瀝青瑪脂碎石混合料(SMA)配合比設計

徐 明 凱

(太原市政建設集團有限公司辰宇公司，山西 太原 030024)

1 概述

2 SMA混合料結構組成分析

2.1 瀝青混合料結構組成

瀝青混合料是道路工程中應用十分廣泛的一種施工材料，它是由多種成分材料混合而成的。瀝青混合料的組成通常較為復雜。一般情況下，研究瀝青混合料時，主要關注的是混合料礦顆粒的大小，礦顆粒的相互位置基于瀝青閉合空隙與連通空隙的比值。這些參數對瀝青混合料的性能有一定影響，是瀝青混合料研究的重點問題。

為此，為了提升瀝青混合料的性能，需要從結構上進行改進，這樣才能從根本上解決瀝青混合料的質量問題。尤其是要注意改善礦料與枯結料相互作用狀態，讓礦料與枯結料之間生成化學鍵，大幅度提高瀝青混合料的強度。通常情況下，膠凝結構是瀝青混合料的基本空間結構狀態。此時，礦料的顆粒通過瀝青薄膜粘結在一起，瀝青混合料的結構強度在很大程度上取決于混合料的內摩阻力和粘結力。

2.2 瀝青混合料強度

瀝青混合料的強度是實際工程施工過程中重點需要考慮的性能，用于施工場地的瀝青混合料，必須要達到相應的強度要求。只有這樣，工程才能夠保證質量。目前，瀝青混合料的強度度量方式主要是基于庫侖的內摩擦理論。該理論認為：瀝青混合料強度主要取決于兩個因素，礦質顆粒之間的內摩阻力和嵌擠力，以及瀝青膠結料及其與礦料之間的粘結力和內聚力。瀝青混合料中嵌擠力和內摩阻力是由礦質骨料的尺寸均勻度、顆粒形狀及表面粗糙度所決定的。為了提高瀝青混合料的強度，可以采用較為均勻的礦料，這樣可以增加混合料的嵌擠力和內摩阻力。例如，采用有棱角而又表面粗糙的骨料一定會比圓球型表面光滑的骨料的嵌擠力和內摩阻力要大得多。

2.3 SMA組成與強度特點

3 SMA混合料對材料的要求

3.1 瀝青結合料

首先，瀝青結合料仍然是SMA混合料的主體組成部分。這就要求瀝青結合料質量必須要滿足一定的要求，只有這樣，才能保證SMA的質量。瀝青結合料必須要具備較高的粘度，SMA的高溫穩定性和低溫抗裂性才能夠得到保證。

其次，SMA中使用的瀝青混合料還要具備一定的稠度。我國道路工程中廣泛應用的瀝青混合料包括AH-70,AH-90道路用重交通瀝青、韓國改性瀝青以及殼牌改性瀝青。

最后，從國內外對SMA瀝青混合料的研究與使用情況來看，并沒有相關數據表明，在SMA中一定要使用改性瀝青。但是，通過室內馬歇爾的實驗結果來看，改性瀝青的使用能夠在一定程度上提升SMA的高溫穩定性和低溫抗裂性。

3.2 粗集料

基于SMA的形成機理，SMA良好高溫穩定性和低溫抗裂性是源于SMA中含量較高的粗集料之間的相互嵌擠作用。為此，SMA粗集料對保證SMA的優良性能具有十分重要的作用。集料的顆粒形狀、棱角性、石質等特征均對粗集料的嵌擠作用有較大的影響。因此，在SMA粗集料的選擇過程中，必須在滿足相關技術要求的前提下，盡量選擇抗壓碎值高、堅韌性強、棱角分明的優質石料，此外，還要注意對粗集料扁平顆粒含量的限制，這對SMA的性能影響也較大。在SMA加工與生產過程中，一定要注意堅決不能采用顆板式軋石機進行破碎操作，要使用錘擊式或者錐式破碎機。

目前，在我國道路施工過程中，SMA粗集料的來源通常有兩種：普通的石灰巖和花崗巖配置形成的瀝青混合料。基于室內馬歇爾實驗，該配比的粗集料的性能簡要歸納如下。首先，使用玄武巖的SMA穩定性要優于使用石灰石的SMA。其次，使用玄武巖后，SMA的動穩定性也大幅提升，發揮了SMA結構的優越性。最后，基于石灰石的SMA混合料，優于粗集料的質地不堅硬，不能很好地展現SMA混合料的優良性能。

3.3 細集料

相比粗集料，細集料在SMA中的占比較少。通常情況下，SMA細集料的占比不會超過10%。但是，細集料對SMA的性能影響卻一點也不小。傳統的瀝青混合料中，經常采用天然砂作為細集料。但是，雖然天然砂有較好的耐久性，但是天然砂與瀝青的粘附性往往較差，這對于穩定性不是十分有利。此外，天然砂的顆粒基本上是球形顆粒，在高溫條件下，不能很好地發揮SMA的結構優勢。如果實驗石屑作為SMA的細集料，可以很好地解決天然砂的粘附性差的問題，但是石屑中的扁平顆粒含量少，整體強度較差。因此，馬歇爾實驗與實際工程實踐結果均表明，SMA配置過程中，細集料最好采用機制砂。這是因為機制砂是由堅硬巖石反復破碎制成，其棱角性和嵌擠性能均優于其他細集料，可以充分發揮出SMA的優良結構性能，可以顯著提升SMA的穩定性。

3.4 填料

4 SMA混合料的配合比設計

4.1 SMA的設計準則

為了在配置過程中，充分發揮SMA結構的優良特性，切實提高SMA的高溫穩定性和低溫抗裂性，需要在配置過程中滿足以下配置準則：第一，不能因為瀝青含量過高出現離析問題；第二，不能因為瀝青含量過低導致混合料過于松散；第三，保證SMA具有足夠的高溫穩定性；第四，保證SMA具有足夠的水穩性；第五，保證SMA具有足夠的構造深度；第六，保證SMA具有足夠的低溫抗裂性。

4.2 集料級配設計

在SMA的配置過程中，級配SMA瀝青混合料的密度、空隙率、礦料間隙率等體積指標以及SMA力學性能有較大的影響。為此，需要的SMA過程中，選擇合適的級配。只有這樣，才能保持SMA的力學性能。馬歇爾實驗表明，對于SMA-13，可以選擇4.75 mm的級配控制點。

4.3 確定初試瀝青用量

對于SMA-13而言，最佳油石比一般可以選擇為6%～6.5%之間。但是考慮到，工程質量的要求，通常均采用6.5%的油石比。此時，SMA的表觀密度、空隙率、礦料間隙率(VMA)以及飽和度等各項指標均能夠滿足要求。

4.4 目標配合比設計檢驗

基于最佳油石比6.5%，下一步就需要對SMA混合料進行車轍試驗、飛散試驗、析漏試驗，以此來驗證SMA的配置是否科學合理。實驗結果表明，配置出的SMA混合料能夠滿足路用條件，動穩定次數平均維持在5.8左右，飛散實驗損失率約為1.6，析漏試驗中的析漏量平均約為0.08。各項指標均滿足相關技術要求。

5 結語