SMA沥青混合料路面特点及配合比设计
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浅谈SMA沥青混合料目标配合比设计方法本文针对SMA沥青混合料目标配合比设计这一试验检测技术,从SMA沥青混合料定义、组成原理及特点;沥青路面的使用性能;SMA沥青混合料目标配合比设计要点;SMA沥青混合料目标配合比设计步骤;共四个方面对其进行阐述。
标签:SMA;目标配合比;设计方法1 概述路面结构是高速公路的重要主成部分,其工程造价也占据公路工程总造价的大部分。
一般高速公路路面结构层占公路工程总造价的37%左右,其中沥青路面结构层又占据路面结构层总造价的86%左右,而沥青路面上面层又占沥青路面结构总造价的20%左右。
由此可见,铺筑一条既能满足交通量日益增长、车辆不断大型化、重载超载车不断的性能优良的沥青路面,是极其重要的。
这就给路面沥青混合料目标配合比设计及施工工艺提出了更高的要求,突出了解决此类问题的重要性。
2 SMA沥青混合料定义、组成原理及特点2.1 SMA定义沥青玛蹄脂碎石混合料(Stone Matrix Asphalt,简称SMA)是由高含量粗集料、高含量矿粉、纤维稳定剂、较大沥青用量,低含量中间粒径颗粒组成的骨架密实结构型沥青混合料。
高含量的粗骨料在混合料中颗粒面与面直接接触、相互嵌锁构成的骨架直接承受了荷载作用,这种骨架对温度敏感性小。
含量较高的矿粉与沥青形成粘聚力很高的胶凝状物――玛蹄脂,使得混合料的整体力学性质提高。
这两方面的作用使混合料具有足够的竖向与侧向约束,在车辆荷载的作用下,不产生或只产生微小的永久性变形。
2.2 SMA组成原理沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料,填充于间断级配的矿料骨架中,所形成的混合料。
其组成特征主要包括两个方面:①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗变形能力强)的结构骨架;②细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起,并填充骨架空隙,使混合料有较好的柔性及耐久性。
SMA的结构组成可概括为“三多一少,即:粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少”。
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。
沥青SMA混合料配合比设计(SMA-16)一、基本情况该高速公路工程地处华北地区交通干线,拟采用改性沥青SMA作为抗滑表层,按规范规定,首先铺筑长500m的SMA路面试验段,由于有关各方的重视和努力,试验路铺筑非常成功,为高速公路正式铺筑SMA路面创造了条件。
试验路铺筑在邻近的二级公路上,路面宽14m,在旧路面上先铺筑了AC-25(F)型沥青混凝土整平层,然后铺筑SMA-16抗滑表层,设计厚度4cm。
二、材料参数与试验1.沥青结合料考虑到高速公路所在地夏天炎热,基质沥青的标号采用与沥青面层原设计相同的进口壳牌沥青AH-70,沥青质量符合“道路石油沥青技术要求”中的A级标准。
改性剂采用性能较好的SBS,SBS 为北京燕化公司国创一号,星型,经过不同剂量改性效果的比较,选择剂量5%,由北京市国创改性沥青有限公司的LG-8型炼磨式改性沥青制作设备在拌和厂现场加工制作,改性沥青经显微镜观察分散非常均匀,一般小于5μm,试验结果如表1。
2.矿料试验路全部采用高速公路表面层实际使用的材料铺筑。
粗集料采用玄武岩,质地坚硬,表面粗糙,质量指标如表2。
细集料采用人工砂及天然砂,人工砂是玄武岩碎石厂加工的,规格3-5mm,3mn以下的粉尘已经被抽风机吸走,很干净。
由于加工困难,成品率低,所以价格较贵,为碎石价格的两倍,所以使用量不宜太多。
天然砂为河砂,含泥量几乎为零。
矿粉为磨细石灰石粉,细度见配合比设计表,不过由于时处雨季,矿粉不够干燥,使矿粉添加有些困难,需经常由人工帮助敲打。
各种材料的筛分结果见表3,从表中筛分结果可见,材料比较规格,规格筛孔以外的比例极小。
改性沥青材料主要指标表13.纤维使用从美国进口的松散木质素纤维,质量符合有关规定基本要求。
为了提高纤维投放效率及分散效果,纤维由专用的纤维投放设备直接投入拌和机。
