(SMA-13)配合比设计――晏哲

沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）配合比设计作者：晏哲单位：陕西路桥集团路面工程有限公司（第一管理部试验室职务：主任）沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）配合比设计及施工技术作者：晏哲摘要:沥青玛蹄脂稳定碎石在国内已经有着比较成熟的设计与施工经验和成功的案例，但在我公司内部尚属首次接触和使用，为了能够更好的掌握和应用沥青玛蹄脂稳定碎石的配合比设计过程中的要点和难点，本文结合十天高速汉中-略阳路面一标上面层的配合比设计，对于沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）的配合比设计过程中的要点重点进行了比较详细的阐述，为今后的施工中准确有效的进行过程控制提供了依据。关键词:沥青玛蹄脂稳定碎石;配合比设计;施工技术概述组成原理及特点：沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。其组成特征主要包括两个方面：①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗变形能力强)的结构骨架；②细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。SMA的结构组成即通常所指“三多一少”粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。SMA的特点：沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认(使用较多)的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善，抗滑、耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青路面的功能性。一、工程简介国家高速公路十堰至天水联络线陕西境汉中-略阳段HL-M01标由我陕西路桥集团有限公司承建。我标段起讫桩号为：K330+890.908～K362+000全长30.109km；路面结构形式：20cm水泥稳定碎石底基层、36cm水泥稳定碎石基层，12cmATB-30沥青下面层、6cmAC-20沥青中面层、4cmSMA-13沥青玛蹄脂上面层。二、原材料选取鉴于SMA路面的特殊性对于原材料要求也必须高于普通路面的要求，各种原材料不仅要符合项目的要求而且要有更好的使用性能和经济效果。SMA-13路面上面层粗集料采用西乡树林坪碎石厂生产的两种规格的碎石，最大粒径为16mm。细集料及填料采用规格为9.5-19mm的石灰岩碎石在拌和站自主加工；沥青采用连云港佳乐沥青有限公司生产的SBS（Ⅰ-C）改性沥青；木质纤维采用常州筑威建筑材料有限公司生产的絮状木质纤维素。三、目标配合比设计目标配合比的设计是对于冷料仓比例的确定过程，准确的确定冷料仓比例对于成本控制和设计出更为准确、更为合理的生产配合比例是至关重要的，必须对原材料进行大量的、准确的、均匀的筛分试验，得到第一手最真实的原材料级配曲线，为合成比例试验提供准确的试验依据。1、首先以4.75mm筛孔通过率上下浮动2%初定三种不同级配，以每个级配的马歇尔指标进行级配的初选。目标配合比初选级配指标一览矿料指标规格9.5-16mm4.75-9.5mm机制砂矿粉消石灰SBS改性沥青产地汉中西乡树林坪碎石厂HL-M01标沥青拌和站南郑宏昌建材厂连云港佳乐不同级配通过百分率（%）筛孔mm配合比例1613.29.54.752.361.180.60.30.150.07545：31：14：8.5：1.5100.097.660.928.821.718.315.513.012.010.047：31：12：8.5：1.5100.097.559.226.920.117.114.712.611.79.8拟选级配48：32：10：8.5：1.5100.097.458.324.928.415.913.912.111.39.6不同级配马歇尔技术指标级配油石比（%）最大理论相对密度毛体积相对密度空隙率（%）间隙率（%）饱和度（%）稳定度（KN）流值（mm）45：31：14：8.5：1.56.02.4852.4033.316.479.614.23.647：31：12：8.5：1.56.02.4852.3953.716.579.013.12.8拟选级配48：32：10：8.5：1.56.02.4852.3764.417.274.511.83.0目标配合比选定矿料级配的设计表施工项目十天高速汉中西合同段HL-M01级配类型SMA-13备注材料百分比16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075西乡县树林坪碎石厂原材料级配9.5-16.0100%100.094.613.20.20.20.20.20.20.20.24.75-9.5100%100.0100.099.85.20.10.10.10.10.10.1机制砂100%100.0100.0100.0100.083.158.438.323.018.19.3HL-M01标自产矿粉100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.097．092.885.2石灰100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.098.695.1南郑县宏昌建材厂各种矿料在混合料中的比例9.5-16.047%47.044.56.30.10.10.10.10.10.10.14.75-9.531%31.031.030.91.60.00.00.00.00.00.0机制砂12%12.012.012.012.010.07.04.62.82.21.1矿粉8.5%8.58.58.58.58.58.58.58.27.97.2石灰1.5%1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.4合成级配100.097.559.226.920.117.114.712.611.79.8规范要求级配中值100.095.062.527.020.519.016.013.012.010.0规范要求级配范围上限100.0100.075.034.026.024.020.0161512下限100.090.050.020.015.014.012.01098目标配合比选定矿料级配的筛分曲线0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075筛孔尺寸（mm）通过量（%）合成级配规范中值规范上限规范下限2、依据不同级配的马歇尔指标进行目标配合比的级配初选，最终选定的目标配合比例为9.5-16mm：4.75-9.5mm：机制砂：矿粉：消石灰=47:31:12:8.5:1.53、在选定目标配合比例的基础上以油石比6.0%为中值上下各浮动两个油石比以0.3%的间隔进行马歇尔试验最终选定的油石比为:6.1%；（絮状）木质纤维素：外掺3‰.