SMA改良油田公路路面材料的試驗研究

王 俊 呂學峰

SMA混合料在克拉瑪依的實際應用幾乎為零,筆者在總結和借鑒國內外研究的基礎上,采用我國SMA混合料配合比設計方法和克拉瑪依地區油田公路工程實踐相結合的方法,經計算得到適用于克拉瑪依地區特定環境下的SMA混合料配合比,為SMA混合料在克拉瑪依油田公路的廣泛應用提供了理論依據,對今后SMA路面的施工起到一定的指導作用。

1 原材料

1.1 瀝青結合料

本次SMA瀝青混合料采用克拉瑪依石化廠生產的SBS(I-C)型改性瀝青,以增強整個混合料的高低溫性能,并加入0.2%瑞典WETFIXRBE抗剝落劑提高瀝青與石料的粘附性。改性瀝青的各項技術參數見表1。

1.2 粗集料

面層粗集料采用克拉瑪依城投碎石料場所生產的火山碎屑巖碎石。

1.3 細集料

面層細集料采用克拉瑪依永升公司碎石料場所生產的火山碎屑巖碎石、石屑、砂。

表1 SBS改性瀝青技術指標

1.4 填料

填料采用火山碎屑巖磨細礦粉。

1.5 纖維穩定劑

本次試驗采用北京墾特萊公司生產的純木質素松散纖維,纖維相對密度為2.38 g/cm3,纖維用量為混合料質量的0.3%。

2 配合比設計

2.1 確定礦料初試級配

在目標配合比設計階段,參考利用了國內相對成熟的SMA混合料級配范圍,如表2所示。

表2 SMA-13設計級配及技術要求[1]

根據SMA-13標準級配建議范圍,初步確定一組SMA礦料目標配合比為:碎石(10～15)24%,碎石(5～ 10)53%,砂 12%,礦粉11%。其中礦料合成毛體積相對密度按式(1)計算:

其中,P1,P2,…,Pn分別為各種礦料成分的配合比,其和為100;γ1,γ2,…,γn分別為各種礦料相應的毛體積相對密度。

礦料級配圖見圖1。

由于4.75 mm以上粗集料都集中在5 mm～10 mm,10 mm～20 mm及石屑三種材料中,按上述礦料級配比例配合,然后篩去4.75 mm以下部分測定4.75 mm以上粗集料松方密度1.577 g/cm3,4.75 mm以上粗集料骨架的毛體積密度為2.74 g/cm3,并由式(2)計算粗集料松裝間隙率 VCADRC:

其中,VCADRC為粗集料骨架的松裝間隙率,%;γCA為粗集料骨架的毛體積密度;γS為粗集料骨架的松方毛體積相對密度。

2.2 確定油石比OCA

本次工程所用集料毛體積密度為2.961 g/cm3,根據《瀝青瑪脂碎石混合料設計施工指南》及我國已鋪SMA的經驗,最佳油石比一般宜在5.7%左右。本次試驗選取5.0%,5.5%,6.0%,6.5%和7.0%五個油石比作為對比研究,每組制作4個馬歇爾試件,試件的擊實次數為雙面50次,用表干法測定試件的毛體積相對密度,然后按式(3)分別計算瀝青混合料試件的空隙率 VV、礦料間隙率 VMA、有效瀝青的飽和度 VFA等體積指標,進行體積組成分析,結果如表3所示。

其中,γf為試件毛體積相對密度;γt為瀝青混合料的最大理論相對密度;γsb為礦料的合成毛體積相對密度。

以油石比為橫坐標,以馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標,將試驗結果畫入圖中,連成圓滑曲線。

表3 馬歇爾試驗結果[1]

在曲線圖上求取相應于密度最大值、穩定度最大值、目標空隙率(中值)、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量a1,a2,a3,a4。按式(4)取平均值作為OCA:

油石比為5.9%的試件的各項技術指標,經檢驗符合規范要求,結合克拉瑪依的氣候特點和交通狀況,適當上調油石比到6.0%。

3 SMA施工中存在的問題

3.1 路面部分出現油斑

SMA混合料拌和生產過程中纖維穩定劑的漏加、少加、加入時間滯后、拌合時間不足以及纖維受潮結團不能充分在混合料中分散等均會造成SMA路表出現油斑。此外,碾壓時使用輪胎壓路機或組合式壓路機,也會造成瑪脂上浮,路表失去紋理。

3.2 路面起砂剝落

1)9.5 mm～13.2 mm范圍內的粗骨料含量過高,導致路面結構空隙率增大;

2)抗剝落劑中的某些成分可能是與礦粉中的某些成分發生了化學反應,生成了有害于混合料粘結性的物質;

3)木質纖維素用量過高,有研究表明[2]松散木質纖維素吸油能力很強,導致混合料的空隙率 VMA增大,瀝青飽和度下降;

4)瀝青溫度過高,導致瀝青老化失效,粘結力降低;

5)行駛在石化大道二期的車輛多為荷載較大的重型車輛,荷載量大也是引起路面起砂剝落的原因之一。

4 結語

1)原材料的性能直接影響SMA的結構及性能,應該嚴格把關。

2)粗骨料間隙率 VCA、礦料間隙率 VMA、空隙率 VV和瀝青體積百分率VFA等體積指標控制為SMA結構設計決定因素。

3)SMA整體質量應嚴格控制,對SMA路面起砂、易出油斑等特殊施工問題應給予足夠的重視。

[1] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3] 薛 蓮.淺談SMA瀝青路面施工控制[J].山西建筑,2008,34(15):265-266.