谢荣波

摘要:本文主要介绍湖南省邵永高速公路工程沥青路面SMA上面层配合比的设计过程,总结并概括了该项目在进行SMA沥青混凝土配合比设计时所要注意的一些具体事项及经验常识。

关键词:SMA沥青混凝土;技术要求;配合比设计;注意事项

湖南省邵永高速公路工程是二连浩特至广州国家高速公路中的一段(简称:邵永高速公路),全长112.840km。该项目是国家重点工程,也是湖南省公路网“五纵七横”中的重要部分,工程规模大、任务艰巨,质量要求高。为使邵永高速公路工程精选研试并铺筑出最佳的沥青混凝土路面,向社会提供优质服务,建设长寿命的高速公路,我们将该项目的沥青混凝土面层按上、中、下三层的结构组合进行设计,其中中、下面层结构均采用改性沥青,上面层根据其在路面结构中须具有抗车辙、抗裂、抗滑、泌水及耐久的性能,故选用SMA-16沥青砼上面层的结构。本文将针对SMA-16沥青砼上面层的结构特性,对SMA沥青混合料的原材料技术要求、混合料配合比设计等相关内容进行重点介绍,以供业内同行共同讨论学习。

1 SMA沥青混合料设计技术要求

SMA是由沥青、矿粉纤维及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架间隙而组成的沥青混合料。综合SMA的特点,可以归纳为三多一少:粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少,同时掺入适量纤维,其使用性能将全面提高。SMA与普通的密级配沥青混凝土(AC)相比具有以下特点:AC型混合料细集料比例大体占混合料的一半,从理论上分析AC型混合料中的沥青砂浆已经把粗集料撑开,粗集料实际上是悬浮在沥青砂浆中,彼此互相并未形成嵌挤,故交通荷载主要是由沥青砂浆承受着,AC型抵抗荷载变形的能力很大程度上受到矿料级配、矿料间隙率(VMA)、空隙率(VV)及沥青砂浆比例的影响。

2 SMA混合料各种组合材料的技术要求

SMA之所以有较高的高温稳定性,是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用。集料嵌挤作用的好坏在很大程度上取决于集料石质的坚韧性(Tough-ness),集料的颗粒形状和棱角性。可以说,粗集料的这些性质是SMA成败与否的关键。细集料在SMA中只占很少的比列,往往不超过10%,然而细集料对SMA的性能影响也不小。在普通的沥青混合料中,矿粉的数量一般不能超过沥青用量的1.2倍,太多了不仅拌和困难,而且对混合料的性质也有影响。而SMA需要的填料数量远远超过此比例,一般达到1.8~2.0,这是由于纤维帮助矿粉沥青团粒起到了分散作用的缘故。下面具体分析SMA混合料各种组合材料的技术要求。

2.1 石料。粗集料须选用紧硬、粗糙度高、有棱角的石料,不能使用石灰石,压碎值≤25%,洛杉矶磨耗损失≥25%,视密度≤2.6t/m3,针片状含量≤10%,磨光值≥42,软石含量≤1%,其余各项指标应符合设计文件和《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)附录C8的规定。石料我们选用砂岩,该石料石质坚硬,与改性沥青粘附性可达到5级,各项指标均符合相关要求。石料在加工时我们选用干法联合除尘设备,使得石料洁净。经试验表明,石料各项指标均能较好地满足本项目要求,是理想的沥青路面材料。

2.2 细集料。本项目采用石屑作为细集料,细集料须洁净、干燥、无风化、并有适当的颗粒级配。石屑符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)附录C9和C10的规定,且石屑用量不得超过细集料用量的50%。

2.3 矿粉。沥青混合料我们采用由强基性石灰岩加工的矿粉作为填料,该矿粉干燥、洁净,各项指标均较好地满足附表中的技术要求。矿粉在沥青混凝土中的作用是填料,起着沥青和集料之间填充的作用,其质量要求应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)附录C12的规定,矿粉用量建议不宜过小,我们选定为沥青用量的1.8～2.0倍。(根据以往的工程实践,如果使用了回收粉,车辙试验的动稳定度和马歇尔稳定度都将降低,因此,施工过程中我们不考虑使用回收矿粉)。

3 目标配合比的确定

3.1 级配选择。合理的级配是良好混合料的必要条件。根据设计及规范要求,SMA-16属于公称最大粒径等于或大于13.2mm的混合料,以4.75mm作为粗集料骨架的分界筛孔,在工程设计级配范围内,调整各种矿料比例设计3组不同粗细的初试级配,3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值+3附近,矿粉比例均为10%左右。

