沥青及沥青混合料目标配合比设计(全面)

SMA混合料配合比设计
空隙率
沥青
细集料、填 料、纤维 粗集料
VV VMA
VA
VCAmix
SMA混合料设计步骤
①SMA材料选择； ②确定具有良好嵌挤的矿料级配； ③确认所选级配的最小VMA及最小沥青用量； ④确定最佳沥青用量，确认混合料的空隙率； ⑤评价SMA的性能；
SMA混合料配合比设计过程问题与调整方案
车辙试件试验 按设计好的配合比制成： 300mm×300mm×50mm试件，并在试件上进行渗水和构 造深度及动稳定的测定，各项性能均能满足技术标准要求 （具体数据如下）：
项目
单位
实测数据
Cw
ml/min
基本不透水
TD
mm
1.43
DS
次/mm
9016(>6000)
VCA（间隙率）的测定 谢伦堡沥青析漏试验 肯塔堡飞散试验 渗水试验 构造深度 车辙动稳定度试验
木质纤维素
（Methyl Cellulose,简称MC）是天然木材经过化学处理得到的 有机纤维。通过筛选、分裂、高温处理、漂白、化学处理、 中和、筛分成不同长度和粗细度的纤维以适应不同应用材料 的需要。由于处理温度达260℃以上，在通常条件下是化学上 非常稳定的物质，不与一般的溶剂、酸、碱腐蚀，用天然原 料生产的木质素纤维具有无毒、无味、无污染、无放射性的 优良品质，属绿色环保产品，这是其它矿物质纤维所不具备 的。纤维微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交 叉处是扁平的，有良好的韧性、分散性和化学稳定性，吸油、 吸水能力强，有非常优秀的增稠抗裂性能。也是现在高速公 路常用的纤维。
A
B
C
γs
1.668
1.666
1.66
γca
2.857
2.857
2.857
VCAdrc
41.6
41.7
41.9
由 于 考虑到集料是由比较致密的玄武岩（毛体积相对密度达到2.96左右），根据 以往的经验选择了6%的初试油石比，用设计的A、B、C三个级配进行马歇尔试 验，具体的指标如下：
A
B
C
VCAdrc
解决方法 检查试验结果的正确性； 降低4.75mm的通过率； 减少矿粉用量
检查试验结果的正确性； 增加沥青用量或降低VMA 检查试验结果的正确性； 降低4.75mm的通过率； 增加纤维稳定剂的用量 改变纤维稳定剂的品种 减少混合料的水分 调整级配
级配的选择
根据对原材料的筛分进行混合料级配设计，在初试级配时，矿粉用量为10%，制作出 的试件VV过大，不能满足规范上的技术要求，所以重新调整了配合比，将矿粉用量增 大到12%，使0.075mm筛的通过率达到10.7%，来降低混合料的空隙率。按关键筛孔 (4.75mm)的通过率中值±3%设计了A、B、C（ 4.75mm筛孔的通过百分率分别为 30.6%、27.2、24%三个级配，具体设计级配组成如图：
SMA混合料设计过程中，往往会出现某些指标不能满足要求的情况，就需要对原设计进 行必要的调整，重新进行试验和设计。下表是就SMA混合料设计中出现的问题提出的调 整方法。
问题 VMA低 VV高 VCA高 析漏率太高
可能的原因 4.75mm通过率高 0.075mm通过率太高 集料过分破碎 集料毛体积密度不正确 VMA高 沥青用量少 4.75mm通过率高 集料毛体积密度不正确 混合料温度太高 矿粉用量少 纤维稳定剂不足 粗集料比例太高
1.020
55
60
65
75
76
RTFOT
±1.0
50
55
60
65
30
25
20
15
目录
SMA混合料介绍 原材料试验 配合比设计 几个重要的试验与计算公式
SMA混合料配合比设计原理
原理一：VCAmix<VCADRC。这是粗集料骨架形成嵌挤作用的判别标准。 原理二：VMA≥17%。如果SMA的VMA过小，那么用以填充沥青胶泥的空
肯塔堡飞散试验（T 0733-2000）
该方法用以评价由 于沥青用量或粘结性不足，在交通荷载作用 下，路面表面集料脱落而散失的程度，以马歇尔试件在洛杉矶 试验机中旋转撞击规定次数，沥青混合料试件散落材料的质量 的百分率表示。 可用于确定沥青路面表面层使用的SMA混合料，抗滑表层混合 料、沥青碎石或乳化沥青碎石混合料所需的最少沥青用量。 可用浸水飞散来评价沥青混合料的水稳定性。 将试件放入20℃ ± 0.5℃恒温水槽中养生20h后，取出试件， 称取质量后，马上放入洛杉矶试验机中，不加钢球，以 30r/min~33r/min的速度旋转300转后，称取质量，计算飞散损 失，以损失质量的百分率计，平行试验3次。
上限
100 100 75 34 26 24 20 16 15 12
中线
100 95 62.5 27 20.5 19 16 13 12 10
下限
100 90 50 20 15 14 12 10
9
8
