SMA材料的選擇及配比設(shè)計(jì)

張 健

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110166）

1 引言

隨著公路交通量的增長(zhǎng)，大型及重載車輛的比例不斷增加，對(duì)瀝青路面的性能要求越來越高。SMA路面具有良好的抗車轍能力、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐疲勞性及水穩(wěn)定性，成型后不透水，且具有良好的抗滑性能，適用于高等級(jí)公路瀝青路面的上面層。

2 材料的選擇

SMA的特點(diǎn)是瀝青用量多、粗集料多、礦粉多、細(xì)集料少，使粗集料的骨架嵌擠作用得到充分發(fā)揮，使混合料具有抵抗荷載變形的能力；瀝青瑪蹄脂則填充于粗集料的剩余孔隙中，以形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。

2.1 瀝青

SMA是間斷級(jí)配，要求瀝青結(jié)合料粘結(jié)性好，瀝青的用量就會(huì)增加。因此應(yīng)選擇針入度小（南方宜為40～60，北方宜為60～80）、軟化點(diǎn)高、溫度穩(wěn)定性好的瀝青。最好采用改性瀝青，在考慮與礦料的粘附性能前提下以改善抗高溫變形和抗低溫變形的能力。

2.2 集料

SMA是骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，集料間的接觸力較大，石料的磨損較快，所以須采用高質(zhì)量且耐壓碎的集料。4.75mm以上的粗集料占70%以上，應(yīng)選用花崗巖、砂巖、玄武巖等。粗集料應(yīng)為顆粒形狀，針片狀含量不大于10%，壓碎值不大于22%；粗集料還應(yīng)表面粗糙且具有耐磨光性能，磨光值應(yīng)在42BPN以上，洛杉磯磨耗損失應(yīng)在30%以下。細(xì)集料應(yīng)由堅(jiān)硬的石料磨制而成。

2.3 礦粉

SMA中礦粉是馬蹄脂的主要成分，其影響混合料的穩(wěn)定性能和抗車轍能力。礦粉宜采用磨細(xì)的石灰石粉，粒徑小于0.075mm的顆粒含量應(yīng)在75%以上，親水系數(shù)小于1。為改善瀝青結(jié)合料的粘附性，消石灰和水泥用量應(yīng)控制在礦料總質(zhì)量的2%以下。

2.4 纖維穩(wěn)定劑

纖維穩(wěn)定劑的作用是增大集料的表面積及吸油，以增加油膜厚度達(dá)到增強(qiáng)與集料粘附性的目的；同時(shí)能提高SMA混合料高溫下的抗剪能力，減少運(yùn)輸、攤輔過程中瀝青的析漏。我國使用木質(zhì)纖維和礦物纖維較多。

3 SMA配比設(shè)計(jì)

根據(jù)重載交通量大的特點(diǎn)，試驗(yàn)采用的馬歇爾試件雙面擊實(shí)50次。試驗(yàn)結(jié)果須滿足：空隙率VV為3～4%，礦料間隙率VMA不小于17%，瀝青飽和度VFA為75～85%，穩(wěn)定度不小于6.0KN，流值為2～5mm。最佳瀝青用量參考飛散試驗(yàn)和高溫析漏試驗(yàn)來確定。

3.1 確定初級(jí)級(jí)配

本試驗(yàn)選擇3組級(jí)配，在4.75mm篩孔通過率均為設(shè)計(jì)級(jí)配范圍的中值；其中礦粉數(shù)量在0.075mm篩孔通過率均為10%。

3組級(jí)配4.75mm篩孔通過率分別為26%、28%、30%，級(jí)配范圍均在SMA的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配范圍內(nèi)：

級(jí)配 1：10～15mm：5～10mm：機(jī)制砂：礦粉=50：26：14：10；

級(jí)配 2：10～15mm：5～10mm：機(jī)制砂：礦粉=50：28：12：10；

級(jí)配 3：10～15mm：5～10mm：機(jī)制砂：礦粉=50：30：10：10。

3.2 瀝青初試用量

我國經(jīng)驗(yàn)，最佳油石比在5.7～6.2%之間，本試驗(yàn)最小油石比選擇6.0%，以3組級(jí)配制作馬歇爾試件，量測(cè)并計(jì)算礦料間隙率VMA和粗集料骨架間隙率VCA。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 SMA馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由此可見3組級(jí)配礦料間隙率VMA均大于17%，級(jí)配3的空隙率VV不滿足3～4%的要求。當(dāng)有2組及以上級(jí)配同時(shí)滿足要求時(shí)，以粗集料分界篩孔通過率大的級(jí)配為設(shè)計(jì)級(jí)配，級(jí)配1和級(jí)配2均可滿足要求，但級(jí)配1的空隙率VV為3.86%，略偏大，而級(jí)配2的空隙率接近設(shè)計(jì)空隙率3～4%的中值，最終確定級(jí)配2為設(shè)計(jì)級(jí)配。

3.3 確定最佳油石比

為確定最佳油石比，本試驗(yàn)選擇木質(zhì)纖維，其摻加量為混合料總量的0.3%。將油石比采用5.8%、6.0%、6.2%分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

通過試驗(yàn)結(jié)果可知：只有油石比為6.0%的空隙率VV滿足3～4%的規(guī)范要求，故最佳油石比可采用6.0%。

3.4 SMA配比設(shè)計(jì)性能檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)級(jí)配2和選取的最佳油石比6.0%，對(duì)SMA配比設(shè)計(jì)性能進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表2 級(jí)配2的馬歇爾試驗(yàn)驗(yàn)證

表3 SMA配比設(shè)計(jì)性能試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求。最終確定SMA配比為 10～15mm：5～10mm：機(jī)制砂：礦粉=50：28：12：10，纖維穩(wěn)定劑摻量為混合料總量的0.3%，最佳油石比為6.0%。

4 結(jié)語

SMA配比設(shè)計(jì)是通過試拌和檢驗(yàn)后，達(dá)到級(jí)配合理并符合SMA的設(shè)計(jì)指標(biāo)。由于各地區(qū)的情況不同，工程實(shí)踐中需要經(jīng)過多次試驗(yàn)及檢驗(yàn)才能得出符合當(dāng)?shù)氐淖罴鸭?jí)配及最佳油石比。SMA配比設(shè)計(jì)復(fù)雜而細(xì)致，確定級(jí)配是關(guān)鍵。