瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）配合比設(shè)計優(yōu)化措施分析

吳明明

（南通路橋工程有限公司，江蘇南通 226001）

0 引言

在對SMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料配合比進(jìn)行設(shè)計過程中，由于其具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，因此施工單位應(yīng)對其設(shè)計過程進(jìn)行控制，通?？梢苑譃槟繕?biāo)配合比、生產(chǎn)配合比以及試拌驗證等階段。在設(shè)計過程中，試驗人員應(yīng)以實際施工情況，在室內(nèi)對目標(biāo)配合比進(jìn)行設(shè)計，確保其符合規(guī)范要求，再以目標(biāo)配合比為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)配合比進(jìn)行優(yōu)化，最后通過試拌對生產(chǎn)配合比、施工組織以及設(shè)備等因素進(jìn)行驗證。在瀝青瑪蹄脂碎石混合料中，生產(chǎn)配合比具有重要作用，其可以為生產(chǎn)過程提供借鑒。因此，為了保障工程施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)對配合比設(shè)計過程進(jìn)行控制，達(dá)到優(yōu)化配合比的目的。

1 瀝青瑪蹄脂碎石混合料的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 混合料的性能

一是高溫抗車轍性能較好。SMA 中粗集料含量大于70%，且細(xì)集料相對較少，粗集料之間的空隙主要由瀝青瑪蹄脂進(jìn)行填充，粗集料骨架承受了大部分的交通荷載，而粗集料之間的嵌擠作用較高，因此瀝青混合料抗荷載變形能力較強(qiáng)，其高溫抗車轍性能也會隨之提高。二是低溫抗裂性能較好。當(dāng)溫度較低時，混合料的拉伸性能將直接決定其抗裂性能。而在SMA 制備過程中，其集料中間填充了大量的瀝青瑪蹄脂，因此使混合料黏結(jié)性和柔韌性進(jìn)一步提高，從而達(dá)到提高混合料低溫抗裂性能的目的。三是抗滑性能較好。在混合料制備過程中，為間斷級配，且粗集料多為耐磨、粗糙、堅硬的優(yōu)質(zhì)石料，在路面壓實處理后，其表面孔隙相對較大，可以使路面抗滑性能進(jìn)一步提高，與此同時，在雨天時，車輛行駛濺水和水霧相對較小，可以使路面噪音得到有效控制。四是耐久性較好。由于混合料各集料之間黏結(jié)力較好，且空隙率較小，混合料具有較強(qiáng)的不透水性，水對混合料的影響相對較小，因此混合料水穩(wěn)性相對較高，與此同時，當(dāng)空隙率較小時，空氣與瀝青之間的接觸面積也會進(jìn)一步降低，使混合料抗老化性能進(jìn)一步提高，從而達(dá)到提高路面耐久性的目的[1]。

1.2 混合料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第一，瀝青瑪蹄脂碎石混合料為間斷級配。通常SMA-13 中大于4.75mm 的粗集料含量為66%～80%，礦粉用量一般為9%～15%，細(xì)集料含量極少。第二，瀝青用量相對較多，通常含量應(yīng)為6%～7.5%，由于其黏結(jié)性要求相對較高，因此應(yīng)選擇溫度穩(wěn)定性好、軟化點(diǎn)高、針入度小的改性瀝青。第三，在混合料制備過程中，應(yīng)加入穩(wěn)定劑，重量應(yīng)為0.3%～0.4%的混合料重量。第四，混合料空隙率較小，通常為3%～4%。第五，在混合料制備過程中，礦粉應(yīng)為石灰石粉，細(xì)集料應(yīng)為石屑，粗集料應(yīng)具備針片狀顆粒少、表面粗糙、硬度高等特點(diǎn)。

2 工程概況

某高速公路項目地處平原地區(qū)，所處位置地勢平坦，工程全長為8.209km，路基寬度為40m，路面采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）進(jìn)行施工。為保障高速公路施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)對配合比進(jìn)行設(shè)計。

3 材料控制

3.1 原材料質(zhì)量

在公路工程施工過程中，為了對瀝青瑪蹄脂碎石混合料配合比進(jìn)行合理控制，施工單位應(yīng)對各施工原材料質(zhì)量進(jìn)行控制。在該混合料制備過程中，所使用的碎石為輝綠巖或玄武巖等硬質(zhì)巖，且碎石規(guī)格主要為5～10mm，10～15mm，所使用的石屑通常為石灰?guī)r或玄武巖，規(guī)格為0～2.36mm，礦粉為石灰?guī)r，瀝青為SBS 改性瀝青，抗剝離劑的品牌為文昌牌，木質(zhì)纖維素為NK 木質(zhì)纖維素。施工單位應(yīng)對原材料進(jìn)行取樣檢測。