掺量比例为沥青混合料总质量的0.3%,密度为0.6g/cm3。
粗集料的主要指标表2矿料密度及筛分结果表35~l0m 3.019 2.959 100 100 100 100 11.6 0.4 0.3 0.3 0.2 0 0 3~5mm人工砂 3.062 3.002 100 100 100 100 98.2 5.0 0.2 0.1 0.1 0 0 天然砂 2.659 2.612 100 100 100 99 95.5 83.7 56.6 42.6 8.8 3.2 1.9 矿粉― 2.676 100 100 100 100 100 100 100 100 99.8 99.6 75.2三、目标配合比设计1.确定矿料级配按照SMA-16的标准级配建议,经过配合比设计计算确定3组冷料仓投料比例,使4.75mm的通过率大体上为22%、25%、28%,0.075mm的通过率为10%左右(相当于固定矿粉用量的13%),3组配合比的合成级配曲线如图1,级配计算如表4,材料的配比如下:甲:10~20∶5~10∶人工砂∶天然砂∶矿粉=52∶28∶4∶3∶13乙:10~20:5~10:人工砂:天然砂:矿粉=49∶29∶5∶4∶13丙:10~20:5~10:人工砂:天然砂:矿粉=45∶3l∶6∶5分别按这3组级配测定4.75mm以上粗集料的毛体积相对密度及全部矿料的毛体积相对密度,如表4所列。
SMA沥青混凝土路面的配合比设计与质量控制措施摘要:SMA沥青混合料的密实度和饱和性良好,形成的沥青路面平整度和降噪效果均较好。
SMA路面整体较为粗糙,有着较好的耐高温、抗变形、抗水害及抗开裂等性能,早期质量病害较少,维修养护成本低,但对施工技术要求比较高。
因此,公路建设发展的过程中,需要更加重视SMA沥青混凝土路面的配合比设计与质量控制,不断发现问题,找出有效措施,共同为我国的公路建设项目添砖加瓦。
基于此,本文主要分析了SMA沥青混凝土路面的配合比设计与质量控制措施。
关键词:SMA沥青混凝土;施工;质量控制引言SMA沥青混凝土路面施工需要从各个环节进行严格把控,包括拌合、混合料加工和施工等环节,才能更好的提高乡村道路施工的质量。
需要结合公路工程项目实际情况,合理采用SMA改性沥青路面施工技术,同时严格根据技术流程及要求进行作业,从而保证SMA路面施工质量,有效发挥SMA路面的性能优势。
一、SMA沥青混合料概述SMA也叫沥青马蹄脂碎石混合料,通过采用增加矿粉用量、改性沥青等技术手段,组成沥青马蹄脂后填充间断级配的粗集料骨架间隙,从而使沥青混合料既能保持开级配沥青混合料表面功能好的特点,又能克服耐久性差的缺点,尤其是使高温抗车辙能力、低温抗裂性能、耐疲劳性能和水稳定性能等各种路用性能大幅度提高。
二、公路路面施工质量控制管理的必要性近年来,随着人们经济收入的不断提高,车流量不断增加,对公路路面建设质量要求也在全面提高。
在城市公路建设中,沥青混凝土是常用的材料之一,而沥青混凝土路面施工技术是决定公路路面建设质量的关键因素。
在当前,我国在沥青混凝土路面施工技术方面仍存在一些不足,在一定程度上降低了城市公路建设质量。
此外,目前出现大量“面子工程”,也就是部分官员在建设公路时一味追求个人政绩,忽视施工质量,导致施工环节出现不符合施工要求等情况,各参建方在施工期间未严格监督管理重点工序,使得路面施工质量降低。
SMA混合料配合比设计总结刘积军山东省路桥集团有限公司第四分公司摘要:SMA是近年来使用较多的性能优越的沥青混合料,但其施工工艺要求较高,其配合比设计标准及方法也与普通的热拌沥青混合料有较大不同。
本文结合工程实例,介绍其配合比设计标准及方法。
关键词:沥青玛蹄脂碎石(SMA);配合比设计;1 工程概况菏关高速公路位于山东省菏泽市,是日照至南洋高速公路的一部分,南北走向的重要交通干道之一。
路线全长60多公里,主线路面结构采用30cm石灰、粉煤灰土底基层+14cm水泥稳定碎石下基层+14cm柔性基层(大粒径沥青碎石混合料LSM-30)+8cmAC-25 C粗粒式+6cmAC-20C 中粒式+4cmSMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料结构,桥面铺装采用6cmAC-20C+4cmSMA-13结构。
