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论述SMA混合料配合比的优化设计SMA是由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的填料（矿粉）组成的沥青玛蹄脂填充于间断级配的粗骨料骨架的间隙组成一体的沥青混合料。
20世纪90年代末期开始在我国的高等级公路沥青路面中应用，SMA组成结构的显著特征是“三多一少”——即粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少，并掺加少量的纤维稳定剂。
正是由于这些特征使得SMA路面具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐久性等性能。
如何保证SMA路面的良好路用性能呢，首先要解决SMA混合料中所用各种材料的配合比设计问题。
下面以陕西某条高速公路沥青路面上面层SMA-13为例，谈一谈SMA-13混合料配合比的优化设计。
SMA-13混合料配合比的优化设计包括：根据规定的材料指标要求，通过试验选取合适的集料、填料、木质素纤维和沥青；确定合理的集料配合比例以及填料、木质素纤维和沥青用量，从而满足混合料性能指标要求和良好的路用性能。
SMA-13混合料配合比的优化设计主要从目标配合比设计和生产配合比设计两个方面进行优化，再对优化的生产配合比进行施工验证。
1 目标配合比优化设计目标配合比设计主要确定沥青混合料拌合楼冷料仓中各种材料的掺配比例和沥青混合料的最佳目标油石比，主要分为矿料级配组成设计和最佳目标油石比的确定。
1.1 矿料级配的组成设计1.1.1 材料要求与选用。
（1）集料：粗集料的最大粒径不超过16.0mm，宜按粒径为9.5～16.0mm 和4.75～9.5mm两种规格备料；同时由于沥青路面上面层有磨光值的要求，宜选用玄武岩等有很好抗磨性材质的粗集料。
细集料宜选用石灰岩材质的机制砂，以提高集料与沥青的粘附性，规格为0～2.36mm。
（2）填料：矿粉宜选用石灰岩材质的碎石磨制而成。
同时可再添加一定比例Ⅲ级以上的消石灰，进一步提高集料与沥青的粘附性。
（3）木质素纤维：可选用絮状或颗粒状木质素纤维。
本工程采用德国CFF 集团生产的颗粒状木质素纤维。
SMA配合比设计的几点体会国道206线高速公路工程烟黄段是山东省2003年高速公路突破3000公里的关键工程为进一步提高沥青混凝土路面的高温抗车辙性能、水稳定性、耐疲劳性能、抗滑性能等使用功能，根据实地调查研究，它采用了近年来发展起来的一种新型结构sma(沥青玛蹄脂碎石混合料),它是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料,其特点就是“三多一少”,即沥青多，粗集料多，矿粉多，细集料少。
为了能设计一种较为合理的沥青混合料，在对施工单位的原材料、设计过程、试验指标以及试铺效果等各环节进行了监控，取得了良好的效果。
1.原材料的确定1.1 mac改性沥青：本工程所采用的改性沥青是由山东华瑞道路材料技术有限公司生产mac改性沥青，该沥青是一种化学改性沥青，呈凝胶状，它在基质沥青内部形成一个格架结构，从而改善了沥青的弹性性能，较之基质沥青粘度明显增大，软化点升高，感温性能减少，抗老化能力增强。
经委托山东省交通科研所检验，各项指标均能满足规范要求。
如表1：表1mac改性沥青主要指标1.2粗集料:经过对附近料源的考察,本着质量第一、就地取材的原则，粗集料采用栖霞小方山石料厂的10~15mm、5~10mm玄武岩，它质地坚硬，表面粗糙，棱角性好，针片状含量9.9%，压碎值7.7%，磨光值55bpn，与沥青粘附性达到4级。
1.3细集料：本工程细集料采用玄武岩机制砂，它具有一定的粗细级配，但本地产机制砂含有较多的石粉。
1.4填料：填料采用磨细的石灰石矿粉。
为提高沥青混合料的抗水损害能力，使用了生石灰粉部分替代矿粉。
但生石灰粉的用量不得超过矿粉总量的30%，并不得超过矿料总量的2%。
在sma中，矿粉的用量较普通沥青混凝土要多一倍左右。
所以，控制好矿粉的质量至关重要。
1.5纤维稳定剂：配制sma，必须采用纤维稳定剂，它具有加筋、分散、吸附及吸收沥青、稳定、增粘等多种功能。
本工程采用瀚元科技发展有限公司生产的木质纤维，其各项试验指标经委托交通部公路科学研究所检验合格，如表2表2 木质纤维质量检验结果2.目标配合比设计本阶段要解决两方面的问题，一是确定矿料的级配，二是确定最佳沥青用量。
