淺談瀝青瑪蹄脂碎石的目標配合比設計

何榮勤

(廣東省東莞市鴻高建設工程有限公司)

1 概 述

瀝青瑪蹄脂碎石路面是一種引人注目的新型瀝青路面結構,它既有很強的高溫抗車轍性能又有出色的低溫抗裂性能,表面抗滑、噪音小等優點,隨著社會的不斷進步和技術的提高,瀝青瑪蹄脂碎石在路面上的應用日趨廣泛。很多高速公路、一級公路都采用它作為上面層,瑪蹄脂碎石是瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙組成的瀝青混合料,粗集料骨架、瀝青瑪蹄脂的設計對控制瀝青瑪蹄脂碎石路面質量很重要,由于在配合比設計方面的經驗比較缺乏,只是一味的照搬規范,在粗集料骨架、瀝青瑪蹄脂的確定上并未形成真正的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙。所以導致了一些道路在施工過程中出現早期損壞、泛油、離析等情況。

2 目標配合比設計

2.1 選擇原材料

SMA-13的配合比設計要根據規范要求選擇料場,材料來源要穩定、規格符合規范要求。輝綠巖和玄武巖都是做SMA的好材料,這兩種巖石質地密實、有較好的抗壓強度和磨耗值。與輝綠巖相比玄武巖的質量更好,所以考慮采用玄武巖這種巖石材料的集料。在纖維的選擇上可以考慮用木質素纖維或聚合物纖維,根據設計推薦和以往玄武巖 SMA路面的經驗采用聚合物纖維。集料采用南海小塘玄武巖 10～15mm碎石、5～10mm碎石、機制砂;瀝青采用新加坡埃索 SBS(I-D)改性瀝青;纖維采用德蘭尼特聚合物纖維(摻量為設計要求0.2%);礦粉采用從化呂田球磨石灰石礦粉。

2.2 原材料試驗檢測

材料均符合現行規范要求。并對集料進行水洗法和干篩法兩種篩分、測定粗集料的毛體積相對密度、表觀相對密度,細集料的表觀相對密度,纖維外送檢定其密度,改性瀝青采用 25℃/25℃的密度改性瀝青的常規檢驗,包括軟化點、針入度、燃點和閃點、延度、針入度比、含蠟量、加熱損失、密度、彈性恢復、粘度、離析。改性瀝青的離析試驗很重要,在條件允許的情況下可以加大檢測頻率,尤其要檢測儲存時間較長的瀝青。

2.3 確定最佳級配

按照混合料配合比設計方法,第一批試驗設計成三種級配,使 4.75mm通過率分別為規范中值、規范中值的 ±4%(即 23%、27%、31%),使 0.075mm通過量均為 10%左右。采用計算機進行配合比設計(人機對話法)。參考已完工的實際工程SMA的設計瀝青用量,其瀝青用量一般為5.7%～6.3%,為此先按 6.0%瀝青用量制作馬歇爾試件。同時對每一種級配的礦料 4.75mm以上的粗集料的間隙率VACDRC,VACDRC是根據 4.75mm以上的粗集料的毛體積密度ρCA及用搗實法測定 4.75mm以上的粗集料的松方密度 ρS計算得到。見表 1。

表 1 粗集料的間隙率VACDRC

通過馬歇爾穩定度試驗,列出第一批 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果。見表 2。由此表可見,4.75mm的三個通過率 23%,27%,31%在瀝青用量為 6.0%的情況下,4.75mm通過率為31%的級配,其混合料 VCAmix大于設計VACDRC,表明 4.75mm通過率不宜太大;4.75mm通過率為24%的級配,其混合料空隙率較大,且 VCAmix最小,VFA和穩定度較小,VMA滿足要求,流值較小;由此結果看,4.75mm通過率不能太大亦不能太小,應采用 4.75mm通過率為25%左右的級配,應能滿足要求,通過增加瀝青用量和4.75mm通過率,混合料空隙率將會減少,VFA將會增大,而穩定度、VMA、VCAmix變化率能滿足要求。因此在進一步設計中采用 4.75mm通過率為 25.5%的級配為推薦級配。

