機(jī)制砂瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13設(shè)計(jì)分析

摘要：為提高表面層瀝青路面抗滑安全性能，文章提出一種適應(yīng)廣西高速公路高溫潮濕環(huán)境以及重載交通作用下的機(jī)制砂SMA-13混合料配合比，并驗(yàn)證分析了機(jī)制砂SMA-13路面具有良好的路用性能及抗滑安全性能。

關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青瑪蹄脂混合料；級(jí)配；空隙率；動(dòng)穩(wěn)定度；構(gòu)造深度

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.2 A 16 058 5

0 引言

車(chē)轍是瀝青路面病害的最主要形式之一，解決車(chē)轍問(wèn)題不僅要依靠中下面層的骨架結(jié)構(gòu)［1］，還應(yīng)重視表面層的高溫穩(wěn)定性［2］。瀝青表層抗滑耐磨需要有較大的構(gòu)造深度，但構(gòu)造深度越大，其密水性能越難得到保證。瀝青瑪蹄脂是按一定比例在改性瀝青中添加礦粉和纖維混合而成的瀝青膠漿，具有很強(qiáng)的膠結(jié)能力。根據(jù)膠漿理論，分散相分散在高稠度瀝青中的多級(jí)空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)混合料的粘滯性和塑性影響很大［3］。

SMA混合料由礦料骨架和瀝青瑪蹄脂結(jié)合而成，能較好地解決上述抗滑構(gòu)造深度和密水性的矛盾并且能使高溫穩(wěn)定性符合相應(yīng)的要求［4］。張爭(zhēng)其等［5］發(fā)現(xiàn)混合料的性能與瀝青膠漿的性能密切相關(guān)，在不同氣候地區(qū)，通過(guò)控制粉膠比和纖維含量能改善其高溫或低溫穩(wěn)定性能。高丹盈等［6］對(duì)比不同纖維對(duì)SMA混合料性能的影響，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素纖維的增粘增強(qiáng)效果比礦物纖維強(qiáng)。王娜等［7］分析了不同配比、纖維、粉膠比、溫度等對(duì)SMA性能的影響，并建議在高溫多雨等條件下，使用0.4%含量的木質(zhì)素纖維。何軍等［8］依托廣西某高速公路項(xiàng)目，認(rèn)為不同機(jī)制砂對(duì)混合料性能的影響不大，石灰?guī)r與輝綠巖機(jī)制砂均能應(yīng)用于SMA-13混合料中。

南寧沙井至吳圩高速公路是廣西交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)項(xiàng)目和廣西首個(gè)智慧交通車(chē)路協(xié)同示范項(xiàng)目，建成后將有力推進(jìn)“強(qiáng)首府”戰(zhàn)略，助力廣西交通發(fā)展實(shí)現(xiàn)新跨越。項(xiàng)目所處的南寧地區(qū)高溫潮濕多雨，并且設(shè)計(jì)規(guī)劃為重載交通，復(fù)雜的多重環(huán)境對(duì)抗滑表層的性能提出了更高的要求。主線瀝青路面結(jié)構(gòu)層的厚度為19 cm，上面層SMA-13瀝青路面層厚4 cm。SMA混合料通常采用間斷級(jí)配，篩孔＞4.75 mm的粗集料通過(guò)率通常＞70%，骨料接觸點(diǎn)多，能形成較強(qiáng)的骨架抵抗高溫變形，因此SMA的粗集料采用針片狀含量低，磨耗值、壓碎值小，質(zhì)地堅(jiān)硬強(qiáng)度高的田東輝綠巖碎石，細(xì)集料采用石灰?guī)r機(jī)制砂。本文結(jié)合№TJ1、№TJ2合同段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“1標(biāo)”“2標(biāo)”）SMA的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)曲線及其首件工程，提出機(jī)制砂瀝青瑪蹄脂碎石混合料SMA-13的關(guān)鍵篩孔通過(guò)率，驗(yàn)證了機(jī)制砂SMA-13路面具有良好的路用性能及抗滑安全性能。