高速公路路面整修工程,（SMA 罩面试验路段）施工方案高速公路路面整修工程,（SMA 罩面试验路段）施工方案v>SMA-13 罩面试验段施工方案为了优质高效的完成我项目部承建的上三高速公路路面整修工程新天段的罩面工程（SMA-13 改性沥青混合料路段），我们根据部颁标准并结合多年的施工经验，作了试验路段的施工组织设计，请监理工程师审批。
一、概述本次试验段的桩号为上三高速公路上虞方向 K，采用 SMA-13 改性沥青混合料，预计 m3，总长度为 m，计划在月日实施。
二、组织机构及机械仪器、工程材料准备情况 1、人员及机械的配置我项目部对所有上岗人员进行了对口安排及技术交底，并配置了全套施工机械，人员安排如下：项目负责人：技术负责人：现场负责人：质检负责人：测量负责人：试验负责人：安全负责人：现场技术管理人员 5 名摊铺机工 3 名、压路机工 5 名、拌和楼操作工 1 名、装载机工 2 名辅助工 38 名机械设备配置如下机械名称数量规格型号拌和楼2 1200/2500 摊铺机 2 ABG-325、326 钢轮振动压路机 4 BW200AD 滑移机 1 CASS 空压机 1 12m3 DH-50 压路机 1 铣刨机 1 W2000 洒水车 1 东风自卸汽车 20 20T 2、原材料检测及混合料配比 SMA13 型沥青混凝土混合料采用新昌玄武石业的玄武岩集料（嵊州拌合楼采用嵊州雅致石料矿的玄武岩）、富阳双龙的矿粉、南京瑞鹏的木质素纤维及浙江省公路物资公司提供的改性沥青，各项指标均符合要求。
沥青混合料的生产配合比为：养护中心 MARINI 拌合楼：0-4mm 集料：12%、4-6mm 集料：5 %、6-12mm 集料：37%、12-16mm 集料：35%、矿粉：11%、油石比 6.04%、纤维 0.3%。
嵊州 QLB-2500 拌合楼：0-4mm 集料：12%、4-6mm 集料：18 %、6-12mm 集料：46%、12-16mm 集料：15%、矿粉：9%、油石比 6.04%、纤维 0.3%。
SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)配合比设计1 材料基本性质1.1沥青某工程地处规范附录A规定的1-4区，按规范选择沥青标号可以为70号沥青，沥青到货后按试验规程要求取样，公路工程质量检测中心进行试验，质量符合我国道路沥青技术A 级要求，试验路铺筑用的70号沥青，SBS改性沥青主要技术指标如表1 , 21.2粗集料：采用当地产的玄武岩碎石，应选择料场储量丰富，质量稳定，运输方便，可保证施工过程中的材料供应。
各种材料的筛分结果如表3。
在表中集料粒径符合规范要求。
粗集料与使用沥青的粘附性达到4级，基本没有剥落。
按规范对碎石质量的检测结果如表4，从表中可见，有些指标必须对不同粒径的碎石分别试验，各项指标均符合规范要求，可以使用。
1.3细集料当地粗砂，细度模数3.6属粗砂偏粗。
质量及规格如表5、6，符合规范要求，可以使用。
1.4填充料用于改性沥青混合料面层的填料应洁净、干燥，其质量应符合《公路沥青路面技术规范》规定的技术要求。
1.改性沥青混合料填充料宜采用强基性岩石（石灰岩、岩浆岩）等增水性石料经磨细得到的矿粉，矿粉要求干燥、洁净，不宜使用混合料生产中干法除尘的回收粉。
2.采用水泥、消石灰粉做填料时，其用量不宜超过矿料总量的2%。
3.对于沥青表面层混合料不推荐使用在混合料生产排回收粉，当塑性指数小于4且亲水系数小于0.8时，经过试验可以部分的使用，回收粉用量每盘不能超过矿粉总量的四分之一。
1.5沥青结合料SMA所使用的沥青要求粘结性好，针入度小，软化点高，高温稳定性和低温韧性好若所处地区夏季高温且持续时间长，沥青路表温度最高可达50~60℃，故设计可采用抗高温性能比较好的改性沥青。
1.6 矿料1.粗集料是SMA质量控制的关键为了保证紧密嵌挤骨架结构形成，SMA对粗集料有严格的要求，要求100%轧制（至少90% ），圆集料至少有两个破碎面，形状接近立方体，纹理粗糙，针片状含量小，耐久性和坚固性好；2.细集料虽然在SMA中含量不多，但对SMA性能的影响也不小，一般要求尽量多用人工砂，并且应坚硬多棱角有一定的表面纹理无塑性；3.矿粉对混合料产生加劲效应，降低沥青的流动性，增加其粘度SMA中矿粉用量比普通沥青混合料大很多，是玛蹄脂的主要成分，其质量对混合料的稳定与抗车辙能力有很大关系，因而对矿粉的质量和用量应给予重视矿粉的亲水系数应小于1，小于0.075mm颗粒的含量应大于75%。
SMA混合料目标配合比设计一、SMA矿质混合料设计SMA矿质混合料配合比设计按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F402004）推荐的矿质混合料标准级配范围，确定级配范围。
