機制砂瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13設計分析

摘要：為提高表面層瀝青路面抗滑安全性能，文章提出一種適應廣西高速公路高溫潮濕環境以及重載交通作用下的機制砂SMA-13混合料配合比，并驗證分析了機制砂SMA-13路面具有良好的路用性能及抗滑安全性能。

關鍵詞：道路工程；瀝青瑪蹄脂混合料；級配；空隙率；動穩定度；構造深度

中圖分類號：U416.2 A 16 058 5

0 引言

車轍是瀝青路面病害的最主要形式之一，解決車轍問題不僅要依靠中下面層的骨架結構［1］，還應重視表面層的高溫穩定性［2］。瀝青表層抗滑耐磨需要有較大的構造深度，但構造深度越大，其密水性能越難得到保證。瀝青瑪蹄脂是按一定比例在改性瀝青中添加礦粉和纖維混合而成的瀝青膠漿，具有很強的膠結能力。根據膠漿理論，分散相分散在高稠度瀝青中的多級空間網絡結構對混合料的粘滯性和塑性影響很大［3］。

SMA混合料由礦料骨架和瀝青瑪蹄脂結合而成，能較好地解決上述抗滑構造深度和密水性的矛盾并且能使高溫穩定性符合相應的要求［4］。張爭其等［5］發現混合料的性能與瀝青膠漿的性能密切相關，在不同氣候地區，通過控制粉膠比和纖維含量能改善其高溫或低溫穩定性能。高丹盈等［6］對比不同纖維對SMA混合料性能的影響，發現木質素纖維的增粘增強效果比礦物纖維強。王娜等［7］分析了不同配比、纖維、粉膠比、溫度等對SMA性能的影響，并建議在高溫多雨等條件下，使用0.4%含量的木質素纖維。何軍等［8］依托廣西某高速公路項目，認為不同機制砂對混合料性能的影響不大，石灰巖與輝綠巖機制砂均能應用于SMA-13混合料中。

南寧沙井至吳圩高速公路是廣西交通強國建設試點項目和廣西首個智慧交通車路協同示范項目，建成后將有力推進“強首府”戰略，助力廣西交通發展實現新跨越。項目所處的南寧地區高溫潮濕多雨，并且設計規劃為重載交通，復雜的多重環境對抗滑表層的性能提出了更高的要求。主線瀝青路面結構層的厚度為19 cm，上面層SMA-13瀝青路面層厚4 cm。SMA混合料通常采用間斷級配，篩孔＞4.75 mm的粗集料通過率通常＞70%，骨料接觸點多，能形成較強的骨架抵抗高溫變形，因此SMA的粗集料采用針片狀含量低，磨耗值、壓碎值小，質地堅硬強度高的田東輝綠巖碎石，細集料采用石灰巖機制砂。本文結合№TJ1、№TJ2合同段（以下簡稱“1標”“2標”）SMA的生產配合比設計曲線及其首件工程，提出機制砂瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13的關鍵篩孔通過率，驗證了機制砂SMA-13路面具有良好的路用性能及抗滑安全性能。

1 原材料

1標粗集料是田東礦業料場的輝綠巖碎石，2標粗集料是田東鑫盛料場的輝綠巖碎石；1標細集料采用沿線生產的灰黑色石灰巖機制砂，2標細集料采用扶綏二級公路K18加工點的灰白色石灰巖機制砂；瀝青是中遠海運國際貿易有限公司提供的殼牌改性瀝青SBS（I-D）；1標礦粉是南寧市武鳴區石津建材廠提供的0～0.6 mm石灰巖礦粉，2標礦粉是南寧市美路達交通設施有限公司提供的石灰巖礦粉；1標木質素纖維是江蘇華康建材實業有限公司提供的德國CFF顆粒狀木質素纖維，2標木質素纖維是上海宏磐貿易有限公司提供的捷克顆粒狀木質素纖維。原材料檢測結果如表1～3所示。

從表2、表3可以看出，輝綠巖粗集料偏粗，這也增加了SMA-13混合料的級配設計難度，而石灰巖機制砂采用碎石二次破碎加工所得，潔凈、顆粒圓潤，0.075 mm篩孔的通過率≤15%，灰白色石灰巖機制砂相對灰黑色石灰巖機制砂要粗，前者0.6 mm篩孔的通過率相對更低。材質及加工工藝的不同，集料粗、細不同，礦粉的級配等均存在差異，因此，SMA-13混合料的級配設計時要適應礦料的技術特點。

2 機制砂SMA-13混合料的生產配合比設計及驗證

沙吳高速公路SMA-13混合料采用石灰巖機制砂作為細集料，在SMA-13的生產配合比設計中，與材料的特性相匹配，充分考慮熱料倉0.075 mm篩孔含量對級配的影響，以穩定熱料的篩分結果確定對應的施工配合比，以現場施工性能、路用性能、體積指標評價優為導向，瀝青混合料與拌和、攤鋪、碾壓設備的技術性能協同，施工和易性好，均勻設計、均衡生產，不推移、不軟彈，路面材料各向同性、密實。

