谢连杰
河南省建设集团有限公司, 河南 郑州 450000
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青混合料性能优良,但该类路面普遍存在开裂、冲刷等病害,尤其是路面开裂现象尤为显著,对市政道路的使用寿命造成不利影响[1]。在现有研究成果的前提下,结合当前交通量需求,可采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)修筑市政道路,能有效改善路面的使用性能,增强路面的抗车辙能力等。为此,开展市政道路高黏复合改性SMA-13配合比设计研究具有一定现实意义。
某市政道路工程,全长3.23 km,全线与之相交的道路共有7条,自通车运营至今,历经12年未进行大修,其中多进行小、中修。路面主路标准横断面为机动车道(12 m)、中分带(2 m)、机动车道(12 m),共26 m。经路面病害检测,在沥青路面总面积中,病害路面占比达21%。为了修复路面病害,改善路面使用性能,决定采用高黏复合改性SMA-13混合料进行施工,为优化施工方案,规范施工流程,须保证配合比设计的合理性。
1)沥青采用SBS改性沥青材料。
2)矿料分为粗、细集料,以5~10 mm、10~15 mm这2档玄武岩为粗集料;以0~5 mm机制砂为细集料。
3)面层用矿粉,须提前做抽检处理,重点检测指标有粒度、安定性、塑性指数等,其中一个十分重要的指标为塑性指数,若达不到标准规定,说明矿粉内含泥量过多,会严重影响混合料的稳定性及其他路用性能。因此,选择矿粉时,要重点控制母材的含泥量,可采用大于13.2 mm粒径的石灰岩材料,碎石加工成粉使用。此外,还要根据设计要求,适当延长矿粉研磨时间,保证级配与规定相符。矿粉运输至施工场地,须及时检测其性能,保证满足施工要求。
4)原设计采用的SBS改性沥青与HVA高黏剂比值为94:6,经性能检测与计算分析,115 843 Pa·s为其动力黏度,与设计规定值200 000 Pa·s相比,未达到规定要求,基于此,须调整SBS改性沥青的掺量,即两者比值调整为93:7。
5)混合料中,木质素纤维的用量控制在0.3%以上,经试验检测可知,木质素纤维各项技术指标满足规定要求。
1)选择符合施工规定的原材料,确定设计标准。
2)选定矿料混合料级配,确保上面层密实度符合规定。
3)确定最优沥青用量,在符合配合比指标的前提下,做好析漏、飞散等检测。
4)利用马歇尔击实试验对沥青混合料的力学指标、体积指标等进行检测,获取最佳油石比[2]。
5)通过一系列试验及对比分析,综合评价沥青用量,保证其科学合理。
高黏复合改性SMA-13配合比设计,可按照试验相关规定,针对不同级配,进行马歇尔击实试验,本工程共设计级配Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这3类。
各种集料筛分及合成级配情况如表1所示。
表1 高黏复合改性SMA-13混合料初试级配 单位:%
同时,为了验证3种不同级配的性能,可对其粗集料骨架松方间隙率进行对比分析,结果如表2所示。
表2 粗集料骨架的松方密度及间隙率对比分析结果
最终,通过初试级配分析,沥青混合料目标配合比级配情况如表3所示。
基于上述分析,并结合体积指标,确定最优级配,即Ⅰ级配。
按照级配曲线分析情况[3],油石比选定3组,分别为5.8%、6.1%、6.4%,在确定最佳油石比时可进行马歇尔击实试验,共进行75次击实作业,从而获取不同油石比的技术指标(见表4),进行最佳油石比的分析,并最终确定。
通过对比分析不同油石比的各项技术指标,结合油石比分析图,其中稳定度曲线未见波峰,根据孔隙率4.1%,确定6.2%为沥青用量(OAC1),按照OACmin~OACmax均可达到技术指标,则其平均值为6.2%(OAC2)的条件下,由此进行最佳沥青含量(OAC)计算,即OAC1和OAC2平均值计算[4]。其计算结果如下。
(1)
结合本工程实际情况和周边施工环境,最终确定6.2%为本工程目标配合比最佳油石比。
通过上述分析,确定沥青混合料配合比,并检测其浸水飞散、残留稳定度、冻融劈裂强度比、动稳定度等性能,结果如表5所示。
表5 高黏复合改性SMA-13混合料性能检测结果
由表5可见,高黏复合改性SMA-13混合料经试验检测分析,其各项技术指标及性能均可满足规定要求,具有良好的路用价值[5]。
经施工材料及试验路段检测结果分析,并与路面设计要求相结合,基于现行技术标准及规范,在某市政道路高黏复合改性SMA-13配合比设计研究中,可得出如下结论。
1)根据施工要求及设计方案,合理选择施工原材料,保证材料质量均可达到规范技术指标要求。最终确定在配合比设计中,掺加HVA高黏剂,并确定按照93:7的SBS改性沥青和HVA高黏剂比例拌和施工,同时,在沥青混合料质量中,纤维用量控制在其0.3%左右。
2)明确配合比设计要求,结合级配组成设计,选定Ⅰ级配、Ⅱ级配、Ⅲ级配3种不同的级配设计方案,通过验证3种不同级配的性能及初试级配分析,最终确定最优为Ⅰ级配。
3)结合目标配合比和拌合场试拌结果,确定生产级配与最佳油石比为6.2%。
4)分析及检测高黏复合改性SMA-13配合比的所有技术指标,并进行性能验证,最终得出各项技术指标均可达到规范要求,具有良好的应用效果。