按规格参照。
二、选择设计沥青用量一般来讲，SMA的沥青用量比沥青混凝土的沥青用量约大1%或更大，沥青含量不足会直接影响路面耐久性，但过多的沥青也会使路面产生泛油或车辙等病害，所以SMA希望沥青用量有一个最低限值。
SMA混合料马歇尔试验配合比设计技术要求见下表4-15.混合料设计级配一经选定，即需要增加或减少沥青含量来获得混合料的设计空隙率，根据设计级配用初试沥青含量试验的空隙率情况，以0.2%~0.4%为间隔，调整3个以上不同的沥青含量，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组的试件不得少于4个，另有两个用作真空法实测理论最大相对密度的试件。
若初试沥青含量的空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接作为最佳沥青含量。
符合规范要求。
进行马歇尔稳定度试验，得出每一种沥青含量时混合料的马歇尔特性，包括VV、VMA、VFA、VCAmix以及马歇尔稳定度和流值，是否符合表4-15要求。
绘制以上各项体积指标与沥青含量的关系曲线，根据希望的设计空隙率，确定最佳沥青含量。
三、目标配合比设计检验①析漏性能检验。
SMA混合料应进行谢伦堡沥青析漏试验，析漏损失不得超过规范规定的容许值。
②动稳定度检验。
SMA混合料必须进行车辙试验，对混合料的高温抗车辙能力进行验证，并满足规范要求。
③水稳定性能检验。
SMA混合料必须进行水稳定性试验，并满足规范要求。
（2）生产配合比设计和试拌试铺验证。
对SMA混合料的生产配合比设计和试拌试铺验证，与普通的热拌沥青混合料没有什么区别，可参照通用的办法进行，SMA混合料应根据目标配合比设计的结果，按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF402004）规定的方法进行生产配合比设计和试拌试铺检验。
G204烟上线奎山-汾水段改建工程
下面层SMA-20沥青混合料目标配合比
山东省公路建设（集团）有限公司
G204烟上线奎山-汾水段改建工程中心试验室
二○一二年十月
SMA-20目标配合比设计说明
一、沥青混合料设计依据
1、JTG F40-2004《公路工程沥青路面施工技术规范》
2、JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》
3、JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》
二、原材料
沥青： SBS I-D
碎石：采用五莲石料厂玄武岩，材料为10-20mm、5-10mm碎石。
细集料：3-5mm石屑0-3mm机制砂。
填料：莒县产矿粉。
木质素纤维：日照产。
三、矿料混合料配合比设计
根据对石料的筛分结果，级配设计结果如表1
表1
四、确定油石比
以沥青用量6.0%为基准，拌和五个（5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%）沥青用量的混合料，制件后测得各项指标见表2
表2
五、确定目标配合比
以沥青用量5.9%拌和制件，测得沥青混合料技术指标见表3、表4
表3
表4
六配比选择
VCA mix=39.4<VCA DRC=40.797并且满足VMA>16.5%，该级配符合要求。
掺加0.3%木质素纤维。
此配合比可以作为生产配合比设计依据。
文章编号:0451-0712(2004)11-0097-05 中图分类号:U 414175 文献标识码:B维修罩面工程S M A 配合比设计刘朝晖,黄云涌,秦仁杰(长沙理工大学公路工程学院 长沙市 410076)摘 要:结合广深高速公路沥青混凝土路面维修工程,探讨S M A 在南方炎热地区重交通高速公路罩面维修工程中的应用及混合料配合比设计。
针对地区与交通特点,在材料级配曲线的确定、马氏试件成型击实次数、水泥掺量、冻融劈裂试件击实次数等方面进行了有益的探索,供同行参考。
关键词:S M A ;性能要求;配合比设计 S M A 是20世纪60年代中期由德国开发的新型沥青混合料,为间断级配骨架型密实混合料,由大比例碎石(粗集料)构成坚固的骨架结构,并由丰富的沥青玛蹄脂填充骨架空隙进行稳定。
骨架结构具有优异的抵抗永久变形能力,沥青玛蹄脂使S M A 混合料具有高度的耐久性,粗糙的表面构造使路面具有优良的抗滑性和较低的交通噪声[1]。
S M A 对材料和工艺要求较高,初期建设费用比传统沥青混凝土(A C )高一些,但使用寿命较长,铺筑厚度较薄和养护工作量小,路面全寿命成本降低,且具有可持续的环境效益。
