SMA改良油田公路路面材料的試驗研究

王 俊 呂學(xué)峰

SMA混合料在克拉瑪依的實際應(yīng)用幾乎為零,筆者在總結(jié)和借鑒國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,采用我國SMA混合料配合比設(shè)計方法和克拉瑪依地區(qū)油田公路工程實踐相結(jié)合的方法,經(jīng)計算得到適用于克拉瑪依地區(qū)特定環(huán)境下的SMA混合料配合比,為SMA混合料在克拉瑪依油田公路的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù),對今后SMA路面的施工起到一定的指導(dǎo)作用。

1 原材料

1.1 瀝青結(jié)合料

本次SMA瀝青混合料采用克拉瑪依石化廠生產(chǎn)的SBS(I-C)型改性瀝青,以增強(qiáng)整個混合料的高低溫性能,并加入0.2%瑞典WETFIXRBE抗剝落劑提高瀝青與石料的粘附性。改性瀝青的各項技術(shù)參數(shù)見表1。

1.2 粗集料

面層粗集料采用克拉瑪依城投碎石料場所生產(chǎn)的火山碎屑巖碎石。

1.3 細(xì)集料

面層細(xì)集料采用克拉瑪依永升公司碎石料場所生產(chǎn)的火山碎屑巖碎石、石屑、砂。

表1 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.4 填料

填料采用火山碎屑巖磨細(xì)礦粉。

1.5 纖維穩(wěn)定劑

本次試驗采用北京墾特萊公司生產(chǎn)的純木質(zhì)素松散纖維,纖維相對密度為2.38 g/cm3,纖維用量為混合料質(zhì)量的0.3%。

2 配合比設(shè)計

2.1 確定礦料初試級配

在目標(biāo)配合比設(shè)計階段,參考利用了國內(nèi)相對成熟的SMA混合料級配范圍,如表2所示。

表2 SMA-13設(shè)計級配及技術(shù)要求[1]

根據(jù)SMA-13標(biāo)準(zhǔn)級配建議范圍,初步確定一組SMA礦料目標(biāo)配合比為:碎石(10～15)24%,碎石(5～ 10)53%,砂 12%,礦粉11%。其中礦料合成毛體積相對密度按式(1)計算:

其中,P1,P2,…,Pn分別為各種礦料成分的配合比,其和為100;γ1,γ2,…,γn分別為各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度。

礦料級配圖見圖1。

由于4.75 mm以上粗集料都集中在5 mm～10 mm,10 mm～20 mm及石屑三種材料中,按上述礦料級配比例配合,然后篩去4.75 mm以下部分測定4.75 mm以上粗集料松方密度1.577 g/cm3,4.75 mm以上粗集料骨架的毛體積密度為2.74 g/cm3,并由式(2)計算粗集料松裝間隙率 VCADRC:

其中,VCADRC為粗集料骨架的松裝間隙率,%;γCA為粗集料骨架的毛體積密度;γS為粗集料骨架的松方毛體積相對密度。

2.2 確定油石比OCA

本次工程所用集料毛體積密度為2.961 g/cm3,根據(jù)《瀝青瑪脂碎石混合料設(shè)計施工指南》及我國已鋪SMA的經(jīng)驗,最佳油石比一般宜在5.7%左右。本次試驗選取5.0%,5.5%,6.0%,6.5%和7.0%五個油石比作為對比研究,每組制作4個馬歇爾試件,試件的擊實次數(shù)為雙面50次,用表干法測定試件的毛體積相對密度,然后按式(3)分別計算瀝青混合料試件的空隙率 VV、礦料間隙率 VMA、有效瀝青的飽和度 VFA等體積指標(biāo),進(jìn)行體積組成分析,結(jié)果如表3所示。

其中,γf為試件毛體積相對密度;γt為瀝青混合料的最大理論相對密度;γsb為礦料的合成毛體積相對密度。

以油石比為橫坐標(biāo),以馬歇爾試驗的各項指標(biāo)為縱坐標(biāo),將試驗結(jié)果畫入圖中,連成圓滑曲線。

表3 馬歇爾試驗結(jié)果[1]

在曲線圖上求取相應(yīng)于密度最大值、穩(wěn)定度最大值、目標(biāo)空隙率(中值)、瀝青飽和度范圍的中值的瀝青用量a1,a2,a3,a4。按式(4)取平均值作為OCA:

油石比為5.9%的試件的各項技術(shù)指標(biāo),經(jīng)檢驗符合規(guī)范要求,結(jié)合克拉瑪依的氣候特點和交通狀況,適當(dāng)上調(diào)油石比到6.0%。

3 SMA施工中存在的問題

3.1 路面部分出現(xiàn)油斑

SMA混合料拌和生產(chǎn)過程中纖維穩(wěn)定劑的漏加、少加、加入時間滯后、拌合時間不足以及纖維受潮結(jié)團(tuán)不能充分在混合料中分散等均會造成SMA路表出現(xiàn)油斑。此外,碾壓時使用輪胎壓路機(jī)或組合式壓路機(jī),也會造成瑪脂上浮,路表失去紋理。

3.2 路面起砂剝落

1)9.5 mm～13.2 mm范圍內(nèi)的粗骨料含量過高,導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)空隙率增大;

2)抗剝落劑中的某些成分可能是與礦粉中的某些成分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),生成了有害于混合料粘結(jié)性的物質(zhì);

3)木質(zhì)纖維素用量過高,有研究表明[2]松散木質(zhì)纖維素吸油能力很強(qiáng),導(dǎo)致混合料的空隙率 VMA增大,瀝青飽和度下降;

4)瀝青溫度過高,導(dǎo)致瀝青老化失效,粘結(jié)力降低;

5)行駛在石化大道二期的車輛多為荷載較大的重型車輛,荷載量大也是引起路面起砂剝落的原因之一。

4 結(jié)語

1)原材料的性能直接影響SMA的結(jié)構(gòu)及性能,應(yīng)該嚴(yán)格把關(guān)。

2)粗骨料間隙率 VCA、礦料間隙率 VMA、空隙率 VV和瀝青體積百分率VFA等體積指標(biāo)控制為SMA結(jié)構(gòu)設(shè)計決定因素。

3)SMA整體質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制,對SMA路面起砂、易出油斑等特殊施工問題應(yīng)給予足夠的重視。

[1] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 薛 蓮.淺談SMA瀝青路面施工控制[J].山西建筑,2008,34(15):265-266.