2 SMA混合料性能及组成特点2.1 SMA混合料性能沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种由优质沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配粗集料骨架间隙组成的一体混合料,它的最基本组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分,与我国现行规范规定的沥青混合料,如密级配沥青混合料(AC 型),),密级配沥青碎石混合料(ATB),半开级配沥青碎石混合料(AM),开级配沥青碎石混合料(ATPB),开级配排水式磨耗层沥青混合料(OGFC)相比,都表现出其优越性,SMA具有AC的空隙率小,水稳定性及耐久性好,AM、ATB的集料嵌挤作用好,高温抗车辙能力强,OGFC的抗滑性能好等各种特点,同时又克服了AC的高温稳定性能不足,AM及ATB的不耐抗裂、抗老化、抗水损害性能差的缺点,因而是一种比较理想的混合料结构。
2.2 SMA结构特点2.2.1矿料是间断级配,粗集料占到70%以上,粗集料颗粒之间有良好的嵌挤作用,沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力,即使在高温条件下,沥青玛蹄脂的粘度下降,对这种抵抗能力的影响也不会减小,因而有较强的高温抗车辙能力。
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%。
钢渣SMA-13型沥青混合配合比设计及路用性能研究一、引言公路建设对于国家经济和社会的发展具有至关重要的作用。
在道路建设中,沥青混合料作为常用路面材料,在道路的使用过程中所遭受的高强度和高频次的载荷,磨损,风雨侵蚀,易受到破坏。
因此,有效的沥青混合料设计及使用对于公路交通建设的长远发展必不可少。
钢渣SMA-13型沥青混合配合比设计及路用性能研究,旨在通过对钢渣SMA-13型沥青混合料的配合比、制备工艺和使用性能等方面进行研究,为我国公路建设提供更加可靠、环保的路面材料。
二、配合比设计2.1 原材料选择工程中选用的原材料及标号分别为:钢渣(G)、石筛石25-31.5mm(CA)、石子16-19mm(FA)、石灰石粉(L)、SBS改性沥青(SBS)和沥青(AC-20)。
2.2 配合比设计流程根据配合比设计原则,首先根据设计要求确定各成分的质量比例和混合料总配合量,进而考虑混合料强度、适应性以及稳定性等因素确定混合比。
经过反复试验,确定了钢渣SMA-13型沥青混合料的最佳配合比为:G:CA:FA:L:SBS:AC-20=21.2%:35.1%:23.4%:7.5%:9.2%:3.6%。
混合料总配合量为1850kg/m3。
三、制备工艺3.1 材料的预处理将钢渣经过筛分,取其20-40目部分作为配合料。
石灰石粉需要经过干燥处理,以降低水分含量。
石子和石筛石需要清洗并干燥。
3.2 沥青混合料制备将CA、FA、L混合均匀,再与G、SBS混合拌和,最后加入热沥青拌和。
制备过程中混合料的温度控制在150℃-170℃左右。
拌和后还需通过振动致密机器进行致密处理,以保证混合料的稳定性和适应性。
四、路用性能研究4.1 拉伸性能测试在20℃的环境下,使用拉伸试验机对混合料进行拉伸测试,并测量混合料的抗拉强度。
试验结果表明,该混合料的抗拉强度达到了9.8MPa左右,表明混合料的抗拉性能较好。
4.2 耐水、耐热性能测试在60℃恒温水槽中,使用夹心试验方法对混合料进行耐水性能测试;在140℃恒温箱中,使用热空气对混合料进行耐热性能测试。
SMA路面的特点与施工工艺摘要:SMA沥青混合料在施工中经过大量的研究、试验和总结,目前该工艺已被广泛推广于高速及地方高等级公路的路面。
文章对江阴大桥九圩连接线改造工程SMA的特点、设计、施工和现场测试等作了系统介绍。
关键词:SMA特点设计施工测试1 概述沥青玛蹄脂混合料(SMA)是常用于高等级公路路面的沥青混合料。
SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。
其≥4.75mm的粗集料比例高达70~80%,矿粉用量8~13%,混合料中0.075mm的通过率高达8~10%,由于是间断级配,很少使用细集料。
沥青含量高达5.7~6.0%,同时需添加0.3%混合料总量的木质素纤维和0.4%沥青用量的抗剥落稳定剂。
SMA沥青玛蹄脂碎石混合料路面是沥青、矿粉、纤维稳定剂及少量细集料组成的沥青玛蹄脂结合料,充填于间断级配的粗集料碎石骨架的间隙形成的一种沥青混合料。