3.2 改性瀝青檢測

為了控制瀝青的質(zhì)量，試驗人員應(yīng)對改性瀝青進(jìn)行檢測，確保改性瀝青穩(wěn)定性符合要求，從而達(dá)到控制配合比的目的。

3.3 粗集料檢測

該工程所使用的粗集料為玄武巖，碎石具有顆粒方正、強(qiáng)度較高、吸水率較小的特點(diǎn)。與此同時，施工單位還應(yīng)對粗集料級配穩(wěn)定性進(jìn)行控制，保障其符合施工要求。通過對該工程所使用的粗集料進(jìn)行檢測，可得到相應(yīng)的指標(biāo)，表1為粗集料檢測結(jié)果。

表1 粗集料檢測結(jié)果

3.4 細(xì)集料檢測

在該工程施工過程中，所選擇的細(xì)集料為石灰?guī)r。在對細(xì)集料進(jìn)行檢測過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制其0.075mm 篩孔通過量，與此同時，試驗人員還應(yīng)對砂當(dāng)量進(jìn)行檢測，確保其含量大于70%，使瀝青混合料性能進(jìn)一步提高。

3.5 填料礦粉檢測

在瀝青瑪蹄脂碎石混合料制備過程中，礦粉用量通常為8%～12%，具有礦粉用量較大的特點(diǎn)。在對礦粉進(jìn)行檢測過程中，試驗人員應(yīng)對礦粉細(xì)度進(jìn)行檢測，確保其細(xì)度不小于85%，與此同時，試驗人員還應(yīng)對礦粉含水量進(jìn)行檢測，通常礦粉含水量應(yīng)不超過1%。

4 目標(biāo)配合比

4.1 初步確定目標(biāo)配合比

確定上面層配合比。施工單位應(yīng)以規(guī)范規(guī)定為依據(jù)，對上面層級配進(jìn)行確定，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗可知：0.075mm 篩孔通過量應(yīng)為10%～12%，2.36mm篩孔通過量應(yīng)為20%～25%，4.75mm 篩孔通過量應(yīng)為28%～32%，9.5mm 篩孔通過量應(yīng)為58%～66%。施工單位應(yīng)以上述范圍為基礎(chǔ)，對級配進(jìn)行設(shè)計。

以集料篩分結(jié)果為基礎(chǔ)，對集料比例進(jìn)行計算，其結(jié)果為：礦粉∶4#料∶2#料∶1#料=12∶11∶3∶45，油石比為6.0。除此之外，抗剝落劑摻量應(yīng)為0.4%的瀝青用量，木質(zhì)纖維素?fù)搅繛?.3%瀝青混合料質(zhì)量。級配設(shè)計組成結(jié)果見表2。

根據(jù)表2可知，篩孔通過率均符合經(jīng)驗數(shù)值要求，滿足初步配合比設(shè)計。通過對瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗，所得結(jié)果見表3。

表2 級配設(shè)計組成結(jié)果

表3 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

4.2 調(diào)整配合比

根據(jù)試驗結(jié)果可知，瀝青混合料的飽和度和空隙率不符合施工要求，因此施工單位應(yīng)對配合比進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)瀝青混合料設(shè)計理論可知，當(dāng)油石比不變時，增加礦粉摻入量，瀝青混合料的飽和度會隨之增加，空隙率也會進(jìn)一步降低，通常情況下，每增加1%礦粉，混合料空隙率會減小0.5%。配合比應(yīng)調(diào)整為瀝青：礦粉∶4#料∶2#料∶1#料=6.0∶12∶11∶32∶45。

4.3 配合比設(shè)計的性能參數(shù)

目標(biāo)配合比初步確定后，試驗人員應(yīng)以規(guī)范要求為依據(jù)，對其進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)試驗，檢驗結(jié)果如下：破壞應(yīng)變?yōu)?816.5（με），動穩(wěn)定度為6432 次/mm，浸水馬歇爾試驗為93.8%，混合料飛散率為8.2%，混合料析漏率為0.04%，空隙率為4.1%。上述結(jié)果均滿足設(shè)計要求，因此可以確定目標(biāo)配合比。

5 生產(chǎn)配合比

5.1 上料流量和時間的確定

施工單位應(yīng)以目標(biāo)配合比為依據(jù)，對生產(chǎn)配合比進(jìn)行設(shè)計。施工人員應(yīng)在保障原材料密度和級配穩(wěn)定性的前提下，對瀝青拌和樓冷料速率進(jìn)行標(biāo)定，并以標(biāo)定結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行上料施工，最后須對骨料進(jìn)行加熱和二次篩分處理。

