瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）配合比設計優化措施分析

吳明明

（南通路橋工程有限公司，江蘇南通 226001）

0 引言

在對SMA-13 瀝青瑪蹄脂碎石混合料配合比進行設計過程中，由于其具有較強的系統性，因此施工單位應對其設計過程進行控制，通常可以分為目標配合比、生產配合比以及試拌驗證等階段。在設計過程中，試驗人員應以實際施工情況，在室內對目標配合比進行設計，確保其符合規范要求，再以目標配合比為基礎，對生產配合比進行優化，最后通過試拌對生產配合比、施工組織以及設備等因素進行驗證。在瀝青瑪蹄脂碎石混合料中，生產配合比具有重要作用，其可以為生產過程提供借鑒。因此，為了保障工程施工質量，施工單位應對配合比設計過程進行控制，達到優化配合比的目的。

1 瀝青瑪蹄脂碎石混合料的性能和結構特點

1.1 混合料的性能

一是高溫抗車轍性能較好。SMA 中粗集料含量大于70%，且細集料相對較少，粗集料之間的空隙主要由瀝青瑪蹄脂進行填充，粗集料骨架承受了大部分的交通荷載，而粗集料之間的嵌擠作用較高，因此瀝青混合料抗荷載變形能力較強，其高溫抗車轍性能也會隨之提高。二是低溫抗裂性能較好。當溫度較低時，混合料的拉伸性能將直接決定其抗裂性能。而在SMA 制備過程中，其集料中間填充了大量的瀝青瑪蹄脂，因此使混合料黏結性和柔韌性進一步提高，從而達到提高混合料低溫抗裂性能的目的。三是抗滑性能較好。在混合料制備過程中，為間斷級配，且粗集料多為耐磨、粗糙、堅硬的優質石料，在路面壓實處理后，其表面孔隙相對較大，可以使路面抗滑性能進一步提高，與此同時，在雨天時，車輛行駛濺水和水霧相對較小，可以使路面噪音得到有效控制。四是耐久性較好。由于混合料各集料之間黏結力較好，且空隙率較小，混合料具有較強的不透水性，水對混合料的影響相對較小，因此混合料水穩性相對較高，與此同時，當空隙率較小時，空氣與瀝青之間的接觸面積也會進一步降低，使混合料抗老化性能進一步提高，從而達到提高路面耐久性的目的[1]。

1.2 混合料的結構特點

第一，瀝青瑪蹄脂碎石混合料為間斷級配。通常SMA-13 中大于4.75mm 的粗集料含量為66%～80%，礦粉用量一般為9%～15%，細集料含量極少。第二，瀝青用量相對較多，通常含量應為6%～7.5%，由于其黏結性要求相對較高，因此應選擇溫度穩定性好、軟化點高、針入度小的改性瀝青。第三，在混合料制備過程中，應加入穩定劑，重量應為0.3%～0.4%的混合料重量。第四，混合料空隙率較小，通常為3%～4%。第五，在混合料制備過程中，礦粉應為石灰石粉，細集料應為石屑，粗集料應具備針片狀顆粒少、表面粗糙、硬度高等特點。

2 工程概況

某高速公路項目地處平原地區，所處位置地勢平坦，工程全長為8.209km，路基寬度為40m，路面采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13）進行施工。為保障高速公路施工質量，施工單位應對配合比進行設計。

3 材料控制

3.1 原材料質量

在公路工程施工過程中，為了對瀝青瑪蹄脂碎石混合料配合比進行合理控制，施工單位應對各施工原材料質量進行控制。在該混合料制備過程中，所使用的碎石為輝綠巖或玄武巖等硬質巖，且碎石規格主要為5～10mm，10～15mm，所使用的石屑通常為石灰巖或玄武巖，規格為0～2.36mm，礦粉為石灰巖，瀝青為SBS 改性瀝青，抗剝離劑的品牌為文昌牌，木質纖維素為NK 木質纖維素。施工單位應對原材料進行取樣檢測。

3.2 改性瀝青檢測

為了控制瀝青的質量，試驗人員應對改性瀝青進行檢測，確保改性瀝青穩定性符合要求，從而達到控制配合比的目的。

3.3 粗集料檢測

該工程所使用的粗集料為玄武巖，碎石具有顆粒方正、強度較高、吸水率較小的特點。與此同時，施工單位還應對粗集料級配穩定性進行控制，保障其符合施工要求。通過對該工程所使用的粗集料進行檢測，可得到相應的指標，表1為粗集料檢測結果。

表1 粗集料檢測結果

3.4 細集料檢測

在該工程施工過程中，所選擇的細集料為石灰巖。在對細集料進行檢測過程中，應嚴格控制其0.075mm 篩孔通過量，與此同時，試驗人員還應對砂當量進行檢測，確保其含量大于70%，使瀝青混合料性能進一步提高。

3.5 填料礦粉檢測

在瀝青瑪蹄脂碎石混合料制備過程中，礦粉用量通常為8%～12%，具有礦粉用量較大的特點。在對礦粉進行檢測過程中，試驗人員應對礦粉細度進行檢測，確保其細度不小于85%，與此同時，試驗人員還應對礦粉含水量進行檢測，通常礦粉含水量應不超過1%。

4 目標配合比

4.1 初步確定目標配合比

確定上面層配合比。施工單位應以規范規定為依據，對上面層級配進行確定，根據以往的施工經驗可知：0.075mm 篩孔通過量應為10%～12%，2.36mm篩孔通過量應為20%～25%，4.75mm 篩孔通過量應為28%～32%，9.5mm 篩孔通過量應為58%～66%。施工單位應以上述范圍為基礎，對級配進行設計。