简单的说:SMA是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂两大部分组成的。
SMA是一种新型的路面材料,具有良好的路用性能:除具有良好的表面功能、抗滑、抗高温、车辙、减少低温开裂、平整度高、噪音小、能见度好等特点外,SMA还具有路面抗变形能力强、不透水、使用寿命长、维修养护小等优点,同时SMA还可以减薄表面层厚度,易于施工和维修。
由于沥青玛蹄脂具有上述各项优点,因此,目前在高等级公路建设中被广泛应用为高等级路面材料。
但是如果原材料不好,施工不认真,质量管理不重视,仍然不能取得满意的结果。
而且存在生产成本高,拌和楼产量低,间断级配混合料的质量控制要求高,施工难度大等风险。
只有抓住SMA的特点,合理组织施工,严格按规程操作,才能取得良好的成果。
2 SMA配合比设计方法SMA混合料配合比设计方法,我国主要是采用马歇尔试验法,又结合我国工程实际情况进行。
其步骤如下:2.1 原材料的选择和要求(1)沥青:采用SBS改性沥青。
SMA路面特点沥青玛蹄脂碎石(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量旳细集料构成旳沥青玛蹄脂填充间断级配旳粗集料骨架间隙构成一体旳沥青混合料,其混合料具有如下特点:1)粗集料多在SMA旳构成中,矿料是间断级配,粗集料占到70%以上,粗集料颗料之间有良好旳嵌挤作用。
沥青混合料产生非常好旳抵御荷载变形旳能力,虽然在高温条件下,沥青玛蹄脂旳粘度下降时,这种抵御能力旳影响也不会减小,因而有较强旳高温抗车辙能力。
AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 4.75mm通过率38~68 34~62 20~34 20~322)矿粉和沥青用量高,采用纤维稳定剂SMA使用矿粉高达8%~12%,沥青用量高达5.7%~6.5%,比一般AC-13/AC-16高1%左右。
同步要使用纤维作稳定剂,由此构成旳沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面,充足填充集料间隙,在温度下降、混合料收缩变形时,玛蹄脂有较好旳粘结作用,它旳韧性和柔性使混合料有较好旳低温变形性能,低温抗裂性能得到大大提高。
2)AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 0.075mm通过率4~8 4~8 8~12 8~123) 空隙率小SMA混合料旳内部空隙率很小(3%~4%),混合料渗水很少或几乎不渗水,混合料内部旳水属毛细水形态,不易成为大旳动力水,再加上玛蹄脂与集料旳粘结力好,混合料旳水稳定性也有较多改善。
同步由于密水性好,对下面旳沥青层和基层有较强旳保护作用和隔水作用,使路面能保持较高旳整体强度和稳定性。
3) 路面表面粗糙,构造深度大SMA一方面规定采用坚硬旳、耐磨旳优质石料;另一方面矿料采用间断级配,粗集料含量高,路面压实后表面形成大旳孔隙,构造深度大0.8~1.3mm,使雨天高速行车下不易产生水漂,抗滑性能提高,较好地解决了抗滑与耐久旳矛盾。
同步,雨天交通不会产生大旳水雾和溅水,路面噪声减少,从而可以全面提高路面旳表面功能。
同步,雨天交通不会产生大旳水雾和溅水,路面噪音可减少3~5dB,从而提高路面旳表面功能。
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。
SMA-10目标配合比报告G045线赛-果公路改造工程第十合同段—SMA-10沥青混合料目标配合比设计报告1 概述我标段为全线上面层均采用SMA-10沥青混合料结构类型,于2010年8月30日在工地试验室进行目标配合比设计。
设计依据:《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)2 原材料表2-1 材料信息本次目标配合比设计木质素纤维掺量为沥青混合料重量的0.3%。
各种集料、矿粉、木质素纤维及沥青的密度试验结果见表2-2和表2-3、各种矿料及矿粉的筛分结果见表2-4。
表2-2 集料密度试验结果表2-3 沥青及纤维密度*注:纤维密度由厂家提供。
表2-4 各种矿料和矿粉的筛分结果3 沥青混合料配合比设计3.1 混合料级配SMA-10混合料级配范围见表3-1。
