浅谈沥青玛蹄脂碎石的目标配合比设计

何荣勤

(广东省东莞市鸿高建设工程有限公司)

1 概 述

沥青玛蹄脂碎石路面是一种引人注目的新型沥青路面结构,它既有很强的高温抗车辙性能又有出色的低温抗裂性能,表面抗滑、噪音小等优点,随着社会的不断进步和技术的提高,沥青玛蹄脂碎石在路面上的应用日趋广泛。很多高速公路、一级公路都采用它作为上面层,玛蹄脂碎石是沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成的沥青混合料,粗集料骨架、沥青玛蹄脂的设计对控制沥青玛蹄脂碎石路面质量很重要,由于在配合比设计方面的经验比较缺乏,只是一味的照搬规范,在粗集料骨架、沥青玛蹄脂的确定上并未形成真正的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙。所以导致了一些道路在施工过程中出现早期损坏、泛油、离析等情况。

2 目标配合比设计

2.1 选择原材料

SMA-13的配合比设计要根据规范要求选择料场,材料来源要稳定、规格符合规范要求。辉绿岩和玄武岩都是做SMA的好材料,这两种岩石质地密实、有较好的抗压强度和磨耗值。与辉绿岩相比玄武岩的质量更好,所以考虑采用玄武岩这种岩石材料的集料。在纤维的选择上可以考虑用木质素纤维或聚合物纤维,根据设计推荐和以往玄武岩 SMA路面的经验采用聚合物纤维。集料采用南海小塘玄武岩 10～15mm碎石、5～10mm碎石、机制砂;沥青采用新加坡埃索 SBS(I-D)改性沥青;纤维采用德兰尼特聚合物纤维(掺量为设计要求0.2%);矿粉采用从化吕田球磨石灰石矿粉。

2.2 原材料试验检测

材料均符合现行规范要求。并对集料进行水洗法和干筛法两种筛分、测定粗集料的毛体积相对密度、表观相对密度,细集料的表观相对密度,纤维外送检定其密度,改性沥青采用 25℃/25℃的密度改性沥青的常规检验,包括软化点、针入度、燃点和闪点、延度、针入度比、含蜡量、加热损失、密度、弹性恢复、粘度、离析。改性沥青的离析试验很重要,在条件允许的情况下可以加大检测频率,尤其要检测储存时间较长的沥青。

2.3 确定最佳级配

按照混合料配合比设计方法,第一批试验设计成三种级配,使 4.75mm通过率分别为规范中值、规范中值的 ±4%(即 23%、27%、31%),使 0.075mm通过量均为 10%左右。采用计算机进行配合比设计(人机对话法)。参考已完工的实际工程SMA的设计沥青用量,其沥青用量一般为5.7%～6.3%,为此先按 6.0%沥青用量制作马歇尔试件。同时对每一种级配的矿料 4.75mm以上的粗集料的间隙率VACDRC,VACDRC是根据 4.75mm以上的粗集料的毛体积密度ρCA及用捣实法测定 4.75mm以上的粗集料的松方密度 ρS计算得到。见表 1。

表 1 粗集料的间隙率VACDRC

通过马歇尔稳定度试验,列出第一批 SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果。见表 2。由此表可见,4.75mm的三个通过率 23%,27%,31%在沥青用量为 6.0%的情况下,4.75mm通过率为31%的级配,其混合料 VCAmix大于设计VACDRC,表明 4.75mm通过率不宜太大;4.75mm通过率为24%的级配,其混合料空隙率较大,且 VCAmix最小,VFA和稳定度较小,VMA满足要求,流值较小;由此结果看,4.75mm通过率不能太大亦不能太小,应采用 4.75mm通过率为25%左右的级配,应能满足要求,通过增加沥青用量和4.75mm通过率,混合料空隙率将会减少,VFA将会增大,而稳定度、VMA、VCAmix变化率能满足要求。因此在进一步设计中采用 4.75mm通过率为 25.5%的级配为推荐级配。

