摻有木質纖維素的SMA-13 瀝青混合料配合比設計及性能評價研究

李思璐 張 鵬

（1 廣州市公用事業技師學院；2 廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司）

隨著我國經濟社會的高速發展，大量道路工程的建設，其中瀝青路面有著良好的舒適性，SMA-13 瀝青路面在其中扮演者重要角色。張永選[1]、吳明明[2]、趙建紅[3]，等做了大量工作。

本文針對參有木質纖維素的SMA-13 進行深入研究，為工程安全提供詳實資料。

1 原材料

1.1 瀝青材料

對該SBS（I-D）改性瀝青按《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004[4]要求進行了規定項目的試驗檢測。檢測結果表明該試樣所檢各項指標均滿足道路石油瀝青技術要求。試驗檢測結果見表1 所示。

表1 改性瀝青技術指標

1.2 粗集料、細集料及礦粉

對粗集料10～15mm 碎石、5～10mm 碎石，細集料0～5mm 石屑及礦粉均按《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004[4]進行了規定項目的試驗檢測。檢測結果表明該試樣所檢各項指標均滿足瀝青混合料用粗集料、細集料及礦粉的質量技術要求。試驗項目及檢測結果詳見表2～表4 所示。

表2 粗集料技術指標

表4 礦粉技術指標

1.3 纖維

穩定劑采用木質纖維素KX-B200，摻量為混合料重的0.3%。

2 SMA- 13 目標配合比設計

2.1 級配設計原則

本次配合比設計采用的是最大密實理論為連續級配瀝青混合料的設計指導思想，以馬歇爾試驗為設計提供重要依據。形成平滑的S 型級配，避免出現犬牙交錯。考慮層位功能，滿足耐久、穩定、水穩定性、抗滑等要求。工程級配范圍比規范級配范圍窄，其中4.75mm 和2.36mm 通過率上下限差值宜小于12%。同時考慮施工性能，易攤鋪、易壓實，避免嚴重離析。控制0.075～0.6mm顆粒含量，如果這一部分含量過高，屬于駝峰級配，瀝青含量稍多就會造成瀝青混合料的不穩定。級配曲線最大篩孔附近過于平緩，粗集料相對較細，表面易于平整。合成級配必須在設計和規范要求的范圍內，否則應進行調整。

表3 細集料技術指標

2.2 原材料篩分及級配設計

按照規范[4]關于SMA-13 密級配瀝青混合料礦料級配范圍要求。根據規范熱拌SMA 瀝青混合料配合比設計方法，在設計級配范圍內, 經過試配，SMA-13 型瀝青混凝土目標配合比采用10～15mm碎石:5～10mm碎石:0～5mm石屑:礦粉=34:40:18:8。礦料組成級配曲線圖見圖1。該級配接近規范SMA-13 級配范圍中值。

圖1 礦料合成級配曲線

2.3 確定最佳瀝青用量

以0.3%為間隔，按4 個油石比制備馬歇爾試件進行測試，并計算各項指標，試驗時，馬歇爾試件擊實次數為兩面擊實各50 次，擊實溫度控制在165℃，按瀝青混合料質量的0.3%摻配木質素纖維。以瀝青用量（油石比）為橫坐標，以馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標，繪制馬歇爾試驗結果關系曲線圖，結果如圖2～圖7 所示。

圖2 密度與瀝青用量關系曲線圖

圖3 流值與瀝青用量關系曲線圖

圖4 穩定度與瀝青用量關系曲線圖

圖5 飽和度與瀝青用量關系曲線圖

圖6 隙率與瀝青用量關系曲線圖

圖7 VMA 與瀝青用量關系曲線圖

以瀝青用量為橫坐標，以馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標作圖。試驗結果如圖8 所示。在關系曲線上取密度最大值對應的瀝青用量a1=6.1%；穩定度最大值相對的瀝青用量a2=6.3%；設計空隙率相對應的瀝青用量a3=6.15%；飽和度中值相對的瀝青用量a4=6.2%，其中共同范圍OACmin=5.85%；OACmax=6.45%；最佳瀝青用量OAC 按下式計算：

圖8 集配試驗結果

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.19%

OAC2=(OACmin+ OACmax)/2=6.15%

OAC=(OAC1+OAC2)/2=6.2%

根據實踐工程經驗和公路等級、該地區的氣候條件、交通情況，綜合決定最佳油石比為：OAC=6.2%。

3 性能評價

3.1 浸水馬歇爾試驗

采用最佳瀝青用量6.2%(油石比) 制備馬歇爾試件, 按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[5]中T0709-2011 方法進行了SMA-13 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗, 其殘留穩定度為87.0%,滿足改性瀝青混合料配合比設計檢驗指標中馬歇爾殘留穩定度大于85%的要求。試驗結果詳見表5。

表5 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下浸水馬歇爾試驗結果

3.2 高溫穩定性檢驗

采用最佳瀝青含量6.2%制備車轍試件，按JTG E20-2011 規程T0719-2011 方法進行SMA-13 瀝青混合料車轍試驗，試驗結果見表6。具體試驗條件如下：

表6 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下車轍試驗結果

車轍板尺寸：300mm×300mm×50mm，拌和溫度：180℃，碾壓溫度：165℃，行走距離：(23±1)cm，試驗溫度：60℃，碾壓速度：(42±1) 次/min，其動穩定度DS=6040 次/mm，滿足設計文件中車轍不小于3000 次/mm要求。

3.3 滲水性能檢驗

滲水試驗結果見表7，結果表明輪碾法成型的試件滲水系數為45.3ml/min，滿足JTG F40-2004 中滲水系數小于80ml/min 的技術要求。

表7 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下滲水試驗結果

3.4 謝倫堡析漏試驗（燒杯法）

試驗條件：試驗溫度(185±2)℃，將混合料持續保溫60min 后進行析漏測試。結果見表8，結果表明混合料析漏損失為0.05%，滿足設計文件中不大于0.1%的技術要求。

表8 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下謝倫堡析漏試驗結果

3.5 肯塔堡飛散試驗

試驗條件：將成型的馬歇爾試件（雙面各擊實50次）在(20±0.5)℃水溫下浸泡20 小時，然后采用洛杉磯磨耗試驗機旋轉300 次進行飛散測試。結果見表9，結果表明混合料飛散損失為11.7%，滿足設計文件中不大于20%的技術要求。

表9 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下肯塔堡飛散試驗結果

3.6 抗滑性能檢驗

抗滑性能試驗結果見表10，結果表明輪碾法成型的試件抗滑值FB20為60BPN，滿足JTG F40-2004 中抗滑性能的技術要求。

表10 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下表面抗滑性能試驗結果

3.7 構造深度檢驗

鋪砂法構造深度試驗結果見表11，結果表明輪碾法成型的試件構造深度為0.88mm，滿足JTG F40--2004中構造深度的技術要求。

表11 SMA-13 目標配合比設計最佳瀝青用量下構造深度試驗結果

礦料配合比及設計油石比如表12 所示。

表12 礦料配合比及最佳油石比

4 結論

經過混合料級配調試和相關驗證試驗，表明參有特定含量木質纖維素的SMA-13 型改性瀝青混合料的各項性能均滿足技術要求，可作為工程瀝青上面層SMA-13型改性瀝青混合料生產配合比調試的依據。