我国1992年在首都机场高速公路首次铺筑了S M A 路面,近年来S M A 在我国正广泛应用,如北京、河北、山东、辽宁、吉林、江苏、广东、四川、福建、湖北、湖南和安徽等省市的高速公路与城市道路,同时在机场跑道、钢桥面与混凝土桥面铺装、旧路改造等工程广泛应用[2]。
本研究结合广深高速公路沥青混凝土路面维修工程,探讨S M A 在南方炎热地区重交通高速公路罩面维修工程中的应用与混合料配合比设计。
1 原材料试验111 集料物理指标集料均采用广东云浮生产的花岗岩石料,其表观密度、毛体积密度、有效密度(计算密度)及吸水率分别见表1。
表1 S M A 面层花岗岩集料物理指标规格表观密度 (g c m 3)毛体积密度 (g c m 3)有效密度 (g c m 3)吸水率 %10～15mm 碎石21663216072163501815～10mm 碎石2166921603216360195石屑2164721583216150194矿粉21725-21725-水泥31100-31100-112 集料压碎值、磨耗及针片状含量试验花岗岩集料力学指标及针片状颗粒含量试验结果分别见表2。
113 集料与沥青粘附性试验采用多种国内常用的抗剥落剂对沥青进行改性收稿日期:2004-05-15后与花岗岩集料的粘附性效果(水煮法)进行了比较试验。
所采用的抗剥落剂分别为BA -3型液体抗剥落剂、A R -68粉体抗剥落剂及TW -1型非氨类液体抗剥落剂。
在试验过程中所有抗剥落剂的掺量均为014%,水煮法粘附性试验结果见表3。
公路 2004年11月 第11期 H IGHWA Y N ov 12004 N o 111 表2 花岗岩集料压碎值、磨耗及针片状含量试验结果%规格压碎值磨光值(B PN)磨耗值针片状含量10～15mm碎石18144721194125～10mm碎石181********技术要求≤25≥42≤28≤10表3 粘附性比较试验结果沥青种类粘附性等级(水煮法)设计要求SBS改性沥青3SBS改性沥青+A R-684SBS改性沥青+TW-15SBS改性沥青+BA-355级 试验结果表明:掺入014%的各种抗剥落剂后,SB S改性沥青与花岗岩石料的粘附性等级均有所提高,其中TW21型抗剥落剂与BA23型抗剥落剂掺入到SB S改性沥青后与花岗岩石料的粘附性等级达到5级,不加抗剥落剂及加入A R268抗剥落剂的SB S改性沥青裹覆在花岗岩石料表面后,在微沸水中浸泡过程中部分沥青发生了剥落,其粘附性等级分别为3级和4级。
114 SB S改性沥青SB S改性沥青的性能指标[3]试验结果见表4。
表4 SBS改性沥青试样性能指标试验结果项目试验结果设计要求延度(5℃) c m4615≥30针入度(25℃) 011mm5911≥40软化点 ℃72≥70针入度指数P I01625≥01225℃弹性恢复 %87≥85离析软化点差 ℃213<2150蜡含量 %1113<310溶解度 %99179≥9910相对密度11035R T FO T 后残留物质量损失 %0178≤110针入度 011mm80≥65延度(5℃) c m26≥20115 SB S改性沥青粘度-温度曲线试验沥青是一种感温性材料,其在各个不同的温度阶段体现出不同的粘度,给拌和、摊铺和碾压等施工工艺的施工温度控制带来很大的影响。
从保证施工质量的角度来看,各个不同的施工阶段所对应的粘度范围分别为:拌和为0115～0119Pa1s,初压为0125～0131Pa1s,终压为≤20Pa1s,正常碾压为≤2Pa1s[1]。
利用B rookfield旋转粘度计分别测定沥青在135℃、165℃和175℃条件下的相对粘度,并根据Saal公式计算出沥青在不同的粘度区间所对应的温度区间作为施工过程中各施工工艺温度控制的范围。
SB S改性沥青粘度—温度曲线试验结果及各施工工艺控制温度范围见表5。
表5 SBS改性沥青粘温曲线试验结果沥青品种施工工艺粘度范围 Pa1s温度范围 ℃SBS改性沥青拌和0115～011917316～18014初压0125～013116016～16611终压≤20≥8819正常碾压≤2≥122116 SB S改性沥青的PG分级试验为进一步考察SB S改性沥青的路用性能,参照美国战略公路研究计划(SHR P)的研究成果,对SB S改性沥青进行PG分级试验,以确定其PG分级等级,试验结果见表6[4]。
PG分级试验结果表明: SB S改性沥青性能指标满足PG70-16的技术指标要求。