表 2 第一批SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

2.4 確定最佳瀝青用量

經過重新試配,SMA-13型瀝青混合料試驗室目標配合比依然采用 10～15mm、5～10mm碎石、機制砂、礦粉,使4.75mm通過量為 25.5%、0.075mm通過量為 10%左右、其粗集料間隙VACDRC=38.8%。根據SMA-13目標配合比級配馬歇爾試驗結果 SMA-13試驗關系曲線圖,根據 SMA-13馬歇爾配合比設計技術要求各“瀝青瑪蹄脂碎石混合料設計施工指南”,要求 SMA-13粗集料骨架間隙率 VCAmix小于 VACDRC=38.8%,滿足 SMA-13配合比 VCAmix設計要求。根據SMA-13馬歇爾配合比技術空隙率為 3%～4%的條件,確定 SMA-13的瀝青含量為 6.0%,其中實測 VMA為17.2%滿足 ＞17.0%的要求,VFA為 79.1%滿足 75%～85%的要求,馬歇爾穩定度為 6.32kN滿足＞6.0kN要求,流值 33.4(0.1mm)滿足 20～50mm(0.1mm)的要求,因此初步確定SMA-13瀝青混合料改性瀝青瀝青用量為 6.0%。

3 SMA配合比設計的驗證

3.1 謝倫堡瀝青析漏試驗

SMA的瀝青用量是否合適關系到SMA結構的成敗。因此在配合比設計后需要對瀝青用量進行兩種檢測,是否因瀝青太多造成析漏及因瀝青太少造成飛散。析漏是為了確定瀝青混合料有無多余的自由瀝青或瀝青瑪蹄脂量而進行的試驗,由此確定最大瀝青用量。SMA盡管需要較多的瀝青,但是無論如何不能超過所有礦料的表面積所能吸附的最大瀝青用量。否則就要產生多余的自由瀝青,成為集料之間的潤滑劑,造成瑪蹄脂上浮,影響構造深度,降低高溫穩定性,從而影響路用性能。

采用最佳瀝青用量 6.0%拌制 SMA-13混合料,按JTJ052-2000T0732-2000規程進行了 SMA-13瀝青謝倫堡瀝青析漏試驗,試驗結果SMA-13瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗結果,其平均析漏損失率為 0.04%,滿足改性瀝青混凝土配合比設計檢驗指標中結合料析漏損失不大于0.1%的要求。

3.2 肯塔堡飛散試驗

瀝青混合料的集料飛散性能是指由于瀝青用量少或粘結力不足,在交通荷載的反復作用下,出現的集料脫落、掉粒、飛散,并成為坑槽的路面損壞,以馬歇爾試件在洛杉磯試驗機中旋轉撞擊的規定次數,瀝青混合料試件散落材料數量的百分比計量。為了防止這種破壞,在配合比設計時,飛散試驗進行檢驗是必要的。瀝青用量為 6.0%時SMA瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗結果滿足要求,因此采用瀝青用量6.0%拌制 SMA-13混合料,按 JTJ052-2000、T0733-2000規程進行了SMA-13瀝青混合料肯塔堡飛散試驗,其平均飛散損失率為 4.0%,滿足改性瀝青混凝土配合比設計檢驗指標中混合料飛散損失率比不大于 15%的要求。

3.3 水穩定性檢驗

(1)殘留馬歇爾穩定度試驗

采用瀝青用量 6.0%制馬歇爾試件按 JTJ052-2000、T0709-2000規程進行了 SMA-13瀝青混合料浸水馬歇爾試驗,試驗結果其殘留穩定度為 98.3%,滿足改性瀝青SMA混合料配合比試驗指標中馬歇爾殘留度大于 80%的要求。

(2)凍融劈裂試驗

采用最佳瀝青含量 6.0%制作馬歇爾試件,按 JTJ052-2000、T0709-2000規程進行了 SMA-13瀝青混合料凍融劈裂試驗,其凍融劈裂強度比為 85%滿足改性瀝青 SMA混合料配合比設計檢驗指標中凍融劈裂強度比大于 80%的要求。

(3)高溫穩定度檢驗

采用最佳瀝青含量 6.0%制車轍試件,按JTJ052-2000、T0719-2000規程進行了 SMA-13瀝青混合料車轍試驗,其動穩定度 DS=6193次 /mm,滿足改性瀝青 SMA混合料配合比設計檢驗指標中車轍試驗動穩定度＞3000次的要求。

(4)表面滲水和構造深度檢驗

采用試驗室混碾法成型的試件進行表面滲水試驗和鋪砂法構造深度試驗。試驗結果均符合規范要求。良好的SMA結構在碾壓成型后,應該是基本上不透水或者透水很慢的,表面具有足夠的構造深度,基本上不透水是鑒別是不是真正的SMA的重要標志。

4 結束語

要使瀝青瑪蹄脂碎石路面高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、表面抗滑性能、減少噪音等性能更好地發揮出來,好的配合比是一方面,更要重視路面的現場施工。所有參加公路建設的施工單位,都有義不容辭的責任,都必須強化施工管理,完善施工工藝和施工方法,提高施工質量,從根本上解決問題,使社會效益和工程質量得到保證。