不同拌和溫度下的SMA-13瀝青混合料性能分析

摘要 為探究瀝青混合料配制過程中拌和溫度對混合料性能的影響效果，文章分別將拌和溫度設置為160℃、170℃、180℃，制作瀝青混合料試件并測試其性能。結果顯示，SMA-13瀝青混合料試件的毛體積密度、瀝青飽和度、穩定度等參數隨拌和溫度提升而逐漸增加，同時混合料的流值、礦料間隙率、空隙率等參數逐漸降低；拌和溫度為170℃時，SMA-13瀝青混合料各方面性能均處于較高水平，為最優的拌和溫度；疲勞壽命隨拌和溫度的提升表現出前期增長、后期降低的發展趨勢。

關鍵詞 SMA-13瀝青混合料；拌和溫度；性能研究

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0180-03

0 引言

SMA系瀝青混合料屬于一種間斷級配骨架的密實性混合料，混合料中的粗骨料發揮嵌擠作用并形成空間骨架結構，而瀝青瑪蹄脂則填充骨架中的空隙，進一步強化結構密實性[1-2]。該類瀝青混合料具有優異的高溫穩定性、低溫抗裂性和防水性能，目前已廣泛應用于道路工程實踐中[3-4]。

目前，相關部門針對SMA系瀝青混合料的工程應用已制定相關規范，如《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40—2023）明確了瀝青混合料的壓實溫度和拌和溫度等參數，但不同道路工程的施工現場狀況存在差異，且所用材料種類、周邊環境條件等均不同。受諸多外界因素影響，完全按照規范開展瀝青混合料的配制，可能導致混合料質量難以受控[5-6]，無法取得預期的質量目標。

拌和溫度是直接影響瀝青混合料物理力學性能的關鍵因素之一。鑒于此，該文以SMA-13瀝青混合料為例，分析不同拌和溫度下混合料的各項物理力學性能及疲勞性能。

1 工程概況

某工程為雙向四車道的市政公路，全長9.26 km，取其中某一試驗段開展試驗性施工，試驗路段長400 m，路面上面層寬度及厚度分別為12 m和4 m；采用SMA-13瀝青混合料，在拌和廠內進行集中拌和，然后運輸至施工現場進行機械攤鋪。

2 材料及級配

2.1 試驗材料

實驗中所用粗集料為輝綠巖，取自當地天然采石場，包含粒徑為2.36～2.7 mm顆粒、4.7～9.5 mm顆粒和9.5～13.2 mm顆粒，分別記為1#、2#和3#。所用細集料為天然河砂中砂。粗集料、細集料各項主要性能指標均符合工程規范要求。

試驗中所用礦粉為石灰石礦粉，采購自當地采石場，質量符合規范要求。

實驗中采用SBS改性劑制備瀝青，改性劑用量以現場試驗結果為準，測試改性瀝青混合料性能指標，結果均符合規范要求，具體結果如表1所示：

實驗中所用纖維均為木質素纖維，類別為絮狀木質素纖維，纖維用量為瀝青混合料質量的0.4%，纖維各項性能均符合工程規范要求。

2.2 級配設計

工程實踐中可能對改性瀝青混合料產生影響的因素繁多，其中混合料配合比設計會直接影響材料性能，此處取礦粉：水泥：粗骨料1#∶粗骨料2#∶粗骨料3#=8∶2∶11∶33.5∶45.5作為改性瀝青混合料的配合比，并設計試驗確定最佳的油石比，結果為5.9%，級配設計結果如表2所示：

3 試驗設計及分析

3.1 物理力學性能

（1）試驗設計

以單一變量為基礎設計馬歇爾試驗，在測試SMA-13瀝青混合料拌和溫度與性能之間關聯性時存在一定的差異性。當前學界開展相應試驗時需要以等黏溫度原則為基礎確定壓實溫度，而《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）對壓實溫度進行了修正，但改性瀝青拌和溫度依舊存在一定誤差，導致實驗所得結果略高于實際水平。鑒于此，該文設計實驗分析SMA-13瀝青混合料經不同拌和溫度制備下的物理性能差異。

實驗中所用拌和溫度為160℃、170℃、180℃，所用材料為前文配置的SMA-13瀝青混合料，分別通過雙面擊實法成形配置馬歇爾試驗各3個，以《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的相關規定為依據，開展平行試驗并取同一組結果的平均值作為最終結果。

（2）結果及討論

馬歇爾試驗結果數據如表3所示，以混合料穩定度、空隙率和流值為例繪制相應的發展曲線，如圖1～2所示：

結合分析數據可知，SMA-13瀝青混合料的毛體積密度、瀝青飽和度、穩定度均隨拌和溫度增長而逐漸提升，同時礦料間隙率、空隙率則逐漸降低，說明拌和溫度的提升有助于改善SMA-13瀝青混合料的性能發展。但同時在拌和溫度增長過程中，SMA-13瀝青混合料流值先增加后降低，而馬歇爾穩定度則先降低后增加，其中拌和溫度取170℃條件下混合料的馬歇爾穩定度達到最大、流值達到最小，此時混合料的礦料間隙率、飽和度、穩定度等參數也能夠保持適中水平。由此可見，170℃拌和溫度下配置的SMA-13瀝青混合料性能能夠處于較好水平。