1 原材料

1標(biāo)粗集料是田東礦業(yè)料場(chǎng)的輝綠巖碎石，2標(biāo)粗集料是田東鑫盛料場(chǎng)的輝綠巖碎石；1標(biāo)細(xì)集料采用沿線生產(chǎn)的灰黑色石灰?guī)r機(jī)制砂，2標(biāo)細(xì)集料采用扶綏二級(jí)公路K18加工點(diǎn)的灰白色石灰?guī)r機(jī)制砂；瀝青是中遠(yuǎn)海運(yùn)國(guó)際貿(mào)易有限公司提供的殼牌改性瀝青SBS（I-D）；1標(biāo)礦粉是南寧市武鳴區(qū)石津建材廠提供的0～0.6 mm石灰?guī)r礦粉，2標(biāo)礦粉是南寧市美路達(dá)交通設(shè)施有限公司提供的石灰?guī)r礦粉；1標(biāo)木質(zhì)素纖維是江蘇華康建材實(shí)業(yè)有限公司提供的德國(guó)CFF顆粒狀木質(zhì)素纖維，2標(biāo)木質(zhì)素纖維是上海宏磐貿(mào)易有限公司提供的捷克顆粒狀木質(zhì)素纖維。原材料檢測(cè)結(jié)果如表1～3所示。

從表2、表3可以看出，輝綠巖粗集料偏粗，這也增加了SMA-13混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)難度，而石灰?guī)r機(jī)制砂采用碎石二次破碎加工所得，潔凈、顆粒圓潤(rùn)，0.075 mm篩孔的通過(guò)率≤15%，灰白色石灰?guī)r機(jī)制砂相對(duì)灰黑色石灰?guī)r機(jī)制砂要粗，前者0.6 mm篩孔的通過(guò)率相對(duì)更低。材質(zhì)及加工工藝的不同，集料粗、細(xì)不同，礦粉的級(jí)配等均存在差異，因此，SMA-13混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)要適應(yīng)礦料的技術(shù)特點(diǎn)。

2 機(jī)制砂SMA-13混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

沙吳高速公路SMA-13混合料采用石灰?guī)r機(jī)制砂作為細(xì)集料，在SMA-13的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)中，與材料的特性相匹配，充分考慮熱料倉(cāng)0.075 mm篩孔含量對(duì)級(jí)配的影響，以穩(wěn)定熱料的篩分結(jié)果確定對(duì)應(yīng)的施工配合比，以現(xiàn)場(chǎng)施工性能、路用性能、體積指標(biāo)評(píng)價(jià)優(yōu)為導(dǎo)向，瀝青混合料與拌和、攤鋪、碾壓設(shè)備的技術(shù)性能協(xié)同，施工和易性好，均勻設(shè)計(jì)、均衡生產(chǎn)，不推移、不軟彈，路面材料各向同性、密實(shí)。

石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表4～7和下頁(yè)圖1所示。

從表4～9可以看出，1標(biāo)、2標(biāo)的生產(chǎn)級(jí)配均是接近規(guī)范中值，兩者級(jí)配相差不大，因此兩段試驗(yàn)路的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果基本接近，空隙率在4.0%左右，穩(wěn)定度gt;9 kN，動(dòng)穩(wěn)定度均gt;6 000，殘留穩(wěn)定度gt;87%，能很好滿足路面的防水排水以及抗車(chē)轍的要求。在表4、表5中的石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵篩孔0.075 mm、2.36 mm的通過(guò)率分別為8.2%、9.4%，20.8%、20.4%，

考慮到瀝青混合料拌和過(guò)程中2.36 mm細(xì)集料以下部分可能呈現(xiàn)正增長(zhǎng)的趨勢(shì)，石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵篩孔0.075 mm、2.36 mm的通過(guò)率分別約為8.8%、21%；1標(biāo)熱料粗集料相對(duì)偏細(xì)，其用量相對(duì)較多，為43%，而2標(biāo)熱料粗集料相對(duì)偏粗，其用量相對(duì)較少，為38%。

瀝青路面上面層試驗(yàn)路SMA-13的生產(chǎn)配合比驗(yàn)證結(jié)果如表10所示，性能檢測(cè)結(jié)果如表11所示，燃燒篩分檢測(cè)結(jié)果如表12所示。

從表10～12可以看出，在石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料的生產(chǎn)配合比驗(yàn)證過(guò)程中，1標(biāo)對(duì)生產(chǎn)配合比進(jìn)行了微調(diào)整，SMA-13混合料的燃燒篩分結(jié)果與生產(chǎn)設(shè)計(jì)曲線略有差別，SMA-13混合料中的2.36 mm以下部分通過(guò)率呈現(xiàn)正增長(zhǎng)趨勢(shì)，0.6 mm、0.75 mm篩孔的通過(guò)率基本接近規(guī)范中值，這樣既有利于上面層瀝青路面密實(shí)不滲水，也有利于上面層瀝青路面的抗滑安全，SMA-13混合料的空隙率也呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)；2標(biāo)SMA-13混合料中大于粗集料2.36 mm的通過(guò)率偏離設(shè)計(jì)值，整體呈現(xiàn)偏粗的趨勢(shì)。

