SMA混合料最佳沥青用量的确定

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东 北 公 路 2003 年
SMA 混合料最佳沥青用量的确定
李洪斌
(辽宁省交通科学研究院 ,沈阳 110015)
摘 要 分析了 SMA 混合料最佳沥青用量的确定方法 ,探讨了粗集料质量对 SMA 嵌挤 结构 、试件成型方式对 SMA 最佳沥青用量的影响 。

关键词 SMA 嵌挤结构 最佳沥青用量
沥青玛蹄脂碎石混合料
( SMA ) ,由于能够抵抗 带钉轮胎的磨耗 ,提供更好的抗车辙能力 ,在欧洲已 应用了二十多年 。

SMA 由两部分组成 ,粗集料骨架 和高含量结合料的胶浆 。

粗集料骨架为混合料提供 石与石之间的接触 ,赋予它强度 ,而高含量结合料的
胶浆则增加耐久性 。

胶浆由细集料 、矿物填料 、沥青 结合料和稳定填加剂组成 。

在生产和摊铺时的高温 环境下 ,稳定填加剂起到保持混合料中沥青结合料
的作用 。

SMA 是嵌挤型的间断级配 ,是一种密实 - 骨架
结构的沥青混合料 。

从它的成型机理可以知道 ,
SMA 之所以具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 。

在高温条件下 , S MA 具有非常好的抵抗荷载变形的能力 。

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 、集 料的颗粒形状和棱角性 。

粗集料颗粒的几何形状 、 表面特性对骨架会产生大的影响 ,近似立方体 、表面 粗糙的颗粒使骨架结构能抵抗大的车辙作用 ,而较 多的针片状颗粒会使骨架结构的紧凑性变差或在受 到重荷时 ,针 、片状颗粒折断 ,使混合料过早地产生
内部裂缝缺陷 。

因此 ,对于 SMA 来说 ,要求粗集料
应使用机制洁净的非吸水性集料 , 石质坚硬 , 耐磨
耗 ,外观接近立方体 ,有良好的嵌挤能力 ,必须严格
限制集料的扁平颗粒含量 ,符合现行规范关于沥青
面层用粗集料质量技术要求 。

在我国 ,由于我们公
路部门很少有专门的采石场 ,大部分为集体和个人
的小型采石场 ,原材料品种 、产地 、加工水平的不同 ,
使得材料质量普遍较差 ,品种杂 、变异性大 ,要想得
到完全符合要求的粗集料有一定的困难 ,大部分石 料的外观很难接近立方体 ,含有相当一部分扁平颗 粒 ,这就影响了 SMA 混合料粗集料之间嵌挤结构
的形成 。

在 SMA 混合料体积法设计中 , 保证粗集料之
间形成嵌挤结构的方法是粗集料形成石 - 石接触骨 架 ,粗集料骨架间的胶浆 ,即沥青玛蹄脂要填充的恰 倒好处 ,这里强调了一个前提 ,即首先形成了石 - 石 接触 ,在粗集料形成嵌挤结构的情况下 ,不被填充其
间的细集料胶浆撑开
,但是若粗集料尚未形成石 - 石接触的嵌挤结构
,自身呈松散状态 ,就需要过量的 玛蹄脂来填充 ,才能保证合适的空隙率 ,这时真正的 嵌
挤结构并未形成 ,不是真正的 SMA ,除了设计因
素 ,试验设备 、试验材料及人为因素都将影响 SMA
嵌挤结构的形成 。

由于 SMA 混合料特殊的结构形式 , 它不同于
传统的密级配沥青混凝土混合料 ,在实验室试件成
型过程中 ,形成嵌挤结构是至关重要的 。

在适当的 温度下 ,用击实仪制作的马歇尔试件若没有达到要 求的密实程度 ,则空隙率偏大 ,在级配合理的情况下 不得不增加沥青用量 ,以使得混合料空隙率符合要 求 ,造成 SMA 混合料配合比设计时最佳沥青用量 的确定不准确 ,与实际有一定的偏差 。

SMA 混合料最佳沥青用量的确定 ,采用马歇尔
试验方法 ,即用击实仪成型的马歇尔试件 , 测定密 度 、空隙率 、矿料间隙率 、沥青饱和度 、稳定度和流值 等 ,SMA 马歇尔试验配合比设计技术要求如表 1 所 示 。

表 1 SMA 马歇尔试验配合比设计技术要求 试 验 项 目 技术要求 马歇尔试件击实次数 两面击实 50 次 空隙率 VV 3 %～4 % 矿料间隙率 VMA 不小于 17 % 沥青饱和度 VFA 75 %～85 %
最小油石比 ,合成集料毛体积相对密度 2 . 8 不小于 5. 7 %
2 . 7 不小于 6. 0 %
2 . 6 不小于 6.
3 % 稳定度
不宜小于 5 . 5 KN
流 值
2～4 mm
流值 ( mm ) 2 . 62
2 . 75
2 . 73
2 . 72
根据上表中的数据 ,作出如下图形 :
图 3 沥青含量( %)
图 1 沥青含量( %)
第 26 卷第 3 期
李洪斌 : SMA 混合料最佳沥青用量的确定 ·17 ·
以下通过实例说明 SMA 混合料最佳沥青用量 的确定方法 。

