摻有木質(zhì)纖維素的SMA-13 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)研究

李思璐 張 鵬

（1 廣州市公用事業(yè)技師學(xué)院；2 廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，大量道路工程的建設(shè)，其中瀝青路面有著良好的舒適性，SMA-13 瀝青路面在其中扮演者重要角色。張永選[1]、吳明明[2]、趙建紅[3]，等做了大量工作。

本文針對(duì)參有木質(zhì)纖維素的SMA-13 進(jìn)行深入研究，為工程安全提供詳實(shí)資料。

1 原材料

1.1 瀝青材料

對(duì)該SBS（I-D）改性瀝青按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004[4]要求進(jìn)行了規(guī)定項(xiàng)目的試驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明該試樣所檢各項(xiàng)指標(biāo)均滿足道路石油瀝青技術(shù)要求。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表1 所示。

表1 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 粗集料、細(xì)集料及礦粉

對(duì)粗集料10～15mm 碎石、5～10mm 碎石，細(xì)集料0～5mm 石屑及礦粉均按《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004[4]進(jìn)行了規(guī)定項(xiàng)目的試驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明該試樣所檢各項(xiàng)指標(biāo)均滿足瀝青混合料用粗集料、細(xì)集料及礦粉的質(zhì)量技術(shù)要求。試驗(yàn)項(xiàng)目及檢測(cè)結(jié)果詳見表2～表4 所示。

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)

1.3 纖維

穩(wěn)定劑采用木質(zhì)纖維素KX-B200，摻量為混合料重的0.3%。

2 SMA- 13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

2.1 級(jí)配設(shè)計(jì)原則

本次配合比設(shè)計(jì)采用的是最大密實(shí)理論為連續(xù)級(jí)配瀝青混合料的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，以馬歇爾試驗(yàn)為設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。形成平滑的S 型級(jí)配，避免出現(xiàn)犬牙交錯(cuò)?？紤]層位功能，滿足耐久、穩(wěn)定、水穩(wěn)定性、抗滑等要求。工程級(jí)配范圍比規(guī)范級(jí)配范圍窄，其中4.75mm 和2.36mm 通過率上下限差值宜小于12%。同時(shí)考慮施工性能，易攤鋪、易壓實(shí)，避免嚴(yán)重離析。控制0.075～0.6mm顆粒含量，如果這一部分含量過高，屬于駝峰級(jí)配，瀝青含量稍多就會(huì)造成瀝青混合料的不穩(wěn)定。級(jí)配曲線最大篩孔附近過于平緩，粗集料相對(duì)較細(xì)，表面易于平整。合成級(jí)配必須在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍內(nèi)，否則應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

2.2 原材料篩分及級(jí)配設(shè)計(jì)

按照規(guī)范[4]關(guān)于SMA-13 密級(jí)配瀝青混合料礦料級(jí)配范圍要求。根據(jù)規(guī)范熱拌SMA 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)級(jí)配范圍內(nèi), 經(jīng)過試配，SMA-13 型瀝青混凝土目標(biāo)配合比采用10～15mm碎石:5～10mm碎石:0～5mm石屑:礦粉=34:40:18:8。礦料組成級(jí)配曲線圖見圖1。該級(jí)配接近規(guī)范SMA-13 級(jí)配范圍中值。

圖1 礦料合成級(jí)配曲線

2.3 確定最佳瀝青用量

以0.3%為間隔，按4 個(gè)油石比制備馬歇爾試件進(jìn)行測(cè)試，并計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)，試驗(yàn)時(shí)，馬歇爾試件擊實(shí)次數(shù)為兩面擊實(shí)各50 次，擊實(shí)溫度控制在165℃，按瀝青混合料質(zhì)量的0.3%摻配木質(zhì)素纖維。以瀝青用量（油石比）為橫坐標(biāo)，以馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，繪制馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果關(guān)系曲線圖，結(jié)果如圖2～圖7 所示。