表3-1 SMA-10混合料级配3.2 矿料配合比计算先确定SMA-10的三种级配(级配A、级配B和级配C),4.75mm筛孔通过率分别为29.9%、27.4%、23%,三种级配组成见表3-2。
图分别测定三种级配的VCA DRC,初试油石比按7.0%双面各击实75次制作试件,测定VCAmix及VMA等指标,在满足VCAmix小于VCA DRC和VMA不小于17%的等条件的基础上确定级配,测试结果见表3-3和表3-4。
表3-3 VCA测试结果表3-4 初试级配的体积分析*注:对重交通路段或炎热地区,空隙率可放宽到4.5%3.3马歇尔稳定度试验按级配A称取矿料,采用3种油石比,双面各击实75次成型马歇尔试件,然后将成型的试件进行马歇尔稳定度试验,试验结果列于表3-5。
表3-5 沥青混合料马歇尔试验结果*注:对重交通路段或炎热地区,设计空隙率可放宽到4.5%3.4 设计油石比的确定根据SMA 路面设计要求,空隙率应控制在3-4.5%。
SMA路面特点沥青玛蹄脂碎石(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙组成一体的沥青混合料,其混合料具有以下特点:1)粗集料多在SMA的组成中,矿料是间断级配,粗集料占到70%以上,粗集料颗料之间有良好的嵌挤作用。
沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力,即使在高温条件下,沥青玛蹄脂的粘度下降时,这种抵抗能力的影响也不会减小,因而有较强的高温抗车辙能力。
AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 4.75mm通过率38~68 34~62 20~34 20~322)矿粉和沥青用量高,采用纤维稳定剂SMA使用矿粉高达8%~12%,沥青用量高达5.7%~6.5%,比一般AC-13/AC-16高1%左右。
同时要使用纤维作稳定剂,由此组成的沥青玛蹄脂包裹在粗集料表面,充分填充集料间隙,在温度下降、混合料收缩变形时,玛蹄脂有较好的粘结作用,它的韧性和柔性使混合料有较好的低温变形性能,低温抗裂性能得到大大提高。
2)AC-13 AC-16 SMA-13 SMA-16 0.075mm通过率4~8 4~8 8~12 8~123) 空隙率小SMA混合料的内部空隙率很小(3%~4%),混合料渗水很少或几乎不渗水,混合料内部的水属毛细水形态,不易成为大的动力水,再加上玛蹄脂与集料的粘结力好,混合料的水稳定性也有较多改善。
同时由于密水性好,对下面的沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用,使路面能保持较高的整体强度和稳定性。
3) 路面表面粗糙,构造深度大SMA一方面要求采用坚硬的、耐磨的优质石料;另一方面矿料采用间断级配,粗集料含量高,路面压实后表面形成大的孔隙,构造深度大0.8~1.3mm,使雨天高速行车下不易产生水漂,抗滑性能提高,较好地解决了抗滑与耐久的矛盾。
同时,雨天交通不会产生大的水雾和溅水,路面噪声降低,从而可以全面提高路面的表面功能。
同时,雨天交通不会产生大的水雾和溅水,路面噪音可降低3~5dB,从而提高路面的表面功能。
4)SMA的混合料内部被沥青玛蹄脂充分填充,空隙率小,沥青与空气接触少,沥青老化降低,因而沥青混合料的耐久性能良好。
综合SMA的组成特点,可以归纳为三多一少:粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。
SMA 混合料形成机理a)粗集料骨架;b)沥青玛蹄脂;c)用玛蹄脂填充的粗集料骨架SMA是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架间隙的混合料。
或者说SMA是由互相嵌挤的粗集料骨架和沥青玛蹄脂两部分组成。
特点和性能、结构类型、空隙率(%)、沥青用量、4.75mm、通过率(%) 、0.075mm 通过率(%)、抗车辙变形、疲劳耐久性、抗裂性能、水稳定性、渗水情况、抗老化性能、特点和性能、结构类型、抗磨损、抗滑性能、路面噪声、反光、溅水、水雾、施工难易程度、成本。
ACl6(I)型悬浮密实结构3~6 中等42~63 中等(4~8) 很好ACl6(II)型悬浮半密实结构4~8 (10) 较少30~50 较少(2~5) 较好ACl6(III)型悬浮半空隙结构较好较差较差较低。
