瀝青瑪脂碎石混合料(SMA)配合比設(shè)計(jì)

徐 明 凱

(太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司辰宇公司，山西 太原 030024)

1 概述

2 SMA混合料結(jié)構(gòu)組成分析

2.1 瀝青混合料結(jié)構(gòu)組成

瀝青混合料是道路工程中應(yīng)用十分廣泛的一種施工材料，它是由多種成分材料混合而成的。瀝青混合料的組成通常較為復(fù)雜。一般情況下，研究瀝青混合料時(shí)，主要關(guān)注的是混合料礦顆粒的大小，礦顆粒的相互位置基于瀝青閉合空隙與連通空隙的比值。這些參數(shù)對瀝青混合料的性能有一定影響，是瀝青混合料研究的重點(diǎn)問題。

為此，為了提升瀝青混合料的性能，需要從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，這樣才能從根本上解決瀝青混合料的質(zhì)量問題。尤其是要注意改善礦料與枯結(jié)料相互作用狀態(tài)，讓礦料與枯結(jié)料之間生成化學(xué)鍵，大幅度提高瀝青混合料的強(qiáng)度。通常情況下，膠凝結(jié)構(gòu)是瀝青混合料的基本空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)。此時(shí)，礦料的顆粒通過瀝青薄膜粘結(jié)在一起，瀝青混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在很大程度上取決于混合料的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力。

2.2 瀝青混合料強(qiáng)度

瀝青混合料的強(qiáng)度是實(shí)際工程施工過程中重點(diǎn)需要考慮的性能，用于施工場地的瀝青混合料，必須要達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度要求。只有這樣，工程才能夠保證質(zhì)量。目前，瀝青混合料的強(qiáng)度度量方式主要是基于庫侖的內(nèi)摩擦理論。該理論認(rèn)為：瀝青混合料強(qiáng)度主要取決于兩個(gè)因素，礦質(zhì)顆粒之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力，以及瀝青膠結(jié)料及其與礦料之間的粘結(jié)力和內(nèi)聚力。瀝青混合料中嵌擠力和內(nèi)摩阻力是由礦質(zhì)骨料的尺寸均勻度、顆粒形狀及表面粗糙度所決定的。為了提高瀝青混合料的強(qiáng)度，可以采用較為均勻的礦料，這樣可以增加混合料的嵌擠力和內(nèi)摩阻力。例如，采用有棱角而又表面粗糙的骨料一定會比圓球型表面光滑的骨料的嵌擠力和內(nèi)摩阻力要大得多。

2.3 SMA組成與強(qiáng)度特點(diǎn)

3 SMA混合料對材料的要求

3.1 瀝青結(jié)合料

首先，瀝青結(jié)合料仍然是SMA混合料的主體組成部分。這就要求瀝青結(jié)合料質(zhì)量必須要滿足一定的要求，只有這樣，才能保證SMA的質(zhì)量。瀝青結(jié)合料必須要具備較高的粘度，SMA的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性才能夠得到保證。

其次，SMA中使用的瀝青混合料還要具備一定的稠度。我國道路工程中廣泛應(yīng)用的瀝青混合料包括AH-70,AH-90道路用重交通瀝青、韓國改性瀝青以及殼牌改性瀝青。

最后，從國內(nèi)外對SMA瀝青混合料的研究與使用情況來看，并沒有相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在SMA中一定要使用改性瀝青。但是，通過室內(nèi)馬歇爾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，改性瀝青的使用能夠在一定程度上提升SMA的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

3.2 粗集料

基于SMA的形成機(jī)理，SMA良好高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性是源于SMA中含量較高的粗集料之間的相互嵌擠作用。為此，SMA粗集料對保證SMA的優(yōu)良性能具有十分重要的作用。集料的顆粒形狀、棱角性、石質(zhì)等特征均對粗集料的嵌擠作用有較大的影響。因此，在SMA粗集料的選擇過程中，必須在滿足相關(guān)技術(shù)要求的前提下，盡量選擇抗壓碎值高、堅(jiān)韌性強(qiáng)、棱角分明的優(yōu)質(zhì)石料，此外，還要注意對粗集料扁平顆粒含量的限制，這對SMA的性能影響也較大。在SMA加工與生產(chǎn)過程中，一定要注意堅(jiān)決不能采用顆板式軋石機(jī)進(jìn)行破碎操作，要使用錘擊式或者錐式破碎機(jī)。