以集料篩分結果為基礎，對集料比例進行計算，其結果為：礦粉∶4#料∶2#料∶1#料=12∶11∶3∶45，油石比為6.0。除此之外，抗剝落劑摻量應為0.4%的瀝青用量，木質纖維素摻量為0.3%瀝青混合料質量。級配設計組成結果見表2。

根據表2可知，篩孔通過率均符合經驗數值要求，滿足初步配合比設計。通過對瀝青混合料進行馬歇爾試驗，所得結果見表3。

表2 級配設計組成結果

表3 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

4.2 調整配合比

根據試驗結果可知，瀝青混合料的飽和度和空隙率不符合施工要求，因此施工單位應對配合比進行調整。根據瀝青混合料設計理論可知，當油石比不變時，增加礦粉摻入量，瀝青混合料的飽和度會隨之增加，空隙率也會進一步降低，通常情況下，每增加1%礦粉，混合料空隙率會減小0.5%。配合比應調整為瀝青：礦粉∶4#料∶2#料∶1#料=6.0∶12∶11∶32∶45。

4.3 配合比設計的性能參數

目標配合比初步確定后，試驗人員應以規范要求為依據，對其進行室內標準試驗，檢驗結果如下：破壞應變為2816.5（με），動穩定度為6432 次/mm，浸水馬歇爾試驗為93.8%，混合料飛散率為8.2%，混合料析漏率為0.04%，空隙率為4.1%。上述結果均滿足設計要求，因此可以確定目標配合比。

5 生產配合比

5.1 上料流量和時間的確定

施工單位應以目標配合比為依據，對生產配合比進行設計。施工人員應在保障原材料密度和級配穩定性的前提下，對瀝青拌和樓冷料速率進行標定，并以標定結果為依據進行上料施工，最后須對骨料進行加熱和二次篩分處理。

為了生產數據和試驗數據的一致性，施工人員應對0～3mm 熱料倉0.075 篩孔通過量和流量之間的關系進行試驗。根據試驗結果可知，在流量增加過程中，0.075mm 篩孔通過量也會隨之增加。與此同時，上料時間也會對集料0.075mm 篩孔通過量產生影響。通過試驗可知，當上料時間為1～1.5h 時，粉塵數據基本穩定。因此在實際生產過程中，上料時間應為1h。除此之外，施工單位應以60%的拌和樓額定產量為基礎進行室內試驗，上料流量為260t/h，上料時間為1h，并對其進行篩分和試驗。

5.2 設計生產配合比

5.2.1 調整供料平衡

熱料倉供料平衡不但會隨瀝青混合料的產量和溫度產生影響，還會對瀝青混合料的質量產生影響，因此，施工單位應對供料平衡進行調整[2]。在調整過程中，試驗人員應和施工人員進行溝通，加快供料平衡調整進程，通常調整時間應為3～5d。在對供料平衡進行調整過程中，施工單位應對每種熱料倉平衡比例進行記錄，并將穩定后的數據作為供料平衡比例。

5.2.2 設計生產配合比

第一，對配合比進行確定。瀝青瑪蹄脂碎石混合料為間斷級配。當摻加量低于6%時，會導致使計量誤差增加，影響配合比設計，當摻加量較大時，會使混合料間斷級配受到影響。因此在對生產配合比確定過程中，拌和樓2%熱料倉的摻加量應為6%～11%，與此同時，施工單位還應保障供料平衡比例和配合比的一致性。

第二，對瀝青拌和樓參數進行控制。施工人員應以設計配合比為依據，在拌和樓中對混合料進行拌和，并對設定產量、冷速速率、拌和參數、混合料溫度控制參數、瀝青控制參數加熱溫度等數據進行控制。

5.3 試拌指標控制及生產配合比驗證

施工單位應以規范要求和生產配合比為依據，對混合料進行試拌施工，通常應試拌5～8 盤。在試拌過程中，施工單位應對每盤出料溫度和設置溫度之間的差異、設置質量差異、瀝青用量以及拌和各熱料倉質量等進行分析，并選擇具有代表性的樣品對其進行馬歇爾試驗和抽提篩分試驗。通過試拌施工單位可以對如下指標進行驗證：0.075mm 篩孔通過率的準確性；瀝青罐位置和瀝青用量之間的關系、瀝青溫度和油石比的關系、級配波動性和準確性、瀝青拌和樓油石比、高溫穩定性、水穩定性以及馬歇爾指標等，為后期混合料質量控制奠定基礎。

6 分析生產配合比

為了將實際生產和目標配合比兩者聯系到一起，施工單位應對生產配合比進行分析，主要分析內容如下：

第一，施工單位應對生產配合比設計級配和目標配合比合成級配各篩孔通過率數據進行分析，并對其誤差進行統計，通常4.75mm 以下篩孔通過率誤差應不超過4%。

第二，施工單位應對瀝青拌和樓油石比波動進行檢查，確保其偏差不大于0.2%。當偏差較大時，施工單位應對偏差原因進行分析，并采取相應的措施進行解決。

第三，在試拌過程中，應對礦料間隙率、飽和度、空隙率、油石比等數據穩定性進行觀察，并以抽提結果為基礎對瀝青混合料級配進行分析。與此同時，施工單位還應對熱料倉篩分和原材料進行分析，對原材料穩定性進行控制。

7 結語

施工單位應以設計規范和實際施工要求為基礎，嚴格控制各施工材料的質量，并對配合比進行設計。與此同時，為了保障工程施工質量，施工單位應先對目標配合比進行設計和調整，并采取數據分析、拌和樓操作、試驗等措施，對生產階段配合比進行分析，使配合比的可操作性和實用性進一步提高，為后期公路施工奠定基礎。