石灰巖機制砂SMA-13混合料的生產配合比設計結果如表4～7和下頁圖1所示。

從表4～9可以看出，1標、2標的生產級配均是接近規范中值，兩者級配相差不大，因此兩段試驗路的馬歇爾試驗結果基本接近，空隙率在4.0%左右，穩定度gt;9 kN，動穩定度均gt;6 000，殘留穩定度gt;87%，能很好滿足路面的防水排水以及抗車轍的要求。在表4、表5中的石灰巖機制砂SMA-13混合料生產配合比設計的關鍵篩孔0.075 mm、2.36 mm的通過率分別為8.2%、9.4%，20.8%、20.4%，

考慮到瀝青混合料拌和過程中2.36 mm細集料以下部分可能呈現正增長的趨勢，石灰巖機制砂SMA-13混合料生產配合比設計的關鍵篩孔0.075 mm、2.36 mm的通過率分別約為8.8%、21%；1標熱料粗集料相對偏細，其用量相對較多，為43%，而2標熱料粗集料相對偏粗，其用量相對較少，為38%。

瀝青路面上面層試驗路SMA-13的生產配合比驗證結果如表10所示，性能檢測結果如表11所示，燃燒篩分檢測結果如表12所示。

從表10～12可以看出，在石灰巖機制砂SMA-13混合料的生產配合比驗證過程中，1標對生產配合比進行了微調整，SMA-13混合料的燃燒篩分結果與生產設計曲線略有差別，SMA-13混合料中的2.36 mm以下部分通過率呈現正增長趨勢，0.6 mm、0.75 mm篩孔的通過率基本接近規范中值，這樣既有利于上面層瀝青路面密實不滲水，也有利于上面層瀝青路面的抗滑安全，SMA-13混合料的空隙率也呈現減少的趨勢；2標SMA-13混合料中大于粗集料2.36 mm的通過率偏離設計值，整體呈現偏粗的趨勢。

1標瀝青路面上面層試驗路采用福格勒攤鋪機、2標采用中大攤鋪機，兩個標段均采用8臺雙鋼輪壓路機，瀝青路面上面層攤鋪速度為2.5～3.5 m/min，6臺雙鋼輪按兩個梯隊緊跟攤鋪機進行碾壓，碾壓遍數一般為鋼輪3～4遍，鋼輪碾壓速度為3～4 km/h，兩臺雙鋼輪壓路機緊跟進行高溫收光。

1標、2標上面層試驗段壓實度和厚度檢測結果分別見表13、表14，滲水系數檢測結果分別見表15、表16，構造深度檢測結果見表17，平整度檢測結果如下頁圖2所示。

從表13、表14可以看出，1標、2標的上面層石灰巖機制砂SMA-13瀝青路面試驗段均勻密實，2標試驗段的壓實度相對比1標略大些。2標的厚度與1標相比厚度更厚、波動較大，1標厚度更均勻。

從表15～17和圖2可以看出，1標石灰巖機制砂SMA-13路面的構造深度約為0.83 mm，具有良好的抗滑安全性能；與1標相比，2標石灰巖機制砂SMA-13路面試驗段較密實，其滲水系數、平整度也符合規范要求，但2標SMA路面的平整度整體相對比1標低、壓實度相對大，其滲水系數值反而相對比1標大，這可能與拌和過程SMA-13混合料中＞2.36 mm部分的通過率偏離設計曲線、相對變粗、機制砂SMA路面的開口空隙相對較大等相關。

3 結語

（1）SMA-13混合料的級配設計充分考慮礦料材質及熱料倉0.075 mm的含量對混合料的影響，灰黑色石灰巖機制砂SMA-13混合料也即1標的生產級配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過率分別約為56.8%、25.6%、20.8%、13.3%、8.2%；灰白色石灰巖機制砂SMA-13混合料也即2標的生產級配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過率分別約為59.7%、24.2%、20.4%、15.1%、9.4%。

（2）石灰巖機制砂SMA-13混合料的生產配合比設計及驗證與礦料的特性相匹配，以現場施工性能、路用性能、體積指標評價優為導向，與拌和、攤鋪、碾壓設備的技術性能協同，SMA路面材料具有各向同性、粗糙、密實、平整的特點。

參考文獻

［1］王 輝，李雪連，張起森.高溫重載作用下瀝青路面車轍研究［J］.土木工程學報，2009，42（5）：139-144.

［2］孟書濤，魏道新.SMA瀝青路面抗車轍性能研究［J］.公路交通科技，2005（12）：5-8.

［3］李 平，張爭奇，孫鴻偉，等.瀝青膠漿粘度特性研究［J］.交通運輸工程學報，2008（2）：49-52，64.

［4］李福普，沈金安.薄層小粒徑SMA路面的研究與應用［J］.公路交通科技，2004（12）：5-8.

［5］張爭奇，王永財.瀝青膠漿對瀝青混合料高低溫性能的影響［J］.長安大學學報（自然科學版），2006（2）：1-5.

［6］高丹盈，湯寄予，李花歌.纖維對瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）路用性能的影響［J］.建筑材料學報，2008，11（6）：741-745.

［7］王 娜，申愛琴.SMA瀝青混合料改性瀝青瑪蹄脂的性能［J］.長安大學學報（自然科學版），2006（6）：27-33.

［8］何 軍，陳 寧.廣西不同巖性細集料SMA-13瀝青混合料的性能對比分析［J］.西部交通科技，2019，142（5）：64-67.

收稿日期：2022-12-01