1標(biāo)瀝青路面上面層試驗(yàn)路采用福格勒攤鋪機(jī)、2標(biāo)采用中大攤鋪機(jī)，兩個(gè)標(biāo)段均采用8臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)，瀝青路面上面層攤鋪速度為2.5～3.5 m/min，6臺(tái)雙鋼輪按兩個(gè)梯隊(duì)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)一般為鋼輪3～4遍，鋼輪碾壓速度為3～4 km/h，兩臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)緊跟進(jìn)行高溫收光。

1標(biāo)、2標(biāo)上面層試驗(yàn)段壓實(shí)度和厚度檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表13、表14，滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表15、表16，構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表17，平整度檢測(cè)結(jié)果如下頁(yè)圖2所示。

從表13、表14可以看出，1標(biāo)、2標(biāo)的上面層石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13瀝青路面試驗(yàn)段均勻密實(shí)，2標(biāo)試驗(yàn)段的壓實(shí)度相對(duì)比1標(biāo)略大些。2標(biāo)的厚度與1標(biāo)相比厚度更厚、波動(dòng)較大，1標(biāo)厚度更均勻。

從表15～17和圖2可以看出，1標(biāo)石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13路面的構(gòu)造深度約為0.83 mm，具有良好的抗滑安全性能；與1標(biāo)相比，2標(biāo)石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13路面試驗(yàn)段較密實(shí)，其滲水系數(shù)、平整度也符合規(guī)范要求，但2標(biāo)SMA路面的平整度整體相對(duì)比1標(biāo)低、壓實(shí)度相對(duì)大，其滲水系數(shù)值反而相對(duì)比1標(biāo)大，這可能與拌和過(guò)程SMA-13混合料中＞2.36 mm部分的通過(guò)率偏離設(shè)計(jì)曲線、相對(duì)變粗、機(jī)制砂SMA路面的開(kāi)口空隙相對(duì)較大等相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）SMA-13混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)充分考慮礦料材質(zhì)及熱料倉(cāng)0.075 mm的含量對(duì)混合料的影響，灰黑色石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料也即1標(biāo)的生產(chǎn)級(jí)配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過(guò)率分別約為56.8%、25.6%、20.8%、13.3%、8.2%；灰白色石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料也即2標(biāo)的生產(chǎn)級(jí)配9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的通過(guò)率分別約為59.7%、24.2%、20.4%、15.1%、9.4%。

（2）石灰?guī)r機(jī)制砂SMA-13混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及驗(yàn)證與礦料的特性相匹配，以現(xiàn)場(chǎng)施工性能、路用性能、體積指標(biāo)評(píng)價(jià)優(yōu)為導(dǎo)向，與拌和、攤鋪、碾壓設(shè)備的技術(shù)性能協(xié)同，SMA路面材料具有各向同性、粗糙、密實(shí)、平整的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］王 輝，李雪連，張起森.高溫重載作用下瀝青路面車(chē)轍研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2009，42（5）：139-144.

［2］孟書(shū)濤，魏道新.SMA瀝青路面抗車(chē)轍性能研究［J］.公路交通科技，2005（12）：5-8.

［3］李 平，張爭(zhēng)奇，孫鴻偉，等.瀝青膠漿粘度特性研究［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2008（2）：49-52，64.

［4］李福普，沈金安.薄層小粒徑SMA路面的研究與應(yīng)用［J］.公路交通科技，2004（12）：5-8.

［5］張爭(zhēng)奇，王永財(cái).瀝青膠漿對(duì)瀝青混合料高低溫性能的影響［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（2）：1-5.

［6］高丹盈，湯寄予，李花歌.纖維對(duì)瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）路用性能的影響［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11（6）：741-745.

［7］王 娜，申愛(ài)琴.SMA瀝青混合料改性瀝青瑪蹄脂的性能［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（6）：27-33.

［8］何 軍，陳 寧.廣西不同巖性細(xì)集料SMA-13瀝青混合料的性能對(duì)比分析［J］.西部交通科技，2019，142（5）：64-67.

收稿日期：2022-12-01