市政道路高黏復(fù)合改性SMA-13配合比設(shè)計研究

謝連杰

河南省建設(shè)集團(tuán)有限公司, 河南 鄭州 450000

0 引言

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性瀝青混合料性能優(yōu)良,但該類路面普遍存在開裂、沖刷等病害,尤其是路面開裂現(xiàn)象尤為顯著,對市政道路的使用壽命造成不利影響[1]。在現(xiàn)有研究成果的前提下,結(jié)合當(dāng)前交通量需求,可采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)修筑市政道路,能有效改善路面的使用性能,增強(qiáng)路面的抗車轍能力等。為此,開展市政道路高黏復(fù)合改性SMA-13配合比設(shè)計研究具有一定現(xiàn)實意義。

1 工程概況

某市政道路工程,全長3.23 km,全線與之相交的道路共有7條,自通車運營至今,歷經(jīng)12年未進(jìn)行大修,其中多進(jìn)行小、中修。路面主路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為機(jī)動車道(12 m)、中分帶(2 m)、機(jī)動車道(12 m),共26 m。經(jīng)路面病害檢測,在瀝青路面總面積中,病害路面占比達(dá)21%。為了修復(fù)路面病害,改善路面使用性能,決定采用高黏復(fù)合改性SMA-13混合料進(jìn)行施工,為優(yōu)化施工方案,規(guī)范施工流程,須保證配合比設(shè)計的合理性。

2 高黏復(fù)合改性SMA-13配合比設(shè)計

2.1 原材料選擇

1)瀝青采用SBS改性瀝青材料。

2)礦料分為粗、細(xì)集料,以5～10 mm、10～15 mm這2檔玄武巖為粗集料;以0～5 mm機(jī)制砂為細(xì)集料。

3)面層用礦粉,須提前做抽檢處理,重點檢測指標(biāo)有粒度、安定性、塑性指數(shù)等,其中一個十分重要的指標(biāo)為塑性指數(shù),若達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,說明礦粉內(nèi)含泥量過多,會嚴(yán)重影響混合料的穩(wěn)定性及其他路用性能。因此,選擇礦粉時,要重點控制母材的含泥量,可采用大于13.2 mm粒徑的石灰?guī)r材料,碎石加工成粉使用。此外,還要根據(jù)設(shè)計要求,適當(dāng)延長礦粉研磨時間,保證級配與規(guī)定相符。礦粉運輸至施工場地,須及時檢測其性能,保證滿足施工要求。

4)原設(shè)計采用的SBS改性瀝青與HVA高黏劑比值為94：6,經(jīng)性能檢測與計算分析,115 843 Pa·s為其動力黏度,與設(shè)計規(guī)定值200 000 Pa·s相比,未達(dá)到規(guī)定要求,基于此,須調(diào)整SBS改性瀝青的摻量,即兩者比值調(diào)整為93：7。

5)混合料中,木質(zhì)素纖維的用量控制在0.3%以上,經(jīng)試驗檢測可知,木質(zhì)素纖維各項技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)定要求。

2.2 配合比設(shè)計要求

1)選擇符合施工規(guī)定的原材料,確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2)選定礦料混合料級配,確保上面層密實度符合規(guī)定。

3)確定最優(yōu)瀝青用量,在符合配合比指標(biāo)的前提下,做好析漏、飛散等檢測。

4)利用馬歇爾擊實試驗對瀝青混合料的力學(xué)指標(biāo)、體積指標(biāo)等進(jìn)行檢測,獲取最佳油石比[2]。

5)通過一系列試驗及對比分析,綜合評價瀝青用量,保證其科學(xué)合理。

2.3 級配組成設(shè)計

高黏復(fù)合改性SMA-13配合比設(shè)計,可按照試驗相關(guān)規(guī)定,針對不同級配,進(jìn)行馬歇爾擊實試驗,本工程共設(shè)計級配Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3類。

各種集料篩分及合成級配情況如表1所示。

表1 高黏復(fù)合改性SMA-13混合料初試級配 單位:%

同時,為了驗證3種不同級配的性能,可對其粗集料骨架松方間隙率進(jìn)行對比分析,結(jié)果如表2所示。

表2 粗集料骨架的松方密度及間隙率對比分析結(jié)果

最終,通過初試級配分析,瀝青混合料目標(biāo)配合比級配情況如表3所示。

基于上述分析,并結(jié)合體積指標(biāo),確定最優(yōu)級配,即Ⅰ級配。

2.4 確定最佳油石比

按照級配曲線分析情況[3],油石比選定3組,分別為5.8%、6.1%、6.4%,在確定最佳油石比時可進(jìn)行馬歇爾擊實試驗,共進(jìn)行75次擊實作業(yè),從而獲取不同油石比的技術(shù)指標(biāo)(見表4),進(jìn)行最佳油石比的分析,并最終確定。

通過對比分析不同油石比的各項技術(shù)指標(biāo),結(jié)合油石比分析圖,其中穩(wěn)定度曲線未見波峰,根據(jù)孔隙率4.1%,確定6.2%為瀝青用量(OAC1),按照OACmin～OACmax均可達(dá)到技術(shù)指標(biāo),則其平均值為6.2%(OAC2)的條件下,由此進(jìn)行最佳瀝青含量(OAC)計算,即OAC1和OAC2平均值計算[4]。其計算結(jié)果如下。

(1)

結(jié)合本工程實際情況和周邊施工環(huán)境,最終確定6.2%為本工程目標(biāo)配合比最佳油石比。

3 目標(biāo)配合比驗證分析

通過上述分析,確定瀝青混合料配合比,并檢測其浸水飛散、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比、動穩(wěn)定度等性能,結(jié)果如表5所示。

表5 高黏復(fù)合改性SMA-13混合料性能檢測結(jié)果

由表5可見,高黏復(fù)合改性SMA-13混合料經(jīng)試驗檢測分析,其各項技術(shù)指標(biāo)及性能均可滿足規(guī)定要求,具有良好的路用價值[5]。

4 結(jié)論

經(jīng)施工材料及試驗路段檢測結(jié)果分析,并與路面設(shè)計要求相結(jié)合,基于現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,在某市政道路高黏復(fù)合改性SMA-13配合比設(shè)計研究中,可得出如下結(jié)論。

1)根據(jù)施工要求及設(shè)計方案,合理選擇施工原材料,保證材料質(zhì)量均可達(dá)到規(guī)范技術(shù)指標(biāo)要求。最終確定在配合比設(shè)計中,摻加HVA高黏劑,并確定按照93：7的SBS改性瀝青和HVA高黏劑比例拌和施工,同時,在瀝青混合料質(zhì)量中,纖維用量控制在其0.3%左右。

2)明確配合比設(shè)計要求,結(jié)合級配組成設(shè)計,選定Ⅰ級配、Ⅱ級配、Ⅲ級配3種不同的級配設(shè)計方案,通過驗證3種不同級配的性能及初試級配分析,最終確定最優(yōu)為Ⅰ級配。

3)結(jié)合目標(biāo)配合比和拌合場試拌結(jié)果,確定生產(chǎn)級配與最佳油石比為6.2%。

4)分析及檢測高黏復(fù)合改性SMA-13配合比的所有技術(shù)指標(biāo),并進(jìn)行性能驗證,最終得出各項技術(shù)指標(biāo)均可達(dá)到規(guī)范要求,具有良好的應(yīng)用效果。