级配一 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:矿粉=58:24.5:7.5:10

级配二 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:矿粉=58:20:12:10

级配三 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:矿粉=58:16.5:15.5:10

SMA配合比设计的关键控制点为4.75(公称粒径等于或小于9.5mm的SMA混合料,以2.36作为粗集料骨架的分界筛孔)与0.075,在优先考虑这两个控制点的基础上再兼顾其他控制点,并参照各种原材料的实际产量比适当调整,避免某种材料的大量剩余或某种材料的严重不足,当然在实际中肯定存在某种材料不足或某种材料剩余的情况。所有理论上的级配走向与关键点的控制都是建立在经验上的,最终的配合比确定必须由马歇尔试验指标值和路面现场检测结果确定,其各项指标必须满足要求。

3.2 马歇尔试验。根据JTJ052-2000沥青混合料试验方法,对初步确定的混合料级配进行马歇尔试验。混合料配合比设计中沥青混合料理论密度的测试必须准确,我们采用真空最大理论密度仪测试混合料的理论密度,其结果比计算法要直接准确。

4 生产配合比及调试

4.1 生产级配的确定。根据目标配合比所确定的各种材料比例,进行了矿料干拌,进行生产配合比试验。综合考虑SMA的集配特点,确定拌和楼热筛网为:3mm、9mm、13mm、22mm,从二次筛分后各热料仓中取料进行了筛分试验,对各热料仓材料重量比例进行了统计分析,根据各热料仓材料及粉料的筛分结果,目标配合比设计以及各料仓材料重量统计分析结果,进行生产配合比材料组成设计。

4.2 生产用油量的确定及生产配合比验证试验

4.2.1 生产用油量的确定。取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC+0.3等油石比,以生产配合比确定的矿料比拌制混合料,进行马歇尔指标试验,各项指标均满足项目要求,最终选定生产配合比油石比为6.10%。

4.2.2 生产配合比验证试验。生产配合比最终选定后我们及时将相关材料送至湖南省交通科学研究院进行相关检测,根据所确定的生产配合比级配、油石比,进行马歇尔的验证试验、高温稳定性试验。经检测验证,生产配合比沥青混合料的各项指标均能较好地满足要求,且具有良好的马歇尔体积指标、高温稳定性和水稳定性,可用于本项目SMA路面施工。

4.2.3 试验路验证。根据所得到的室内试验结果,沥青拌和楼严格按照其配合比和相应的温度要求进行混合料的拌制,及时进行试验路的铺筑。 铺筑试验路段的目的主要是确定下列技术数据及施工方式:①确定拌和温度、拌和时间,验证矿料级配和沥青用量;②验证生产配合比的正确性;③验证主要生产工艺的可行性:a、确定摊铺温度,摊铺速度;b、确定各阶段碾压温度、压路机的类型、碾压程序、碾压方法、碾压工艺及碾压遍数;c、确定纤维稳定剂加入的方式及加入时间;④确定试验室对沥青拌和楼监控的方式;⑤确定松铺系数。

试验路铺筑完成后通过现场检测结果表明,按该配合比铺筑的路面构造深度,渗水系数,现场空隙率等指标均能很好的满足要求,其结果与室内设计吻合,可以指导邵永高速公路SMA-16路面上面层的大面积施工。

结束语:

如上所述,若想使摊铺出来的沥青砼路面能最大限度的达到设计要求,不仅仅与施工过程的质量控制情况有关,其中最为根本的,还是离不开有一套成功的配合比设计。我们都知道,不同的结构层及不同的混合料类型有着不同的空隙率控制关键点,因为这一点它是建立在具体的气候特点、具体的材料之上的,需要不断地更新,不断地总结(施工前、中、后)。只有对这一点有了比较明确的认识之后,才能对整个设计过程有一个明确的思路方向,才能有计划、有目的的指导工程施工。目标配合比是所有设计的基础,良好的生产配合比应该向目标配合比靠近,生产配合比及其各项试验指标是后期沥青混泥土路面施工质量控制的基础和依据,要确保各项指标满足相关规定,并综合考虑冷、热料仓供料均衡(根据级配类型合理确定热仓筛),使生产得以顺利进行。配合比的设计与混合料的生产需要在实践中不断的发现问题解决问题,及时收集资料并不断积累经验,以提高SMA沥青路面的施工技术水平及进一步全面推广。

参考文献

[1]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004.人民交通出版社,2004.

[2]《改性沥青与SMA路面》.人民交通出版社,1999.