对A、B、C三个级配的VCAdrc进行了测定：
A级配： VCADRC=41.6% B级配： VCADRC=41.7% C级配： VCADRC=41.9%
隙就小，骨架密实的结构性能就将受到影响。而VMA增大，用以填充空 隙的沥青胶泥能够得到增加，SMA优点能够得以突出表现。
原理三：必须调配好沥青、细集料、矿粉、纤维的含量，制作出具有
相当劲度和粘韧性的沥青玛蹄脂，沥青性质对SMA抗车辙能力的影响 比级配更显著。合理的调配比例能大大改善沥青玛蹄脂碎石耐久度、 水稳性和抗老性。
沥青及沥青混合料 目标配合比设计
沥青及沥青混合料
沥青玛蹄脂碎石（Stone mastic asphalt），简称SMA。 SMA混合料是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组 成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混 合料。 粗集料颗料石-石接触，形成骨架结构，由玛蹄脂填充其空隙，成 为一种骨架密实结构的沥青混合料。
VCAmix按下式进行计算：
VCAmix (1 rf PCA) 100 rca
谢伦堡沥青析漏试验（T 0732-2000）
本方法用以检 测 沥青结合料在高温状态下从沥青混合料析出并 沥干多余的游离沥青的数量，供检验SMA、OGFC、AM等混合 料的最大沥青用量使用。 将拌和好的1kg混合料，倒入800ml烧杯中，在烧杯上加玻璃板 盖，放入170℃± 2℃（改性沥青185 ℃）烘箱中，持续60 ± 1min后，取出烧杯，不加任何冲击或振动，将混合料向下扣倒 出来，称取取烧杯及粘附在烧杯 上的沥青结合料、细集料、玛蹄脂等总质量。计算出混合料损失 的质量百分率△m。平行试验三次。 该试验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 而进行的试验，由此确定最大沥青用量。与飞散试验结合，可以 得出一个合理的沥青用量范围。
Pa VCADRC VCAmix
rf VV VMA MS VFA △m
6.2% 41.6 39.5 2.490 4.0 17.4 7.17 77.3 0.07%
6.5% 41.6 39.7 2.483 3.8 17.9 7.00 79.1 0.10%
6.8% 41.6
40 2.471
3.8 18.6 7.23 79.8 0.20%
矿料种类
16
13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6
0.3
0.15
0.07 5
A级配
B级配 C级配
9.5-13.2mm 100 88.7 1.6 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
34
34
35
4.75-9.5mm 100 99.9 88.0 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
木质纤维素的质量要求（JTG F40-2004 ）
项目
单位
指标
试验方法
纤维长度，不大于 Mm
6
水溶液用显微镜观测
灰分含量
%
18±5
高温590~600℃燃烧后测 定残留物
pH值
--
7.5±1.0
水溶液用pH试纸或pH计 测定
吸油率
--
纤维的质量的 用煤油浸泡后放在筛上经
5倍
振后称重
含水率（以质量计）， 不大于
33
37
40
2.364.75mm
100
100
100 71.9 1.0
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
9
7
4
0-2.36mm 100 100 100 100 76.8 35.3 11.0 1.7 0.9 0.7
12
10
9
矿粉
100 100 100 100 100 100 100 99.9 98.9 87.2 12
几个重要的试验
VCA的测定
VCADRC
参照《公路工程集料试验规程》，测试混合料松方密度（捣实状态）
γs，根据实测的毛体积密度计算出粗集料骨架混合料的平均毛体积 相对密度γCA，按下式计算：
rCA
p1 p2 pn p1 p2 pn
1
2
n
VCADRC (1 rS ) 100 rca
41.6
41.7
41.9
VCAmix
40.6
38
35.8
rf
2.447
2.432
2.415
VV
6.5
7.0
7.7
VMA
18.4
18.8
19.5
MS
7.43
6.85
5.52
VFA
64.9
62.7
60.4
注：A、B、C三个级配的VV都超标； A、B、C三个级配都满足VCAmix<VCAdrc； VFA都小。主要原因可能油石比过小。