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SMA混合料配合比设计总结刘积军山东省路桥集团有限公司第四分公司摘要:SMA是近年来使用较多的性能优越的沥青混合料,但其施工工艺要求较高,其配合比设计标准及方法也与普通的热拌沥青混合料有较大不同。本文结合工程实例,介绍其配合比设计标准及方法。关键词:沥青玛蹄脂碎石(SMA);配合比设计;1工程概况菏关高速公路位于山东省菏泽市,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。路线全长60多公里,主线路面结构采用30cm石灰、粉煤灰土底基层+14cm水泥稳定碎石下基层+14cm柔性基层(大粒径沥青碎石混合料LSM-30)+8cmAC-25C粗粒式+6cmAC-20C中粒式+4cmSMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料结构,桥面铺装采用6cmAC-20C+4cmSMA-13结构。2SMA混合料性能及组成特点2.1SMA混合料性能沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种由优质沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配粗集料骨架间隙组成的一体混合料,它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分,与我国现行规范规定的沥青混合料,如密级配沥青混合料(AC型),),密级配沥青碎石混合料(ATB),半开级配沥青碎石混合料(AM),开级配沥青碎石混合料(ATPB),开级配排水式磨耗层沥青混合料(OGFC)相比,都表现出其优越性,SMA具有AC的空隙率小,水稳定性及耐久性好,AM、ATB的集料嵌挤作用好,高温抗车辙能力强,OGFC的抗滑性能好等各种特点,同时又克服了AC的高温稳定性能不足,AM及ATB的不耐抗裂、抗老化、抗水损害性能差的缺点,因而是一种比较理想的混合料结构。2.2SMA结构特点2.2.1矿料是间断级配,粗集料占到70%以上,粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用,沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力,即使在高温条件下,沥青玛蹄脂的粘度下降,对这种抵抗能力的影响也不会减小,因而有较强的高温抗车辙能力。2.2.2SMA使用矿粉多(8%~12%),沥青多(油石比5.5%~6.5%,比密级配沥青混合料大1%左右),又使用纤维作稳定剂,由此组成的沥青玛蹄脂有较好的粘结作用,它的韧性和柔性使混合料有较好的低温抗裂性能。2.2.3SMA混合料的内部空隙率很小(4%左右),混合料渗水很少,几乎不渗水,水稳定性能较好。2.2.4SMA要求采用坚硬、耐磨的石料,矿料为间断级配,粗集料含量高,路面压实后表面形成大的空隙,构造深度大,抗滑性能提高。2.2.5SMA混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充,空隙率小,沥青与空气接触少,因而沥青混合料的耐老化性能好。由于SMA具有以上的结构特点,使其各种性能都大大提高,减少了维修和养护费用,延长使用寿命,尽管初期投资有所增加,但总体上仍将产生重大的经济效益。3SMA-13配合比设计方法3.1设计原则3.1.1SMA混合料的配合比设计,遵循现行规范关于SMA混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌试铺验证的三个阶段,确定矿料级配及最佳沥青用量。3.1.2SMA配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法:必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架,马歇尔试件的VCAmix必须小于捣实状态下的粗集料骨架间隙率VCADRc;填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青混合料应符合最小沥青用量的要求,马歇尔试件的空隙率必须在要求的范围内。3.2设计标准3.2.1SMA-13矿料级配采用间断级配,其级配范围应符合表1要求。表1SMA-13混合料矿料级配范围筛孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001007534262420161512下限1009050201514121098中值1009562.52720.519161312103.2.2SMA配合比设计,应符合表2要求。3.2.3SMA设计配合比检验,应符合表3各项指标的要求,试验方法按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)的规定进行。表2SMA马歇尔试验配合比设计技术要求试验项目单位技术要求试验方法不使用改性沥青使用改性沥青马歇尔试件尺寸mm∮101.6mm*63.5mmT0702马歇尔试件击实次数两面击实75次T0702空隙率VV%4-4.5T0705矿料间隙率VMA,不小于%17.0T0705粗集料骨架间隙率VCAmix,不大于VCAdrcT0705沥青饱和度VFA%75-85T0705稳定度,不小于KN5.56.0T0709流值mm2-5T0709表3SMA配合比设计检验指标检验项目单位技术要求试验方法不使用改性沥青使用改性沥青谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失%不大于0.2不大于0.1T0732肯塔堡飞散试验的混合料损失%不大于20不大于15T0733车辙试验的动稳定度次/mm不小于1500不小于3000T0719水稳定性残留稳定度试验%75以上80以上T0709冻融劈裂试验残留强度比%75以上80以上T0729渗水系数Ml/min小于80T0730构造深度mm0.8-1.5T07314材料4.1沥青结合料:全线SMA-13表层沥青采用5%SBS,95%加德士基质沥青改性的沥青,试验结果见表4。