SMA生產配合比對水穩定性影響的分析

方云峰，袁雍宸，劉牧暉，杜娟

（東南大學成賢學院，南京210088）

1 背景

近幾年我國的高速公路建設飛速發展，高速公路里程已到達世界之巔。交通也顯著增加。然而，調查發現許多高速公路的運行范圍在1-2a或早期疾病的范圍內[1]。分析了許多早期疾病的損傷現象，如坑、洞、松、麻、粒化、制漿、裂紋等。對這些現象進行分析認為，瀝青路面早期病害與水直接或間接相關，是造成瀝青路面早期病害的主要因素之一。

SMA路面結構在中國許多地方都有使用。SMA是一種瀝青混合料，由瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量細骨料組成[2]。在SMA的使用過程中，瀝青路面的水破壞主要是由于水滲入瀝青與集料界面，瀝青薄膜和集料在流動水的作用下正在脫落，如何保持其水穩定性是一個廣泛研究的課題[3－4]。因此合理地配備瀝青混合料的生產配合比可以提升SMA的水穩定性。為此我們進行一下實驗來進一步測試。主要內容包括：工地驗證目標配合比設計、冷料倉轉速比的確定、熱料倉料篩分、生產配合比級配組合設計、瀝青用量的確定等工作。

2 目標配合比設計及工地驗證試驗結果

2.1 目標配合比設計結果（表1，表2，表3）

2.2 工地驗證試驗結果

在工地現場對原材料（集料）進行了篩分，發現進場的原材料與目標配合比設計時所用原材料在1＃冷料、3＃冷料、4＃冷料的個別篩孔的合格率存在著偏差。用目標配合比設計的合成級配來為目標進行生產配合比設計，從而保證生產配合比的合成級配與目標配合比設計合成級配的關鍵篩孔通過率較為接近，驗證目標配合比結果見表4、表5、表6。

表1 目標配合比各材料比例

表2 目標配合比設計級配

表3 浸水馬歇爾穩定度試驗結果

表4 目標配合比設計所用原材料篩分結果

表5 原材料（集料）密度試驗結果

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗驗證表

3 生產配合比級配調試

3.1 熱料倉篩分試驗

①拌和樓篩網應根據本項目礦料的級配及對該樓和拌的應用經驗進行設置，樓和拌篩網的尺寸分別為15mm×15mm、10mm×10mm、5mm×5mm、3mm×3mm。

②為了進一步保證二次篩分樣品的真實性和代表性，混合室的混混率與正常生產材料的混合率相同。每個熱箱單獨放置，每個熱箱前的材料被釋放。穩定后，取樣品，進行樣品篩選，并進行密度檢查。調試結果如下：

表7 樓和拌各熱料倉料篩分結果

表8 樓和拌各料倉集料密度試驗結果

3.2 生產配合比調試

依據生產配合比設計級配及熱料倉篩分試驗結果，進行了生產配合比級配組合設計，各熱倉料及礦粉用量比例為：

4# 倉：3# 倉：2# 倉：1# 倉：礦粉=32.0%：39.0%：5.0%：14.0%：10.0%。

生產、目標配合比級配對照如圖1所示。

圖1 目標、生產配合比級配對照圖

4 瀝青用量確定

根據SMA路面設計要求和目標配合比設計結論，其空隙率應控制在3～4.5%。如果本次油石比為6.0%時空隙率應為4.1%，其它指標（VCA、VMA、飽和度、穩定度等）均滿足設計要求。

5 生產配合比性能驗證

根據選定的級配和油石比成型試件，驗證浸水馬歇爾試驗，結果如表9：

表9 試驗結果

以目標配合比設計的結論為基礎，對寧高高速公路改造工程21標英國ACP4000型樓和拌進行上層改性瀝青SMA-13生產配合比級配調試和最佳瀝青用量的確定，并對其用量進行了浸水馬歇爾試驗的驗證，結果表明在最佳瀝青用量下浸水馬歇爾試驗結果均滿足設計要求。生產配合比設計結果見表10。根據設計結果，建議施工單位進行瀝青混合料的試鋪、試拌工作。

表10 熱料倉比例及設計瀝青用量

6 SMA在另一種生產配合比下的水穩定性

當各集料配比為3#倉：2#倉：1#倉：礦粉=32.0%：35.0%：8.0%：14.0%：11.0%時，即生產、目標配合比級配對照如圖2。采用同樣的實驗方法再次進行浸水馬歇爾實驗，情況如下：

圖2 目標、生產配合比級配對照圖

表11 熱料倉比例及設計瀝青用量

在這種配合比下其瀝青用量如下：

根據SMA路面設計要求和目標配合比設計結論，差距率應控制在3～4.5%。根據工程實踐經驗，選取6.1%作為其他指標（VMA、VCA、穩定性、飽和度等）的設計。浸水馬歇爾穩定度試驗結果如下：

表12 浸水馬歇爾穩定度試驗結果

7 結論

①隨著天然砂含量的增加，瀝青混合料的水分穩定性下降，這與天然砂的形成有關。與機械砂相比，天然砂的輸送、沖刷、顆粒一般堅硬、表面光滑，瀝青的粘附性較差。故隨著天然砂含量的增多，SMA混合料的水穩性逐漸下降。

②在相同配合比下隨著石油比的增加，抗水害能力應該是逐漸增加的，在最佳石油比的條件下，浸水馬歇爾試驗結果能達到最大值，說明具有很好的水穩定性，但如果石油比太大，瀝青混合料之間主要依靠自有瀝青相互連接，其水穩定性就會下降，因此，可以得出結論合理的石油比對提高瀝青混合料的水穩定性的效果是非常明顯的。