淺談瀝青瑪蹄脂碎石的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

何榮勤

(廣東省東莞市鴻高建設(shè)工程有限公司)

1 概 述

瀝青瑪蹄脂碎石路面是一種引人注目的新型瀝青路面結(jié)構(gòu),它既有很強(qiáng)的高溫抗車轍性能又有出色的低溫抗裂性能,表面抗滑、噪音小等優(yōu)點(diǎn),隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和技術(shù)的提高,瀝青瑪蹄脂碎石在路面上的應(yīng)用日趨廣泛。很多高速公路、一級(jí)公路都采用它作為上面層,瑪蹄脂碎石是瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗集料骨架間隙組成的瀝青混合料,粗集料骨架、瀝青瑪蹄脂的設(shè)計(jì)對(duì)控制瀝青瑪蹄脂碎石路面質(zhì)量很重要,由于在配合比設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)比較缺乏,只是一味的照搬規(guī)范,在粗集料骨架、瀝青瑪蹄脂的確定上并未形成真正的瀝青瑪蹄脂填充間斷級(jí)配的粗集料骨架間隙。所以導(dǎo)致了一些道路在施工過程中出現(xiàn)早期損壞、泛油、離析等情況。

2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

2.1 選擇原材料

SMA-13的配合比設(shè)計(jì)要根據(jù)規(guī)范要求選擇料場(chǎng),材料來源要穩(wěn)定、規(guī)格符合規(guī)范要求。輝綠巖和玄武巖都是做SMA的好材料,這兩種巖石質(zhì)地密實(shí)、有較好的抗壓強(qiáng)度和磨耗值。與輝綠巖相比玄武巖的質(zhì)量更好,所以考慮采用玄武巖這種巖石材料的集料。在纖維的選擇上可以考慮用木質(zhì)素纖維或聚合物纖維,根據(jù)設(shè)計(jì)推薦和以往玄武巖 SMA路面的經(jīng)驗(yàn)采用聚合物纖維。集料采用南海小塘玄武巖 10～15mm碎石、5～10mm碎石、機(jī)制砂;瀝青采用新加坡埃索 SBS(I-D)改性瀝青;纖維采用德蘭尼特聚合物纖維(摻量為設(shè)計(jì)要求0.2%);礦粉采用從化呂田球磨石灰石礦粉。

2.2 原材料試驗(yàn)檢測(cè)

材料均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。并對(duì)集料進(jìn)行水洗法和干篩法兩種篩分、測(cè)定粗集料的毛體積相對(duì)密度、表觀相對(duì)密度,細(xì)集料的表觀相對(duì)密度,纖維外送檢定其密度,改性瀝青采用 25℃/25℃的密度改性瀝青的常規(guī)檢驗(yàn),包括軟化點(diǎn)、針入度、燃點(diǎn)和閃點(diǎn)、延度、針入度比、含蠟量、加熱損失、密度、彈性恢復(fù)、粘度、離析。改性瀝青的離析試驗(yàn)很重要,在條件允許的情況下可以加大檢測(cè)頻率,尤其要檢測(cè)儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)的瀝青。

2.3 確定最佳級(jí)配

按照混合料配合比設(shè)計(jì)方法,第一批試驗(yàn)設(shè)計(jì)成三種級(jí)配,使 4.75mm通過率分別為規(guī)范中值、規(guī)范中值的 ±4%(即 23%、27%、31%),使 0.075mm通過量均為 10%左右。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)(人機(jī)對(duì)話法)。參考已完工的實(shí)際工程SMA的設(shè)計(jì)瀝青用量,其瀝青用量一般為5.7%～6.3%,為此先按 6.0%瀝青用量制作馬歇爾試件。同時(shí)對(duì)每一種級(jí)配的礦料 4.75mm以上的粗集料的間隙率VACDRC,VACDRC是根據(jù) 4.75mm以上的粗集料的毛體積密度ρCA及用搗實(shí)法測(cè)定 4.75mm以上的粗集料的松方密度 ρS計(jì)算得到。見表 1。

表 1 粗集料的間隙率VACDRC

通過馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn),列出第一批 SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果。見表 2。由此表可見,4.75mm的三個(gè)通過率 23%,27%,31%在瀝青用量為 6.0%的情況下,4.75mm通過率為31%的級(jí)配,其混合料 VCAmix大于設(shè)計(jì)VACDRC,表明 4.75mm通過率不宜太大;4.75mm通過率為24%的級(jí)配,其混合料空隙率較大,且 VCAmix最小,VFA和穩(wěn)定度較小,VMA滿足要求,流值較小;由此結(jié)果看,4.75mm通過率不能太大亦不能太小,應(yīng)采用 4.75mm通過率為25%左右的級(jí)配,應(yīng)能滿足要求,通過增加瀝青用量和4.75mm通過率,混合料空隙率將會(huì)減少,VFA將會(huì)增大,而穩(wěn)定度、VMA、VCAmix變化率能滿足要求。因此在進(jìn)一步設(shè)計(jì)中采用 4.75mm通過率為 25.5%的級(jí)配為推薦級(jí)配。