表4加德士5%SBS改性沥青试验结果试验项目单位技术要求试验结果试验方法针入度(25℃,100g,5s)0.1mm30-6053.2T0604针入度指数PI≥00.27T0604延度(5℃,5cm/min)cm≥2027.6T0605软化点,TR&B℃≥6076.2T0606运动粘度135℃Pa.s≤32.30T0603闪点(COC)℃≥230330T0611溶解度%≥9999.98T0607离析,48h软化点差℃≤2.50.6T0606弹性恢复(25℃)%≥7089T0605TFOT(或RTFOT)后残留物质量变化%±1.00.10T0610或T0609针入度比(25℃)%≥6579.8T0604延度(25℃)cm≥1518.1T06104.2粗集料:SMA采用的粗集料应采用质地坚硬,表面粗糙,形状接近立方体,有良好的嵌挤能力的破碎集料,全线均采用山东章丘、沂水圈里产的玄武岩石料,规格为5~10mm、10~16mm其技术性能见表5。表5章丘玄武岩碎石技术性能指标技术要求试验结果试验方法石料压碎值(%)不大于266.5T0316洛杉矶磨耗损失(%)不大于288.4T0317表观相对密度不小于2.62.824T0304吸水率(%)不大于2.01.16T0304与沥青粘附性不小于45级T0616坚固性(%)不大于120.8T0314针片状(%)不大于1514.6T0312水洗法小于0.075颗粒含量(%)不大于10.6T0310软石含量(%)不大于32T0320石料磨光值(PSV)不小于4045T0321具有一定破碎面的颗粒含量(%)不小于100100T03464.3细集料:采用章丘玄武岩轧制的机制砂,具有良好的棱角性和嵌挤功能,可以明显提高混合料的高温稳定性,试验结果见表6。表6SMA面层用细集料质量技术性能指标技术要求试验结果试验方法表观相对密度不小于2.52.810T0328坚固性(>0.3mm部分)(%)不小于1214.5T0340砂当量(%)不小于6071.4T03344.4填料:采用山东嘉祥石灰岩磨细的矿粉为了为了增强集料与沥青的粘附兴矿粉种掺加15%的生石灰粉,其技术性能见表7。表7SMA面层用矿粉技术性能指标技术要求试验结果试验方法表观相对密度不小于2.52.711T0352含水量(%)不大于10.8T0103烘干法粒度范围<0.6100100T0351<0.1590-10090.3T0351<0.07575-10077.1T0351外观无团粒结块无团粒结块亲水系数(%)不大于10.88T03534.5纤维稳定剂:采用日照宏祥产木质素纤维,用量为沥青混合料总量0.3%,其技术性能见表8。表8木质素纤维质量技术性能项目单位技术指标试验结果纤维长度,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,不小于纤维质量的5倍5.48倍含水率(以质量计),小于%54.035目标配合比设计5.1目标配合比设计,按图1步骤进行。图1SMA目标配合比设计流程图5.2按现行试验规程规定的方法精确测定各种原材料的毛体积相对密度,矿粉为表观相对密度。试验结果见表9。5.3设计初试级配:5.3.1调整各种矿料比例设计3组不同粗细的初试级配,3组级配的4.75通过率分别为中值,中值±3%,其矿粉数量大致相同,使0.075通过率为10%左右,且合成级配应符合级配范围的要求。三组初试级配见表9材料试验粗集料、细集料、矿粉改性沥青选择初始级配测定粗集料的VCADRC纤维稳定剂以4.75mm通过率为关键性筛孔,选用中值及中值±3%3个档次,设计三组级配选择初始沥青用量,制作马歇尔试件分析VMA、VCA等,确定设计级配对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件进行马歇尔试验检验体积指标及力学指标进行各种配合比设计检验,确定配合比不合格不合格不合格材料选择山东省菏关高速公路工程沥青马蹄脂碎石SMA-13矿料级配设计计算表筛孔(%)10-16(%)5-10(%)3-5(%)0-3(%)矿粉(%)合成级配1合成级配2合成级配3工程设计级配范围中值下限上限1610010010010010010010010010010010013.281.110010010010093.893.893.895901009.51.487.510010010061.862.262.662.550754.750.62.196.799.710023.126.029.02720342.360.61.01.278.110020.022.324.620.515261.180.61.01.256.410017.419.120.71914240.60.61.01.234.910014.815.916.91612200.30.61.01.224.799.213.514.215.01310160.150.61.01.215.690.511.612.012.4129150.0750.50.80.85.776.08.89.09.110812配合比1334501210100配合比2334201510100优选配合比33339018101004823.1932.7542.0161.4721.0770.7950.5820.4260.312000000000000SMA-13矿料级配设计曲线图图表9工程级配设计范围最大密度线级配1级配2级配30.0750.150.30.61.182.364.759.513.2165.3.2计算3种初试级配合成集料的毛体积相对密度、合成集料的表观相对密度、集料的有效相对密度,把每个合成级配中小于4.75mm的集料筛除,分别测定4.75以上粗集料的松方毛体积相对密度γs,计算出粗集料骨架的松装间隙率。试验结果见表10。为了发挥SMA混合料粗集料的石一石结构的嵌挤作用,在压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCAmix必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC,3种级配粗集料的间隙率VCADRC和松方毛体积密度结果见表10。5.4选择初试沥青含量,成型马歇尔试件,根据VMA和VCA确定设计级配。由于集料的合成毛体积相对密度为2.725,根据美国AASHTO规范建议并结合我国实际经验,选择初试沥青含量6.0%,拌和混合料成型马歇尔试件,击实次数为双面75次,按表干法测定试件的毛体积相对密度Pf,计算试件的空隙率VV、矿料间隙率VMA及粗集料骨架间隙率VCA。表10粗集料的间隙率VCADRC和松方密度技术指标初试级配级配1级配2级配3集料的合成毛体积相对密度γsb2.7252.7252.725集料的合成表观相对密度γsa2.8142.8142.814集料的有效相对密度γse2.7822.7822.782粗集料的间隙率VCADRC47.1346.9246.56粗集料骨架混合
本文标题:SMA混合料配合比设计总结
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