圖2 密度與瀝青用量關(guān)系曲線圖

圖3 流值與瀝青用量關(guān)系曲線圖

圖4 穩(wěn)定度與瀝青用量關(guān)系曲線圖

圖5 飽和度與瀝青用量關(guān)系曲線圖

圖6 隙率與瀝青用量關(guān)系曲線圖

圖7 VMA 與瀝青用量關(guān)系曲線圖

以瀝青用量為橫坐標(biāo)，以馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)作圖。試驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。在關(guān)系曲線上取密度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量a1=6.1%；穩(wěn)定度最大值相對(duì)的瀝青用量a2=6.3%；設(shè)計(jì)空隙率相對(duì)應(yīng)的瀝青用量a3=6.15%；飽和度中值相對(duì)的瀝青用量a4=6.2%，其中共同范圍OACmin=5.85%；OACmax=6.45%；最佳瀝青用量OAC 按下式計(jì)算：

圖8 集配試驗(yàn)結(jié)果

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.19%

OAC2=(OACmin+ OACmax)/2=6.15%

OAC=(OAC1+OAC2)/2=6.2%

根據(jù)實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)和公路等級(jí)、該地區(qū)的氣候條件、交通情況，綜合決定最佳油石比為：OAC=6.2%。

3 性能評(píng)價(jià)

3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

采用最佳瀝青用量6.2%(油石比) 制備馬歇爾試件, 按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[5]中T0709-2011 方法進(jìn)行了SMA-13 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn), 其殘留穩(wěn)定度為87.0%,滿足改性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)中馬歇爾殘留穩(wěn)定度大于85%的要求。試驗(yàn)結(jié)果詳見表5。

表5 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.2 高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)

采用最佳瀝青含量6.2%制備車轍試件，按JTG E20-2011 規(guī)程T0719-2011 方法進(jìn)行SMA-13 瀝青混合料車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。具體試驗(yàn)條件如下：

表6 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下車轍試驗(yàn)結(jié)果

車轍板尺寸：300mm×300mm×50mm，拌和溫度：180℃，碾壓溫度：165℃，行走距離：(23±1)cm，試驗(yàn)溫度：60℃，碾壓速度：(42±1) 次/min，其動(dòng)穩(wěn)定度DS=6040 次/mm，滿足設(shè)計(jì)文件中車轍不小于3000 次/mm要求。

3.3 滲水性能檢驗(yàn)

滲水試驗(yàn)結(jié)果見表7，結(jié)果表明輪碾法成型的試件滲水系數(shù)為45.3ml/min，滿足JTG F40-2004 中滲水系數(shù)小于80ml/min 的技術(shù)要求。

表7 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下滲水試驗(yàn)結(jié)果

3.4 謝倫堡析漏試驗(yàn)（燒杯法）

試驗(yàn)條件：試驗(yàn)溫度(185±2)℃，將混合料持續(xù)保溫60min 后進(jìn)行析漏測(cè)試。結(jié)果見表8，結(jié)果表明混合料析漏損失為0.05%，滿足設(shè)計(jì)文件中不大于0.1%的技術(shù)要求。

表8 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下謝倫堡析漏試驗(yàn)結(jié)果

3.5 肯塔堡飛散試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：將成型的馬歇爾試件（雙面各擊實(shí)50次）在(20±0.5)℃水溫下浸泡20 小時(shí)，然后采用洛杉磯磨耗試驗(yàn)機(jī)旋轉(zhuǎn)300 次進(jìn)行飛散測(cè)試。結(jié)果見表9，結(jié)果表明混合料飛散損失為11.7%，滿足設(shè)計(jì)文件中不大于20%的技術(shù)要求。

表9 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果

3.6 抗滑性能檢驗(yàn)

抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果見表10，結(jié)果表明輪碾法成型的試件抗滑值FB20為60BPN，滿足JTG F40-2004 中抗滑性能的技術(shù)要求。

表10 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下表面抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果

3.7 構(gòu)造深度檢驗(yàn)

鋪砂法構(gòu)造深度試驗(yàn)結(jié)果見表11，結(jié)果表明輪碾法成型的試件構(gòu)造深度為0.88mm，滿足JTG F40--2004中構(gòu)造深度的技術(shù)要求。

表11 SMA-13 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)最佳瀝青用量下構(gòu)造深度試驗(yàn)結(jié)果

礦料配合比及設(shè)計(jì)油石比如表12 所示。

表12 礦料配合比及最佳油石比

4 結(jié)論

經(jīng)過混合料級(jí)配調(diào)試和相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)，表明參有特定含量木質(zhì)纖維素的SMA-13 型改性瀝青混合料的各項(xiàng)性能均滿足技術(shù)要求，可作為工程瀝青上面層SMA-13型改性瀝青混合料生產(chǎn)配合比調(diào)試的依據(jù)。