級配-級配丙，再根據(jù)經(jīng)驗和查資料選擇一個恰當?shù)挠褪?，由于在初試級配是使?.0%的油石比，但是在試驗過程中發(fā)現(xiàn)VV偏大，因此有必要調(diào)整初試油石比為5.8%。改變?yōu)r青含量分別按0.2%0.4%變化的幅度來選擇油石比6.2%、5.8%、5.4%。按照這三個油石比做12個馬歇爾試件，9個用來測穩(wěn)定度和流值，其他三個用來測理論最大相對密度，由此可以根據(jù)空隙率要求確定(4-8)100式中：pseCpsbp

16、sa一礦料的有效相對密度；合成礦料的瀝青吸收系數(shù)，可以按礦料的合成吸水率求出;合成礦料的吸水率，%；一礦料合成毛體積相對密度，無綱量；一礦料合成表觀相對密度，無綱量。最佳瀝青用量馬歇爾試驗的結(jié)果必須符合SMA混合料的實際技術(shù)要求。表4-7不同油石比SMA昆合料馬歇爾試驗數(shù)據(jù)油石比(為理論最大密度pt(g/cm3)實測密度pf,3、(g/cm)穩(wěn)定度MS(kN)流值FL(0.1mm)礦料間隙率VMA(%)瀝青飽和度VFA(%)混合料粗集料間隙率VCAmix(%)空隙率VV(%)5.42.4642.3636.057.014.672.029.44.15.82.4512.3755.621.014.47

17、8.631.23.16.22.4392.3764.518.014.882.732.52.6馬歇爾試驗結(jié)果曲線如下圖所示:SMA配合比設(shè)計檢驗SMA1標配合比設(shè)計完成后，進行設(shè)計的檢驗，其技術(shù)標準如下表:圖43根據(jù)試驗結(jié)果，由期望的設(shè)計空隙率此油石比也滿足規(guī)范的要求。馬歇爾實驗結(jié)果曲3%,可以確定OAC=5.7%作為最佳油石比。油石比6,26,2另 4 4J3題盤 2 25.45.5.B B油石比 d)d)各項指標不使用改性WT改性瀝青配合比設(shè)計檢驗指標謝倫堡瀝青析漏量(%)0.200.10肯塔堡飛散損失量(20C)(%)10003000水穩(wěn)定性檢驗殘留穩(wěn)定度(%)7580凍融劈裂強度比(%)7

18、580滲水系數(shù)(mL/mix)30000.18080從表上可以看出試驗結(jié)果滿足設(shè)計規(guī)范要求試驗結(jié)果分析原因分析在進行試驗的整個過程中存在以下一些問題：(1)在測定集料的表觀相對密度和毛體積相對密度時，由于實驗儀器的不完善，導致實驗數(shù)據(jù)的精確度不高。(2)由于使用的集料質(zhì)量不好，含有大量的針片狀。這對本次試驗有很大的影響。因為在配合比設(shè)計的過程中，進行馬歇爾試驗測得的數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)礦料間隙率(VMA)未達到標準，對此分析各種原因，首先調(diào)整級配后，仍然能達到標準，這排除了是級配不合理這種因素；隨后發(fā)現(xiàn)，成型好的試件表面有擊碎的情況，但是我們進行擊實試驗測壓碎值得到要求的。這就說明是集料問題，另外可能是擊實時溫度的因素。因為在擊實成型后的馬歇爾試件內(nèi)部和表面的集料有擊碎的情況。(3)在混合料的拌和過程中，由于試驗設(shè)備有限等問題，集料的溫度控制和成型時的溫度控制不嚴格情況。(4)在進行凍融劈裂試驗時由于缺乏真空干燥箱而不能進行真空抽吸空氣，從而沒有達