為了生產(chǎn)數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的一致性，施工人員應(yīng)對0～3mm 熱料倉0.075 篩孔通過量和流量之間的關(guān)系進(jìn)行試驗。根據(jù)試驗結(jié)果可知，在流量增加過程中，0.075mm 篩孔通過量也會隨之增加。與此同時，上料時間也會對集料0.075mm 篩孔通過量產(chǎn)生影響。通過試驗可知，當(dāng)上料時間為1～1.5h 時，粉塵數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定。因此在實際生產(chǎn)過程中，上料時間應(yīng)為1h。除此之外，施工單位應(yīng)以60%的拌和樓額定產(chǎn)量為基礎(chǔ)進(jìn)行室內(nèi)試驗，上料流量為260t/h，上料時間為1h，并對其進(jìn)行篩分和試驗。

5.2 設(shè)計生產(chǎn)配合比

5.2.1 調(diào)整供料平衡

熱料倉供料平衡不但會隨瀝青混合料的產(chǎn)量和溫度產(chǎn)生影響，還會對瀝青混合料的質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，施工單位應(yīng)對供料平衡進(jìn)行調(diào)整[2]。在調(diào)整過程中，試驗人員應(yīng)和施工人員進(jìn)行溝通，加快供料平衡調(diào)整進(jìn)程，通常調(diào)整時間應(yīng)為3～5d。在對供料平衡進(jìn)行調(diào)整過程中，施工單位應(yīng)對每種熱料倉平衡比例進(jìn)行記錄，并將穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)作為供料平衡比例。

5.2.2 設(shè)計生產(chǎn)配合比

第一，對配合比進(jìn)行確定。瀝青瑪蹄脂碎石混合料為間斷級配。當(dāng)摻加量低于6%時，會導(dǎo)致使計量誤差增加，影響配合比設(shè)計，當(dāng)摻加量較大時，會使混合料間斷級配受到影響。因此在對生產(chǎn)配合比確定過程中，拌和樓2%熱料倉的摻加量應(yīng)為6%～11%，與此同時，施工單位還應(yīng)保障供料平衡比例和配合比的一致性。

第二，對瀝青拌和樓參數(shù)進(jìn)行控制。施工人員應(yīng)以設(shè)計配合比為依據(jù)，在拌和樓中對混合料進(jìn)行拌和，并對設(shè)定產(chǎn)量、冷速速率、拌和參數(shù)、混合料溫度控制參數(shù)、瀝青控制參數(shù)加熱溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

5.3 試拌指標(biāo)控制及生產(chǎn)配合比驗證

施工單位應(yīng)以規(guī)范要求和生產(chǎn)配合比為依據(jù)，對混合料進(jìn)行試拌施工，通常應(yīng)試拌5～8 盤。在試拌過程中，施工單位應(yīng)對每盤出料溫度和設(shè)置溫度之間的差異、設(shè)置質(zhì)量差異、瀝青用量以及拌和各熱料倉質(zhì)量等進(jìn)行分析，并選擇具有代表性的樣品對其進(jìn)行馬歇爾試驗和抽提篩分試驗。通過試拌施工單位可以對如下指標(biāo)進(jìn)行驗證：0.075mm 篩孔通過率的準(zhǔn)確性；瀝青罐位置和瀝青用量之間的關(guān)系、瀝青溫度和油石比的關(guān)系、級配波動性和準(zhǔn)確性、瀝青拌和樓油石比、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性以及馬歇爾指標(biāo)等，為后期混合料質(zhì)量控制奠定基礎(chǔ)。

6 分析生產(chǎn)配合比

為了將實際生產(chǎn)和目標(biāo)配合比兩者聯(lián)系到一起，施工單位應(yīng)對生產(chǎn)配合比進(jìn)行分析，主要分析內(nèi)容如下：

第一，施工單位應(yīng)對生產(chǎn)配合比設(shè)計級配和目標(biāo)配合比合成級配各篩孔通過率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對其誤差進(jìn)行統(tǒng)計，通常4.75mm 以下篩孔通過率誤差應(yīng)不超過4%。

第二，施工單位應(yīng)對瀝青拌和樓油石比波動進(jìn)行檢查，確保其偏差不大于0.2%。當(dāng)偏差較大時，施工單位應(yīng)對偏差原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。

第三，在試拌過程中，應(yīng)對礦料間隙率、飽和度、空隙率、油石比等數(shù)據(jù)穩(wěn)定性進(jìn)行觀察，并以抽提結(jié)果為基礎(chǔ)對瀝青混合料級配進(jìn)行分析。與此同時，施工單位還應(yīng)對熱料倉篩分和原材料進(jìn)行分析，對原材料穩(wěn)定性進(jìn)行控制。

7 結(jié)語

施工單位應(yīng)以設(shè)計規(guī)范和實際施工要求為基礎(chǔ)，嚴(yán)格控制各施工材料的質(zhì)量，并對配合比進(jìn)行設(shè)計。與此同時，為了保障工程施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)先對目標(biāo)配合比進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整，并采取數(shù)據(jù)分析、拌和樓操作、試驗等措施，對生產(chǎn)階段配合比進(jìn)行分析，使配合比的可操作性和實用性進(jìn)一步提高，為后期公路施工奠定基礎(chǔ)。