最緊密嵌擠狀態SMA-13 瀝青混合料級配設計

劉 杰 申建芳 王 慶 譚稀文 夏 芯

（中國水電七局三分局， 四川 成都 617730）

近年來，隨著公路交通事業的快速發展，我國的瀝青混合料路面也越來越多，瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）因其優良的路用性能在高等級路面中收到廣泛使用。瀝青瑪蹄脂碎石屬于間斷級配，由相互嵌擠的粗集料骨架和瀝青瑪蹄脂兩大部分組成的[1]。相互嵌擠的骨架結構，具有較為突出的高溫性能、抗疲勞性能等[2]，而瀝青馬蹄脂又具有較大的密實性和內聚力，使整個結構能夠形成較高的強度。但是傳統的瀝青混合料級配設計方法，如最大密度曲線理論[3]、Superpave 級配設計方法、馬歇爾試驗設計方法等還不夠完善，難以得到SMA 級配的最緊密嵌擠狀態。因此，本文從體積設計法入手，通過干密度、礦料間隙率以及粗集料礦料間隙率變化特征確定混合料的最佳油石比，從而計算出最緊密狀態下SMA-13 混合料的最佳油石比。通過大量的試驗研究，發現該方法確定的最佳油石比具有唯一性，相比于根據空隙率水平表征材料密實狀態的傳統設計方法更加合理[4]。

1 試驗方案設計

1.1 試驗原材料

1.1.1 礦料性質

本文試驗采用的粗集料主要為5-10mm 以及10-15mm 玄武巖，細集料采用石灰巖，礦粉采用石灰巖磨細礦粉。按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）[5]要求對各項集料技術指標作性能檢測，檢測結果見下表。

表1 玄武巖粗集料部分技術指標 Table 1 Some technical indicators of basalt coarse aggregate

表2 細集料部分技術指標 Table 2 Fine aggregate part technical index

1.1.2 瀝青性質

本文采用廈門華特廠商提供的SBS I-D 改性瀝青。瀝青的各項指標按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[6]進行測試，檢測結果見表3，各項指標均滿足聚合物改性瀝青技術要求。

表3 SBS 改性瀝青技術指標 Table 3 Technical index of SBS modified asphalt

1.1.3 纖維

纖維采用玄武巖纖維，其各項指標見表4，各項指標滿足規范要求。

表4 玄武巖纖維檢測結果 Table 4 Basalt fiber test results

1.2 SMA-13 級配設計

有關研究表明，SMA 級配中其骨架作用的主要是4.75mm 以上的粗骨料[6]，因而將將最大公稱粒徑、4.75mm 篩孔和0.075mm 篩孔作為關鍵篩孔以及控制點來進行級配設計，通過調整關鍵篩孔的通過率，得到SMA13-25 以及SMA13-35 的級配，具體的級配組成見下表。

表5 SMA-13 各檔粒徑通過率 Table 5 Passing rate of each serial of particles

2 試驗結果

①玄武巖SMA13-25 瀝青混合料馬歇爾擊實結果及相應體積參數見下圖。

圖1 SMA13-25 玄武巖瀝青混凝土配合比馬歇爾擊實試驗結果 Figure 1 SMA13-25 Marshall Compaction Test Results of Mixture Ratio of Basalt Asphalt Concrete

從上圖可以得到油石比與各個參數之間的關系函數，通過可以函數計算出瀝青混合料的最佳瀝青用量。

由圖f 可以得出干密度與油石比之間的關系： y=-0. 0411x2+0.4476x +1.2512，由此可以得出，在干密度最大時，油石比ACG為5.44。

因此混合料最緊密狀態下的最佳油石比為：

ACopt=（ACVMA+ACVCA+ACG）/3=（5.40+5.39+5.44）/3=5.41

通過圖a、b、d 可以得到油石比與毛體積密度、空隙率、瀝青飽和度之間的關系，將最佳油石比5.41 代入到各式中，計算出毛體積密度、空隙率以及瀝青飽和度分別為2.603、2.96、81.2。按照理論計算方法，對玄武巖SMA13-25 型混合料最緊密狀態進行計算，可以得到的最小空隙率為3.11。將兩者進行對照，不難發現理論計算方法下得到的最小空隙率要大于最緊密狀態下的最小空隙率。

② 玄武巖SMA13-35 型瀝青混合料馬歇爾擊實結果及相應體積參數見圖2。

圖2 SMA13-35 輝綠巖瀝青混凝土配合比馬歇爾擊實試驗結果 Figure 2 SMA13-35 Marshall Compaction Test Results of Mixture Ratio of Basalt Asphalt Concrete

按照同樣的方法，計算出最緊密狀態下，玄武巖SMA13-35 型混合料最佳油石比為5.18，通過最佳油石比可以得到最小空隙率為2.608。按照理論計算方法，在玄武巖SMA13-35 型混合料最緊密狀態下，其最小空隙率為2.768，說明對于玄武巖SMA13-35 型混合料，理論計算下得到的最小空隙率要大于最緊密狀態下的最小空隙率，通過理論計算得到的SMA13-35 型混合料并不是其最緊密狀態。

此外，對比玄武巖SMA13-25 型混合料和玄武巖SMA13-35 型混合料，其計算理論最小空隙率均大于實測最小空隙率；且SMA13-35 的最小空隙率明顯小于SMA13-25，過于密實，難以滿足規范要求。

3 結論

1、本文基于傳統的瀝青混合料級配設計方法，提出了一種確定SMA-13 瀝青混合料最緊密嵌擠狀態的級配設計方法，對工程實際中理論密度測試方法提供了一種新的思路。

2、計算得到的最緊密嵌擠狀態，其空隙率通常較小，瀝青飽和度較大，瀝青用量和礦料間隙率偏低，不滿足規范要求，并且最緊密狀態對SMA-13 瀝青混合料路用性能的影響還需通過進一步的試驗來驗證。