目标配合比马歇尔物理-体积指标：油石比（%）理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率(%)沥青饱和度(%)马歇尔稳定度(KN)流值（mm）间隙率VMA（%）选油试验5.42.5052.3844.870.412.03.416.45.72.4952.3944.075.112.73.016.36.02.4852.4013.779.213.52.516.56.32.4762.4003.181.413.92.316.96.62.4662.3923.082.312.83.217.1最佳油石比6.12.4822.3923.978.213.72.516.7指南要求范围--3-4.575-85≥10-16.5-19油石比修正试验指标：试验项目油石比%谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验6.10.09%0.09%0.09%1.22结论指标符合要求无需修正指南要求值≤0.1%≤15%目标配合比混合料性能检验指标：项目油石比残留稳定度%动稳定度次／mm冻融劈裂试验残留强度比%低温弯曲试验破坏应变µε,-10℃渗水系数ml／min6.1%92.7933391.235080指南要求值≥90%≥5000≥85≥3000≤50经检测6.1%油石比各项指标均符合《高速公路标准化施工技术指南》的要求。四、生产配合比设计在目标配合比的基础上根据拌和设备的热料仓筛分结果进行合成试验，最终确定生产配合比例如下图所示：表10、生产配合比例及合成级配通过率：热料仓规格mm11-167-114-70-4矿粉消石灰百分比%36347138.21.8筛孔mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配100.093.965.426.622.418.615.412.311.39.6级配中值100.095.062.527.020.519.016.013.012.010.0指南要求级配范围100.090~10050~7520~3415~2614~2412~2010~169~158~12以目标配合比确定的最佳油石比6.1%为中值0.3的间隔上下各浮动一个油石比进行了室内马歇尔试验，根据室内马歇尔试验的各项物理体积指标进行选油试验确定最佳油石比为6.0%。对于6.0%油石比再次进行马歇尔试验检验其各项性能指标，结果显示各项指标均符合《高速公路标准化施工技术指南》的要求。表11、油石比修正试验指标：试验项目油石比%谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验6.00.07%0.07%0.08%1.521.78结论指标符合要求无需修正指南要求值≤0.1%≤15%表12、生产配合比马歇尔物理-体积指标：油石比（%）理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率(%)沥青饱和度(%)马歇尔稳定度(KN)流值（mm）间隙率VMA（%）选油试验5.82.4812.3854.075.514.83.316.56.12.4712.3883.879.714.53.316.66.42.4612.3853.181.613.14.117.0最佳油石比6.02.4782.3833.778.312.72.916.5指南要求范围--2.38575-85≥10-16.5-19生产配合比矿料级配的设计表施工项目十天高速公路工程汉中西合同段HL-M01级配类型SMA-13备注材料百分比16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075拌合楼热料仓筛分原材料级配11-16100%100.083.015.82.51.81.21.21.21.21.27-11100%100.0100.087.42.20.80.20.20.20.20.24-7100%100.0100.0100.019.41.40.30.00.00.00.00-4100%100.0100.0100.0100.088.062.437.613.87.05.5矿粉100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.099.798.887.1HL-M01标自产石灰100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.098.695.1南郑宏昌建材厂各种矿料在混合料中的比例11-1636%36.029.95.70.90.60.60.60.60.60.67-1134%34.034.029.70.70.30.10.10.10.10.14-77%7.07.07.01.40.10.00.00.00.00.00-413%13.013.013.013.011.48.14.91.80.90.3矿粉8.2%8.28.28.28.28.28.28.28.28.17.1石灰1.8%1.81.81.81.81.81.81.81.81.81.7合成级配100.093.965.426.622.418.615.412.311.39.6规范要求级配中值10095.062.527.020.519.016.013.012.010.0规范要求级配范围上限100.0100.075.034.026.024.020.0161512下限100.090.050.020.015.014.012.01098生产配合比矿料级配的筛分曲线0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.016.0