表6 SBS改性沥青PG分级试验结果项目技术要求试验结果平均7d最高路面设计温度 ℃最低路面设计温度 ℃70-16粘度(135℃) Pa1s≤30199动态剪切(GΞ sin∆) kPa≥11001165 R T FO T或T FO T残留物质量损失 %≤11000178动态剪切(GΞ sin∆) kPa≥21202135 PAV老化温度(100℃)残留物动态剪切(GΞsin∆) kPa≤50004230蠕变试验劲度S M Pa≤300286蠕变试验m≥0130001317—89— 公 路 2004年 第11期 2 S M A-13沥青混合料目标配合比设计211 集料组成设计在S M A213规范推荐矿料级配范围的基础上,按照S M A设计方法的要求[5],以4175mm孔径作为控制点,在各孔径通过率均满足级配范围要求的前提下,设计了4175mm筛孔通过率分别接近级配范围的上限(级配一)、中值(级配二)及下限(级配三)等3条级配曲线。
并在参考世界各国S M A相应级配范围的基础上,选择气候条件与广东省相似的澳大利亚的级配范围进行对比试验,通过沥青混合料性能试验,选择各项性能指标均满足设计及规范要求且施工质量相对容易控制的级配曲线作为施工时采用的级配曲线。
S M A213沥青混合料的级配范围及设计级配曲线和矿料配合比分别见表7和表8。
表7 S M A-13 矿料级配范围及设计级配曲线级配类型通过下列筛孔(mm)的质量百分率 % 161312915417521361118016013011501075级配一100941370182910221319131615141212131012级配二100941169172612201517191516131612101011级配三100941370142315181616151416131011161010级配范围中值1009562152610201519101610131011151010上限10010075103210261024102010161015101210下限1009010501020101510141012101010810810表8 S M A-13各级配曲线矿料配合比%集料类型10～15mm碎石5～10mm碎石石屑矿粉水泥级配一28422055级配二29441755级配三28481455212 S M A213马歇尔试验根据S M A沥青混合料设计方法的要求,先对3种初试级配进行捣实密度试验,测定粗集料的捣实骨架间隙率V CA DRC,试验结果见表9。
表9 S M A-13初试级配VCA DR C试验结果%级配一级配二级配三411574114240196选择初步油石比为518%,对上述3种初试级配进行双面击实50次的马歇尔击实试验,测定在该油石比条件下的沥青混合料粗骨架间隙率V CA M I X 并与V CA DRC进行比较,同时也对沥青混合料马歇尔试件的其他体积指标进行测定,以确定采用何种级配。
试验结果见表10。
表10 S M A-13初试级配VCA M I X、VV、VM A试验结果 %项 目级配一级配二级配三V CA M I X381336153511矿料间隙率VM A161617141819试件的空隙率V V310413610 从试验结果可以看出:3条级配曲线的粗骨架间隙率均满足V CA M I X≤V CA DRC的基本要求,级配一的VM A略低于17%,但级配二、级配三在518%的大油石比情况下(由于花岗岩集料吸附沥青膜较薄,518%油石比已经明显感到沥青用量偏大)沥青混合料马歇尔试件V V仍然偏大,同时从减少施工过程中离析的危险性出发,选择级配一作为S M A2 13推荐级配曲线。
采用双面75次击实,其不同油石比条件下马歇尔试件体积指标结果汇总见表11。
表11 S M A-13马歇尔试验结果汇总油石比%密度Θg c m3V V%VM A%沥青饱和度V FA%稳定度kN流值011mm51421355410161175121016526163 51621360315161178131012529135 51821362312161680121018329103 61021362219161382121014630150技术要求3～4≥161570～85>61020～50 注:重交通地区或炎热地区VM A可放宽到1615。
最佳油石比:OA C=517%;孔隙率:V V= 314%;密度:Θ=21361g c m3。
析漏试验的析漏率为01075%,满足规范≤011%的要求。
飞散试验的质量损失率为617%满足规范<10%的要求。
213 S M A沥青玛蹄脂碎石不同击实次数比较试验关于S M A沥青玛蹄脂碎石为什么规定在马歇尔试件成型过程中采用双面击实50次的问题,答案应该来自于三个方面。