表 2 第一批SMA-13沥青混合料马歇尔试验结果

2.4 确定最佳沥青用量

经过重新试配,SMA-13型沥青混合料试验室目标配合比依然采用 10～15mm、5～10mm碎石、机制砂、矿粉,使4.75mm通过量为 25.5%、0.075mm通过量为 10%左右、其粗集料间隙VACDRC=38.8%。根据SMA-13目标配合比级配马歇尔试验结果 SMA-13试验关系曲线图,根据 SMA-13马歇尔配合比设计技术要求各“沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工指南”,要求 SMA-13粗集料骨架间隙率 VCAmix小于 VACDRC=38.8%,满足 SMA-13配合比 VCAmix设计要求。根据SMA-13马歇尔配合比技术空隙率为 3%～4%的条件,确定 SMA-13的沥青含量为 6.0%,其中实测 VMA为17.2%满足 ＞17.0%的要求,VFA为 79.1%满足 75%～85%的要求,马歇尔稳定度为 6.32kN满足＞6.0kN要求,流值 33.4(0.1mm)满足 20～50mm(0.1mm)的要求,因此初步确定SMA-13沥青混合料改性沥青沥青用量为 6.0%。

3 SMA配合比设计的验证

3.1 谢伦堡沥青析漏试验

SMA的沥青用量是否合适关系到SMA结构的成败。因此在配合比设计后需要对沥青用量进行两种检测,是否因沥青太多造成析漏及因沥青太少造成飞散。析漏是为了确定沥青混合料有无多余的自由沥青或沥青玛蹄脂量而进行的试验,由此确定最大沥青用量。SMA尽管需要较多的沥青,但是无论如何不能超过所有矿料的表面积所能吸附的最大沥青用量。否则就要产生多余的自由沥青,成为集料之间的润滑剂,造成玛蹄脂上浮,影响构造深度,降低高温稳定性,从而影响路用性能。

采用最佳沥青用量 6.0%拌制 SMA-13混合料,按JTJ052-2000T0732-2000规程进行了 SMA-13沥青谢伦堡沥青析漏试验,试验结果SMA-13沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验结果,其平均析漏损失率为 0.04%,满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中结合料析漏损失不大于0.1%的要求。

3.2 肯塔堡飞散试验

沥青混合料的集料飞散性能是指由于沥青用量少或粘结力不足,在交通荷载的反复作用下,出现的集料脱落、掉粒、飞散,并成为坑槽的路面损坏,以马歇尔试件在洛杉矶试验机中旋转撞击的规定次数,沥青混合料试件散落材料数量的百分比计量。为了防止这种破坏,在配合比设计时,飞散试验进行检验是必要的。沥青用量为 6.0%时SMA沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验结果满足要求,因此采用沥青用量6.0%拌制 SMA-13混合料,按 JTJ052-2000、T0733-2000规程进行了SMA-13沥青混合料肯塔堡飞散试验,其平均飞散损失率为 4.0%,满足改性沥青混凝土配合比设计检验指标中混合料飞散损失率比不大于 15%的要求。

3.3 水稳定性检验

(1)残留马歇尔稳定度试验

采用沥青用量 6.0%制马歇尔试件按 JTJ052-2000、T0709-2000规程进行了 SMA-13沥青混合料浸水马歇尔试验,试验结果其残留稳定度为 98.3%,满足改性沥青SMA混合料配合比试验指标中马歇尔残留度大于 80%的要求。

(2)冻融劈裂试验

采用最佳沥青含量 6.0%制作马歇尔试件,按 JTJ052-2000、T0709-2000规程进行了 SMA-13沥青混合料冻融劈裂试验,其冻融劈裂强度比为 85%满足改性沥青 SMA混合料配合比设计检验指标中冻融劈裂强度比大于 80%的要求。

(3)高温稳定度检验

采用最佳沥青含量 6.0%制车辙试件,按JTJ052-2000、T0719-2000规程进行了 SMA-13沥青混合料车辙试验,其动稳定度 DS=6193次 /mm,满足改性沥青 SMA混合料配合比设计检验指标中车辙试验动稳定度＞3000次的要求。

(4)表面渗水和构造深度检验

采用试验室混碾法成型的试件进行表面渗水试验和铺砂法构造深度试验。试验结果均符合规范要求。良好的SMA结构在碾压成型后,应该是基本上不透水或者透水很慢的,表面具有足够的构造深度,基本上不透水是鉴别是不是真正的SMA的重要标志。

4 结束语

要使沥青玛蹄脂碎石路面高温抗车辙性能、低温抗裂性能、表面抗滑性能、减少噪音等性能更好地发挥出来,好的配合比是一方面,更要重视路面的现场施工。所有参加公路建设的施工单位,都有义不容辞的责任,都必须强化施工管理,完善施工工艺和施工方法,提高施工质量,从根本上解决问题,使社会效益和工程质量得到保证。