SMA生产配合比对水稳定性影响的分析

方云峰，袁雍宸，刘牧晖，杜娟

（东南大学成贤学院，南京210088）

1 背景

近几年我国的高速公路建设飞速发展，高速公路里程已到达世界之巅。交通也显著增加。然而，调查发现许多高速公路的运行范围在1-2a或早期疾病的范围内[1]。分析了许多早期疾病的损伤现象，如坑、洞、松、麻、粒化、制浆、裂纹等。对这些现象进行分析认为，沥青路面早期病害与水直接或间接相关，是造成沥青路面早期病害的主要因素之一。

SMA路面结构在中国许多地方都有使用。SMA是一种沥青混合料，由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量细骨料组成[2]。在SMA的使用过程中，沥青路面的水破坏主要是由于水渗入沥青与集料界面，沥青薄膜和集料在流动水的作用下正在脱落，如何保持其水稳定性是一个广泛研究的课题[3－4]。因此合理地配备沥青混合料的生产配合比可以提升SMA的水稳定性。为此我们进行一下实验来进一步测试。主要内容包括：工地验证目标配合比设计、冷料仓转速比的确定、热料仓料筛分、生产配合比级配组合设计、沥青用量的确定等工作。

2 目标配合比设计及工地验证试验结果

2.1 目标配合比设计结果（表1，表2，表3）

2.2 工地验证试验结果

在工地现场对原材料（集料）进行了筛分，发现进场的原材料与目标配合比设计时所用原材料在1＃冷料、3＃冷料、4＃冷料的个别筛孔的合格率存在着偏差。用目标配合比设计的合成级配来为目标进行生产配合比设计，从而保证生产配合比的合成级配与目标配合比设计合成级配的关键筛孔通过率较为接近，验证目标配合比结果见表4、表5、表6。

表1 目标配合比各材料比例

表2 目标配合比设计级配

表3 浸水马歇尔稳定度试验结果

表4 目标配合比设计所用原材料筛分结果

表5 原材料（集料）密度试验结果

表6 沥青混合料马歇尔试验验证表

3 生产配合比级配调试

3.1 热料仓筛分试验

①拌和楼筛网应根据本项目矿料的级配及对该楼和拌的应用经验进行设置，楼和拌筛网的尺寸分别为15mm×15mm、10mm×10mm、5mm×5mm、3mm×3mm。

②为了进一步保证二次筛分样品的真实性和代表性，混合室的混混率与正常生产材料的混合率相同。每个热箱单独放置，每个热箱前的材料被释放。稳定后，取样品，进行样品筛选，并进行密度检查。调试结果如下：

表7 楼和拌各热料仓料筛分结果

表8 楼和拌各料仓集料密度试验结果

3.2 生产配合比调试

依据生产配合比设计级配及热料仓筛分试验结果，进行了生产配合比级配组合设计，各热仓料及矿粉用量比例为：

4# 仓：3# 仓：2# 仓：1# 仓：矿粉=32.0%：39.0%：5.0%：14.0%：10.0%。

生产、目标配合比级配对照如图1所示。

图1 目标、生产配合比级配对照图

4 沥青用量确定

根据SMA路面设计要求和目标配合比设计结论，其空隙率应控制在3～4.5%。如果本次油石比为6.0%时空隙率应为4.1%，其它指标（VCA、VMA、饱和度、稳定度等）均满足设计要求。

5 生产配合比性能验证

根据选定的级配和油石比成型试件，验证浸水马歇尔试验，结果如表9：

表9 试验结果

以目标配合比设计的结论为基础，对宁高高速公路改造工程21标英国ACP4000型楼和拌进行上层改性沥青SMA-13生产配合比级配调试和最佳沥青用量的确定，并对其用量进行了浸水马歇尔试验的验证，结果表明在最佳沥青用量下浸水马歇尔试验结果均满足设计要求。生产配合比设计结果见表10。根据设计结果，建议施工单位进行沥青混合料的试铺、试拌工作。

表10 热料仓比例及设计沥青用量

6 SMA在另一种生产配合比下的水稳定性

当各集料配比为3#仓：2#仓：1#仓：矿粉=32.0%：35.0%：8.0%：14.0%：11.0%时，即生产、目标配合比级配对照如图2。采用同样的实验方法再次进行浸水马歇尔实验，情况如下：

图2 目标、生产配合比级配对照图

表11 热料仓比例及设计沥青用量

在这种配合比下其沥青用量如下：

根据SMA路面设计要求和目标配合比设计结论，差距率应控制在3～4.5%。根据工程实践经验，选取6.1%作为其他指标（VMA、VCA、稳定性、饱和度等）的设计。浸水马歇尔稳定度试验结果如下：

表12 浸水马歇尔稳定度试验结果

7 结论

①随着天然砂含量的增加，沥青混合料的水分稳定性下降，这与天然砂的形成有关。与机械砂相比，天然砂的输送、冲刷、颗粒一般坚硬、表面光滑，沥青的粘附性较差。故随着天然砂含量的增多，SMA混合料的水稳性逐渐下降。

②在相同配合比下随着石油比的增加，抗水害能力应该是逐渐增加的，在最佳石油比的条件下，浸水马歇尔试验结果能达到最大值，说明具有很好的水稳定性，但如果石油比太大，沥青混合料之间主要依靠自有沥青相互连接，其水稳定性就会下降，因此，可以得出结论合理的石油比对提高沥青混合料的水稳定性的效果是非常明显的。