究其原因在于，SMA-13瀝青混合料配置拌和過程中，環境溫度過高容易導致部分瀝青材料提前老化，同時會加劇瀝青混合料的溫度離析問題，而瀝青黏度受溫度影響的幅度隨拌和溫度的提升而逐漸削減，而拌和溫度過低又會導致瀝青難以充分發揮潤滑作用，不利于結構性能。綜合考慮，推薦采用170℃為拌和溫度配置SMA-13瀝青混合料。

3.2 疲勞性能

（1）試驗設計

在車輛荷載反復作用下，SMA-13瀝青混合料路面將受應力循環作用的影響。如果路面結構已存在一定損傷，則會在循環荷載作用下不斷擴張并最終破損，導致瀝青混合料疲勞破壞，即使路面結構此前并無損傷，也會受循環荷載作用而逐漸形成微小裂縫并蔓延，最終形成疲勞裂縫。該文設計四點彎曲實驗，探究不同拌和溫度下SMA-13瀝青混合料的疲勞性能，對比各組混合料的性能差異。

結合前文配比制作400 mm×300 mm×75 mm試件，并在室溫條件下養護，12 h后取出并切割成小梁試件，尺寸規格為380 mm×63.5 mm×50 mm。結合《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》相關規定要求，取疲勞當量下最不利溫度15℃為試驗溫度，以正弦波波形施加荷載，取最大加載值的30%、40%和50%分別設置相應的加載應力等級。結合前文拌和溫度的試驗結果，取170℃為拌和溫度制作試件并進行彎拉試驗，計算彎拉強度為8.2 MPa，取該數值為疲勞荷載加載數值。測試各組試件在分級加載不同載荷條件下的疲勞次數，分析試件疲勞壽命和應力水平之間的關聯性，所得結果即可用于表征SMA-13瀝青混合料的疲勞性能，具體可通過如下方程計算：

（1）

式中，Nf——試件疲勞破壞時荷載的加載次數（次）；σf——循環加載的應力數值（MPa）；n和k——瀝青混合料特性及成分決定的常數。

式（1）中的n和k兩種常數，可間接表示混合料試件的疲勞性能，其中試件疲勞性能隨k增加而呈現近似線性增長；疲勞曲線斜率為常數n，瀝青混合料試件對應力的敏感性隨n的增加而提升，而混合料抗疲勞性能則下降。

（2）結果及討論

疲勞試驗結果如表4所示：

由表4可知，拌和溫度為固定值條件下，不同荷載水平作用下的SMA-13瀝青混合料疲勞壽命表現出明顯差異，其中荷載水平較低時混合料試件的疲勞壽命顯著延長。而應力水平相同條件下，混合料試件疲勞壽命隨拌和溫度提升而表現出前期增長、后期降低的發展趨勢。其中，應力水平為0.3時，拌和溫度為170℃下制備的試件比160℃下的疲勞壽命高出5 000次以上，且比180℃下的疲勞壽命高出4 000次以上。由此可見，拌和溫度為170℃時制備的SMA-13瀝青混合料具有較強的抗疲勞性能。

取170℃拌和條件下制備的瀝青混合料試件進行測試，并進一步分析應力倒數與疲勞壽命之間的關聯性，結果如圖3所示：

結合圖3中信息可知，疲勞壽命和應力的倒數之間為正相關關系，SMA-13瀝青混合料的疲勞壽命隨應力的倒數增長而逐漸提升，其中0.3倍應力下的混合料試件疲勞壽命大約為0.5倍應力時的14倍水平。由此可見，重載、超載車輛通行會對SMA-13瀝青混合料路面的疲勞性能產生明顯影響。

4 結語

SMA-13瀝青混合料試件的毛體積密度、瀝青飽和度、穩定度等參數隨拌和溫度提升而逐漸增加，同時混合料的流值、礦料間隙率、空隙率等參數逐漸降低。

拌和溫度取170℃時的SMA-13瀝青混合料各方面性能均處于較高水平。

拌和溫度的變化會直接影響瀝青混合料的疲勞性能，在外加應力幅度相同條件下，疲勞壽命隨拌和溫度提升而表現出前期增長、后期降低的發展趨勢，其中拌和溫度為170℃時SMA-13瀝青混合料試件的疲勞性能達到較高水平。

參考文獻

[1]莫智云，于世海，彭亮.封閉層瀝青瑪蹄脂的制備與性能評價[J].建材世界， 2024（3）：59-62.

[2]李強，馬翔，李珂，等.瀝青瑪蹄脂碎石混合料抗油蝕性能試驗研究[J].建筑材料學報， 2020（3）：664-670.

[3]林志偉.公路工程瀝青瑪蹄脂碎石路面施工技術的應用[J].交通世界， 2023（14）：73-75.

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[5]溫雅.鋼橋面鋪裝中SMA-10瀝青混合料的試驗配制與應用技術[J].交通世界， 2022（24）：23-25.

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