市政道路高黏復合改性SMA-13配合比設計研究

謝連杰

河南省建設集團有限公司, 河南 鄭州 450000

0 引言

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性瀝青混合料性能優良,但該類路面普遍存在開裂、沖刷等病害,尤其是路面開裂現象尤為顯著,對市政道路的使用壽命造成不利影響[1]。在現有研究成果的前提下,結合當前交通量需求,可采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)修筑市政道路,能有效改善路面的使用性能,增強路面的抗車轍能力等。為此,開展市政道路高黏復合改性SMA-13配合比設計研究具有一定現實意義。

1 工程概況

某市政道路工程,全長3.23 km,全線與之相交的道路共有7條,自通車運營至今,歷經12年未進行大修,其中多進行小、中修。路面主路標準橫斷面為機動車道(12 m)、中分帶(2 m)、機動車道(12 m),共26 m。經路面病害檢測,在瀝青路面總面積中,病害路面占比達21%。為了修復路面病害,改善路面使用性能,決定采用高黏復合改性SMA-13混合料進行施工,為優化施工方案,規范施工流程,須保證配合比設計的合理性。

2 高黏復合改性SMA-13配合比設計

2.1 原材料選擇

1)瀝青采用SBS改性瀝青材料。

2)礦料分為粗、細集料,以5～10 mm、10～15 mm這2檔玄武巖為粗集料;以0～5 mm機制砂為細集料。

3)面層用礦粉,須提前做抽檢處理,重點檢測指標有粒度、安定性、塑性指數等,其中一個十分重要的指標為塑性指數,若達不到標準規定,說明礦粉內含泥量過多,會嚴重影響混合料的穩定性及其他路用性能。因此,選擇礦粉時,要重點控制母材的含泥量,可采用大于13.2 mm粒徑的石灰巖材料,碎石加工成粉使用。此外,還要根據設計要求,適當延長礦粉研磨時間,保證級配與規定相符。礦粉運輸至施工場地,須及時檢測其性能,保證滿足施工要求。

4)原設計采用的SBS改性瀝青與HVA高黏劑比值為94：6,經性能檢測與計算分析,115 843 Pa·s為其動力黏度,與設計規定值200 000 Pa·s相比,未達到規定要求,基于此,須調整SBS改性瀝青的摻量,即兩者比值調整為93：7。

5)混合料中,木質素纖維的用量控制在0.3%以上,經試驗檢測可知,木質素纖維各項技術指標滿足規定要求。

2.2 配合比設計要求

1)選擇符合施工規定的原材料,確定設計標準。

2)選定礦料混合料級配,確保上面層密實度符合規定。

3)確定最優瀝青用量,在符合配合比指標的前提下,做好析漏、飛散等檢測。

4)利用馬歇爾擊實試驗對瀝青混合料的力學指標、體積指標等進行檢測,獲取最佳油石比[2]。

5)通過一系列試驗及對比分析,綜合評價瀝青用量,保證其科學合理。

2.3 級配組成設計

高黏復合改性SMA-13配合比設計,可按照試驗相關規定,針對不同級配,進行馬歇爾擊實試驗,本工程共設計級配Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3類。

各種集料篩分及合成級配情況如表1所示。

表1 高黏復合改性SMA-13混合料初試級配 單位:%

同時,為了驗證3種不同級配的性能,可對其粗集料骨架松方間隙率進行對比分析,結果如表2所示。

表2 粗集料骨架的松方密度及間隙率對比分析結果

最終,通過初試級配分析,瀝青混合料目標配合比級配情況如表3所示。

基于上述分析,并結合體積指標,確定最優級配,即Ⅰ級配。

2.4 確定最佳油石比

按照級配曲線分析情況[3],油石比選定3組,分別為5.8%、6.1%、6.4%,在確定最佳油石比時可進行馬歇爾擊實試驗,共進行75次擊實作業,從而獲取不同油石比的技術指標(見表4),進行最佳油石比的分析,并最終確定。

通過對比分析不同油石比的各項技術指標,結合油石比分析圖,其中穩定度曲線未見波峰,根據孔隙率4.1%,確定6.2%為瀝青用量(OAC1),按照OACmin～OACmax均可達到技術指標,則其平均值為6.2%(OAC2)的條件下,由此進行最佳瀝青含量(OAC)計算,即OAC1和OAC2平均值計算[4]。其計算結果如下。

(1)

結合本工程實際情況和周邊施工環境,最終確定6.2%為本工程目標配合比最佳油石比。

3 目標配合比驗證分析

通過上述分析,確定瀝青混合料配合比,并檢測其浸水飛散、殘留穩定度、凍融劈裂強度比、動穩定度等性能,結果如表5所示。

表5 高黏復合改性SMA-13混合料性能檢測結果

由表5可見,高黏復合改性SMA-13混合料經試驗檢測分析,其各項技術指標及性能均可滿足規定要求,具有良好的路用價值[5]。

4 結論

經施工材料及試驗路段檢測結果分析,并與路面設計要求相結合,基于現行技術標準及規范,在某市政道路高黏復合改性SMA-13配合比設計研究中,可得出如下結論。

1)根據施工要求及設計方案,合理選擇施工原材料,保證材料質量均可達到規范技術指標要求。最終確定在配合比設計中,摻加HVA高黏劑,并確定按照93：7的SBS改性瀝青和HVA高黏劑比例拌和施工,同時,在瀝青混合料質量中,纖維用量控制在其0.3%左右。

2)明確配合比設計要求,結合級配組成設計,選定Ⅰ級配、Ⅱ級配、Ⅲ級配3種不同的級配設計方案,通過驗證3種不同級配的性能及初試級配分析,最終確定最優為Ⅰ級配。

3)結合目標配合比和拌合場試拌結果,確定生產級配與最佳油石比為6.2%。

4)分析及檢測高黏復合改性SMA-13配合比的所有技術指標,并進行性能驗證,最終得出各項技術指標均可達到規范要求,具有良好的應用效果。