SMA路面原材料选择与配合比设计

随着经济的迅猛发展, 道路上车辆的越来越多, 传统的沥青路面逐渐显现出来它的一些不足之处。由于传统的沥青路面属于柔性路面, 高温下易出现推移现象, 低温下易出现开裂现象, 雨天易出现水损坏现象。所以传统的沥青路面在那些炎热、多雨的地区常出现各种各样的问题。

沥青玛蹄脂碎石混合料 (SMA) , 这是一种由高强度耐磨石料形成骨架的沥青混合料, 其间空隙被沥青结合料、较多的矿粉、少量细集料及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂所填充, 具有较高的耐久性、抗变形能力良好的高、低温稳定性和防滑性能, 同时兼备了良好的透水性、降低路面噪音及反光的能力。SMA路面作为当今比较优秀的抗滑表层, 已经在公路建设方面得到了大量的应用, 其优越性得到了实践的检验, 取得了良好的社会效益和经济效益。

1 原材料选择

1.1 沥青结合料

相比传统的路面的沥青, SMA路面所使用的沥青要求有粘结性好, 针入度小, 软化点高, 高温稳定性和低温韧性好。特别是在那些夏季温度较高且持续时间较长的地区, 沥青路表温度最高可达50℃~60℃, 所以设计时刻选用抗高温性能比较好的改性沥青。

1.2 粗集料

SMA路面所使用的粗集料通常采用硬质岩 (如玄武岩) 或石灰岩, 在选料之前首先需对粗集料的磨耗损失、针片状含量的指标有一定的了解, 这两个指标对所选粗集料是易破损程度有重要的影响。所选的粗集料应保证洁净、干燥、无风化、无杂质, 并具备有足够的强度和耐磨耗性, 粒径规格也要符合设计要求。

1.3 细集料

为进一步地提高公路的使用性能, 沥青路面表层宜使用人工机制砂作为细集料。特别是高等级的公路, 沥青混合料天然砂用量不宜大于20%, 这是因为天然砂的质量变化较大, 而与沥青粘附性较差, 且表面形状光滑无棱角, 含有害物质, 从而不能去充分发挥粒料间的摩擦作用, 而硬质岩压制而成人工机制砂正好能弥补这一缺点。

1.4 填料

填料通常采用磨细的石灰石矿粉, 但在有些工程中, 为提高沥青混合料的抗水损害能力, 可使用生石灰粉去替代部分的矿粉, 但生石灰粉的用量不得超过矿粉总量的30%, 并控制在矿料总量的2%以内。SMA中的矿粉的用量较传统沥青混凝土的用量要多一倍以上, 所以, 控制好矿粉的分量和质量是至关重要的。

1.5 稳定剂

絮状木质素纤维通常是SMA采用的稳定剂, 它具有稳定、分散、增粘、防滴漏等作用。

2 配合比设计

SMA的配合比设计就是要以通过确定骨架与玛蹄脂两部分各种材料的规格比例的方式, 来保证形成粗集料的空隙正好为玛蹄脂所填充。

2.1 目标配合比设计

(1) 确定矿料的初试级配。

按照《路面设计施工指南》中SMA-B标准级配的建议, 在工程级配范围内通过去调整各种矿料比例, 来设计几种不同的初试级配, 其通过率都要控制在级配范围中值3%之内。

(2) 初试沥青用量的选择及最佳沥青用量的确定。

初试沥青用量的选择遵循三个原则:合成集料毛体积相对密度、以往成功路段的实践经验和参析漏试验的结果。采用表干法测定试件的毛体积相对密度, 实测混合料的最大相对密度, 最后通过计算得到混合料的理论密度, 试件的空隙率、矿料间隙率及粗集料骨架间隙率等。然后选用不同的沥青用量来进行马歇尔试验, 并根据空隙率确定最佳沥青用量。

2.2 生产配比设计

在沥青混合料配合比设计过程中, 生产配合比设计的结果直接用于生产, 所以这才是我们设计的核心。

(1) 选定振动筛的筛孔。

振动筛的筛孔尺寸的选择参考两个因素:一要路面结构类型, 二要原材料的粒径大小。

(2) 确定生产级配。

从经过拌和机二次筛分后的热料仓中取样筛分, 根据筛分结果, 利用EXCEL软件运算, 通过人机对话的方式, 进行合成并调整出接近目标级配的配比。

(3) 最佳沥青用量的确定及进行马歇尔试验。

在初试沥青用量条件下制作好的试件, 已经计算出了空隙率值和最佳沥青用量, 按已经确定好的生产级配加沥青进行拌和, 然后分别取料去进行马歇尔试验及抽提筛分试验, 来验证稳定度和流值是否符合SMA混合料的设计要求, 由此最终确认最佳沥青用量。与普通的密级配沥青混合比设计的最大区别在于, SMA马歇尔试验配合比设计的重点是矿料各部分的级配, 各种体积指标, 沥青用量。

3 SMA配合比设计技巧

(1) 借助EXCEL工具栏来选择初试级配。

由于天然或人工轧制的一种集料不能很好地满足某一级配的配合在一起才能满足需要, 通常采用2种以上 (包括2种) 的集料级配的需要。对集料组成的设计就是确定组成级配需要的各种集料的比例, 通常所采用的设计方法有图解法、试配法等。

图解法虽然在理论上能很好地解决设计问题, 但在实际操作中, 各集料级配曲线的绘制过于繁琐, 另外其计算的结果准确度也不够, 故一般情况下并不采用。试配法是根据各种规格集料的筛分结果和级配, 逐步选择并调整各规格集料的用量, 直到最后配出要求的集料级配为止。但SMA配合比设计要求3种不同的通过率, 用试配法选择初试级配准确度就不够。

(2) 计算时可用计算的最大理论相对密度来代替实测值, 并用综合相对密度来代替毛体积相对密度。

溶剂由于将沥青全部溶解并渗入集料空隙内, 所以集料体积较真空法下状态下小, 理论最大相对密度可能偏大, 特别是对那些吸水率大的多孔隙集料, 试验时溶剂吸入集料的量不同, 所以造成与理论情况下有很大的差异。这时如果用参数替代的方法, 可大大提高设计精度。

(3) 变换矿料间隙率的计算方法。

矿料间隙率的计算式中存在很多测定参数, 往往会给计算结果带来累计误差, 造成极大的影响, 因此需变换种更为合适的计算方法来计算。

3 结语

S M A是一种较为新型的路面结构, 虽然这项技术近年才引进我国, 但其自身的特点绝对了以后的发展, 通过对SMA路面原材料选择及配合比设计阐述, 对SMA的理解更进一步, 相信以后SMA在我国会更快、更好地发展和完善。

摘要：SMA是近年来在国际上出现的一种非常引人注目的新型沥青混合料, 本文结合SMA的组成及结构特点, 详细说明了SMA路面原材料选择及配合比设计, 并介绍几种SMA配合比设计技巧。

关键词：SMA,原材料,配合比,技巧

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