目前，在我國道路施工過程中，SMA粗集料的來源通常有兩種：普通的石灰?guī)r和花崗巖配置形成的瀝青混合料?；谑覂?nèi)馬歇爾實(shí)驗(yàn)，該配比的粗集料的性能簡要?dú)w納如下。首先，使用玄武巖的SMA穩(wěn)定性要優(yōu)于使用石灰石的SMA。其次，使用玄武巖后，SMA的動穩(wěn)定性也大幅提升，發(fā)揮了SMA結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。最后，基于石灰石的SMA混合料，優(yōu)于粗集料的質(zhì)地不堅(jiān)硬，不能很好地展現(xiàn)SMA混合料的優(yōu)良性能。

3.3 細(xì)集料

相比粗集料，細(xì)集料在SMA中的占比較少。通常情況下，SMA細(xì)集料的占比不會超過10%。但是，細(xì)集料對SMA的性能影響卻一點(diǎn)也不小。傳統(tǒng)的瀝青混合料中，經(jīng)常采用天然砂作為細(xì)集料。但是，雖然天然砂有較好的耐久性，但是天然砂與瀝青的粘附性往往較差，這對于穩(wěn)定性不是十分有利。此外，天然砂的顆?；旧鲜乔蛐晤w粒，在高溫條件下，不能很好地發(fā)揮SMA的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。如果實(shí)驗(yàn)石屑作為SMA的細(xì)集料，可以很好地解決天然砂的粘附性差的問題，但是石屑中的扁平顆粒含量少，整體強(qiáng)度較差。因此，馬歇爾實(shí)驗(yàn)與實(shí)際工程實(shí)踐結(jié)果均表明，SMA配置過程中，細(xì)集料最好采用機(jī)制砂。這是因?yàn)闄C(jī)制砂是由堅(jiān)硬巖石反復(fù)破碎制成，其棱角性和嵌擠性能均優(yōu)于其他細(xì)集料，可以充分發(fā)揮出SMA的優(yōu)良結(jié)構(gòu)性能，可以顯著提升SMA的穩(wěn)定性。

3.4 填料

4 SMA混合料的配合比設(shè)計(jì)

4.1 SMA的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

為了在配置過程中，充分發(fā)揮SMA結(jié)構(gòu)的優(yōu)良特性，切實(shí)提高SMA的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，需要在配置過程中滿足以下配置準(zhǔn)則：第一，不能因?yàn)闉r青含量過高出現(xiàn)離析問題；第二，不能因?yàn)闉r青含量過低導(dǎo)致混合料過于松散；第三，保證SMA具有足夠的高溫穩(wěn)定性；第四，保證SMA具有足夠的水穩(wěn)性；第五，保證SMA具有足夠的構(gòu)造深度；第六，保證SMA具有足夠的低溫抗裂性。

4.2 集料級配設(shè)計(jì)

在SMA的配置過程中，級配SMA瀝青混合料的密度、空隙率、礦料間隙率等體積指標(biāo)以及SMA力學(xué)性能有較大的影響。為此，需要的SMA過程中，選擇合適的級配。只有這樣，才能保持SMA的力學(xué)性能。馬歇爾實(shí)驗(yàn)表明，對于SMA-13，可以選擇4.75 mm的級配控制點(diǎn)。

4.3 確定初試瀝青用量

對于SMA-13而言，最佳油石比一般可以選擇為6%～6.5%之間。但是考慮到，工程質(zhì)量的要求，通常均采用6.5%的油石比。此時(shí)，SMA的表觀密度、空隙率、礦料間隙率(VMA)以及飽和度等各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足要求。

4.4 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)

基于最佳油石比6.5%，下一步就需要對SMA混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)、析漏試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證SMA的配置是否科學(xué)合理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配置出的SMA混合料能夠滿足路用條件，動穩(wěn)定次數(shù)平均維持在5.8左右，飛散實(shí)驗(yàn)損失率約為1.6，析漏試驗(yàn)中的析漏量平均約為0.08。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足相關(guān)技術(shù)要求。

5 結(jié)語