SMA 混合料的马歇尔试验结果如表 2 所示 。

表 2 SMA 混合料马歇尔试验结果
沥青含量( %)
符合沥青混合 料 技 术 标 准 的 沥 青 用 量 范 围
OAC min - OA C max 中 ,OA C min = 5. 8 % ;
OAC max = 6. 2 % ;
中值 OAC 2 = (OAC min + OA C max ) / 2 = 6. 0 % ;
则最佳沥青用量 OAC = ( OA C 1 + OA C 2 ) / 2 =
试验项目
5 .
6 6 . 0 6 . 4 6 . 8
6. 15 %。

图 2 沥青含量( %)
按照《公路沥青路面施工技术规范》J TJ 032 - 94 对普通密级配沥青混凝土混合料确定最佳沥青用量 的方法 ,从图中可以确定 :
相应于密度最大值的沥青用量 a 1 = 6. 8 % ; 相
应于稳定度最大值的沥青用量 a 2 = 6. 1 % ; 相应于规定空隙率范围的中值的沥用量用 a 3 =
6. 0 % ;
最佳沥青用量的初始值 OAC 1 = (a 1 + a 2 + a 3) / 3 = 6. 3 %。

图 4 沥青含量( %)
图 5 沥青含量( %)
毛体积密度(g/ cm 3
) 2 . 336 2 . 333 2 . 355 2. 368 理论密度(g/ cm 3) 2 . 442
2 . 427 2 . 412 2. 397 VV ( %) 4. 34 3. 67 2 . 36 1 . 22 VMA ( %) 17 . 39 17 . 67 17. 39 17. 27 VFA ( %) 75 . 06 79 . 21 86. 45 92. 95 稳定度( K N )
7. 98 9. 00 8 . 59 7 . 83
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图 6 沥青含量(%)
对于SMA 混合料, 确定其最佳沥青用量的方法,与普通密级配沥青混凝土混合料有所区别,马歇尔试件的空隙率是SMA 配合比设计的最重要的指标,根据表1 的要求, SMA 的空隙率宜为 3 % - 4 % ,由上图中可以看出,沥青用量应在5. 8 % - 6.
2 %之间,在此区间内矿料间隙率、沥青饱和率、稳定度和流值均符合要求,此合成集料的毛体积相对密度为2. 697g/ cm
3 ,按表1 的要求,最小油石比不小于6. 0 % ,沥青用量不小于5. 66 % ,考虑到空隙率过大路面容易引起水损害破坏; 空隙率过小将会产生车辙流动变形,本试验将空隙率3. 7 %时的沥青用量5. 9 %确定为最佳沥青用量。

由此可见,两种方法确定的SMA 混合料最佳沥青用量相差0. 25 % , 但确定SMA 混合料最佳沥青用量的方法更直观、简便,并且避免了由于设计沥青用量过大造成的路面泛油情况的产生。

最佳沥青用量确定后, 对SMA 混合料配合比进行了车辙试验验证,结果如表3 所示。

表3 车辙试验结果
在第一组试验中,按5. 9 %的最佳沥青含量,碾压12 个往返成型试件进行车辙试验,结果空隙率为3. 65 % ,符合要求,而动稳定度1240 次/ mm ,低于要求的大于1500 次/ mm 的规定,经过调整,适当增加碾压遍数进行了第二组试验,动稳定度达到1699 次/ mm ,而空隙率3. 25 %偏低,这时我们采用了5. 7 % 的沥青含量,碾压18 个往返进行了第三组车辙试验,结果表明, 空隙率为3. 60 % ,动稳定度为2017 次/ mm ,都符合要求,通过对矿料级配的分析,矿料并未被压碎,石- 石嵌挤结构没有遭到破坏。

因此可以认为对于车辙试验来说,SMA混合料的最佳沥青用量为5. 7 % ,比马歇尔试验确定的最佳沥青含量5. 9 %低了0. 2 %。

经过上面的试验分析,我们认为由于粗集料性质、击实温度等因素的影响,在成型马歇尔试件的过程中,有时存在达不到理想嵌挤结构的情况,造成设计沥青用量偏大,而碾压法成型的试件更有利于粗集料嵌挤结构的形成,更加接近于路面施工时的实际碾压情况。

因此在今后的配合比设计过程中,应与车辙试验结合考虑,对最佳沥青用量进行适当的调整,以免造成配合比设计不准确。

采用马歇尔试验确定最佳沥青用量后,在SMA 路面施工过程中, 实际沥青用量应比设计沥青用量减少0. 2 %左右; 对压实度的控制,除按现行规范要求以马歇尔试验密度为标准密度的同时,尚应采用溶剂法或真空法实测的混合料最大理论密度进行监控, 并达到94 % ,路面实际空隙率为6 %左右,以防止由于马歇尔击实因素的影响,导致密度不准确,造成路面压实度不真实,即压实度不够,空隙率大,给路面水损害埋下隐患。

沥青含量组别碾压次数空隙率动稳定度
( %) ( 往返)( %) ( 次/ mm)
1 5. 9 1
2
3 . 65 1240
2 5. 9 18
3 . 25 1699
3 5 . 7 18 3 . 60 2017
Determination of Optimum Asphalt Content for SMA Mixture
Abstract Determination method to optimum asphalt content of SMA mixture is analysed in this paper. The effects of coarse aggregate qualities such as SMA stone - to - stone Structure specimen shaped types on optimum asphalt content of SMA mixture.
Keywords SMA Stone - to - stone st ructure optimum asphalt content。