表 2 第一批SMA-13瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

2.4 確定最佳瀝青用量

經(jīng)過重新試配,SMA-13型瀝青混合料試驗(yàn)室目標(biāo)配合比依然采用 10～15mm、5～10mm碎石、機(jī)制砂、礦粉,使4.75mm通過量為 25.5%、0.075mm通過量為 10%左右、其粗集料間隙VACDRC=38.8%。根據(jù)SMA-13目標(biāo)配合比級(jí)配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果 SMA-13試驗(yàn)關(guān)系曲線圖,根據(jù) SMA-13馬歇爾配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求各“瀝青瑪蹄脂碎石混合料設(shè)計(jì)施工指南”,要求 SMA-13粗集料骨架間隙率 VCAmix小于 VACDRC=38.8%,滿足 SMA-13配合比 VCAmix設(shè)計(jì)要求。根據(jù)SMA-13馬歇爾配合比技術(shù)空隙率為 3%～4%的條件,確定 SMA-13的瀝青含量為 6.0%,其中實(shí)測(cè) VMA為17.2%滿足 ＞17.0%的要求,VFA為 79.1%滿足 75%～85%的要求,馬歇爾穩(wěn)定度為 6.32kN滿足＞6.0kN要求,流值 33.4(0.1mm)滿足 20～50mm(0.1mm)的要求,因此初步確定SMA-13瀝青混合料改性瀝青瀝青用量為 6.0%。

3 SMA配合比設(shè)計(jì)的驗(yàn)證

3.1 謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)

SMA的瀝青用量是否合適關(guān)系到SMA結(jié)構(gòu)的成敗。因此在配合比設(shè)計(jì)后需要對(duì)瀝青用量進(jìn)行兩種檢測(cè),是否因?yàn)r青太多造成析漏及因?yàn)r青太少造成飛散。析漏是為了確定瀝青混合料有無多余的自由瀝青或?yàn)r青瑪蹄脂量而進(jìn)行的試驗(yàn),由此確定最大瀝青用量。SMA盡管需要較多的瀝青,但是無論如何不能超過所有礦料的表面積所能吸附的最大瀝青用量。否則就要產(chǎn)生多余的自由瀝青,成為集料之間的潤滑劑,造成瑪蹄脂上浮,影響構(gòu)造深度,降低高溫穩(wěn)定性,從而影響路用性能。

采用最佳瀝青用量 6.0%拌制 SMA-13混合料,按JTJ052-2000T0732-2000規(guī)程進(jìn)行了 SMA-13瀝青謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果SMA-13瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果,其平均析漏損失率為 0.04%,滿足改性瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)中結(jié)合料析漏損失不大于0.1%的要求。

3.2 肯塔堡飛散試驗(yàn)

瀝青混合料的集料飛散性能是指由于瀝青用量少或粘結(jié)力不足,在交通荷載的反復(fù)作用下,出現(xiàn)的集料脫落、掉粒、飛散,并成為坑槽的路面損壞,以馬歇爾試件在洛杉磯試驗(yàn)機(jī)中旋轉(zhuǎn)撞擊的規(guī)定次數(shù),瀝青混合料試件散落材料數(shù)量的百分比計(jì)量。為了防止這種破壞,在配合比設(shè)計(jì)時(shí),飛散試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)是必要的。瀝青用量為 6.0%時(shí)SMA瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果滿足要求,因此采用瀝青用量6.0%拌制 SMA-13混合料,按 JTJ052-2000、T0733-2000規(guī)程進(jìn)行了SMA-13瀝青混合料肯塔堡飛散試驗(yàn),其平均飛散損失率為 4.0%,滿足改性瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)中混合料飛散損失率比不大于 15%的要求。

3.3 水穩(wěn)定性檢驗(yàn)

(1)殘留馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

采用瀝青用量 6.0%制馬歇爾試件按 JTJ052-2000、T0709-2000規(guī)程進(jìn)行了 SMA-13瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果其殘留穩(wěn)定度為 98.3%,滿足改性瀝青SMA混合料配合比試驗(yàn)指標(biāo)中馬歇爾殘留度大于 80%的要求。

(2)凍融劈裂試驗(yàn)

采用最佳瀝青含量 6.0%制作馬歇爾試件,按 JTJ052-2000、T0709-2000規(guī)程進(jìn)行了 SMA-13瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn),其凍融劈裂強(qiáng)度比為 85%滿足改性瀝青 SMA混合料配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)中凍融劈裂強(qiáng)度比大于 80%的要求。

(3)高溫穩(wěn)定度檢驗(yàn)

采用最佳瀝青含量 6.0%制車轍試件,按JTJ052-2000、T0719-2000規(guī)程進(jìn)行了 SMA-13瀝青混合料車轍試驗(yàn),其動(dòng)穩(wěn)定度 DS=6193次 /mm,滿足改性瀝青 SMA混合料配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)中車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度＞3000次的要求。

(4)表面滲水和構(gòu)造深度檢驗(yàn)

采用試驗(yàn)室混碾法成型的試件進(jìn)行表面滲水試驗(yàn)和鋪砂法構(gòu)造深度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)范要求。良好的SMA結(jié)構(gòu)在碾壓成型后,應(yīng)該是基本上不透水或者透水很慢的,表面具有足夠的構(gòu)造深度,基本上不透水是鑒別是不是真正的SMA的重要標(biāo)志。

4 結(jié)束語

要使瀝青瑪蹄脂碎石路面高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能、表面抗滑性能、減少噪音等性能更好地發(fā)揮出來,好的配合比是一方面,更要重視路面的現(xiàn)場(chǎng)施工。所有參加公路建設(shè)的施工單位,都有義不容辭的責(zé)任,都必須強(qiáng)化施工管理,完善施工工藝和施工方法,提高施工質(zhì)量,從根本上解決問題,使社會(huì)效益和工程質(zhì)量得到保證。