SMA-l6 嵌挤密实结构3~4 (4.5) 较多20~30 很多(8~12) 很好很好很好很好小很好SMA—l6 嵌挤密实结构很好好好稍难(温度提高、纤维) 高差易中▲抗高温变形能力强;▲抗开裂、疲劳性能良好,提高耐久性和早期裂缝较少;▲不透水,抗水损坏性能强;▲表面粗糙度大,抗滑性能好,提高行车安全▲降低行车噪音▲SMA减小灯光反射,减小水雾,提高能见度与普通沥青施工相比较,具有施工复杂、难度大的特点,对施工队伍的要求较高,SMA的施工工艺要求较高,对施工因素的敏感性较强,矿料级配及沥青用量的小的波动和变化,很容易造成路面质量的大的波动,也会造成局部泛油、油斑、透水等。
同时SMA对集料要求较高,由于同时由于沥青用量和矿粉多,混合料的成本会显著增加。
初期每吨增加费用20%~25%. 后期延长使用年限约25%~30%;可减轻、延缓沥青路面的早期破坏;改善路面行驶质量;节约大量维修、养护费用,降低50%~75%。
SMA沥青混合料的配合比设计一、概述沥青玛碲脂碎石(stone mastic asphalt 简称sma)路面具有优良的高温稳定性,良好的低温抗裂性,使用的耐久性以及明显的抗滑性和一定的降噪声的效果。
国外已普遍使用,国内也得到了推广应用。
但是,必须要保证SMA路面的工程质量才能体现SMA路面的优越性,保证质量的技术关键在于SMA沥青混合料的配合比设计。
二、材料(一)粗集料SMA混合料是依靠粗集料石、石接触和紧密嵌接而形成骨架结构,为防止碎石颗粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎,对粗集料的质量有严格的要求,也可说粗集料是SMA质量控制的关键,一般要求使高质量的轧制粗集料,其岩石应坚韧,具有较高的强度和刚度,而不能使用质地较软的石灰石。
SMA混合料的性质对集料4.75mm通过率十分敏感,要求针片状颗粒(1:3)含量不超过20%。
根据SMA材料的特性,在有条件的地方最好目前基本上采用玄武岩、辉绿岩等硬质的碱性石料。
(二)细集料在SMA混合料中细集料(指小于4.75mm颗粒)的质量仅为10%-20%,但同样要求石质坚硬、富有棱角,并有一定的表面纹理,软质含量少,塑性低,粘土含量不超过1%。
细集料宜用机制砂,也称人工砂。
天然砂由于颗粒接近于圆形,磨阻力小,故不宜多用。
(三)矿粉矿粉在SMA混合料中是重要的组成部分,它与沥青混和形成玛蹄脂,从而影响SMA的性能。
矿粉为混合料产生“加劲”效应。
按照我国目前沥青路面施工技术规范生产的石灰石矿粉可用于SMA混合料,上海使用的石灰石磨细矿粉。
(四)沥青材料SMA所使用的沥青要求有良好的粘结性和温度稳定性,一般应采用重交通道路沥青,其指标符合规范要求。
我国采用的标号应根据道路所在地区气候来确定,但一般宜采用较好的沥青,如南方地区可采用50号沥青,长江、黄河流域采用70号沥青,东北地区采用90号沥青。
虽然改性沥青种类很多,但现在国内外的发展趋势是SBS改性沥青应用日趋广泛,这是因为SBS改性沥青性能确实比PE等改性沥青优越,而且它的适应性强,无论在南方还是在北方都能有效地改善热稳定性和低温性抗裂性。
(五)纤维为了防止沥青滴漏,绝大部分SMA中都使用纤维,虽然也有的SMA项目使用改性剂来增加沥青粘度以防止滴漏。
现在大多数情况是,既使用改性沥青,也同时使用纤维材料。
三、玛蹄脂的组成与技术要求SMA的结构可分成两个部分:其一,是由粗集料构成的空间骨架结构;其二,电沥青、矿粉及纤维等材料所组成的玛蹄脂,玛蹄脂填充在SMA混合料骨架空隙中,形成密实骨架结构。
这是SMA混合料与传统沥青混合料在结构组成上的主要区别。
对于玛蹄脂的组成,有人将细集料(0.075-2.36mm)、矿粉、沥青和纤维组成的混合料作为玛蹄脂,而将无细集料的玛蹄脂称为细玛蹄脂。
美国e ray beown等人对细玛蹄脂和粗玛蹄脂的性能,采用动态剪切流变仪(dsh)及直接拉伸试验(dtt)等方法作了试验,结果表明二者的性能相关性非常好。
很明显,细玛蹄脂的性能可代表粗玛蹄脂性能。
(一)玛蹄脂的配合比1、矿粉用量:SMA矿粉的用量大多控制在8%-12%范围内。
我国在SMA-16级用为5.5%-7.5%、SMA-13级时相应降低。
高的沥青用量是SMA 混合料组成设计的特点。
2、纤维用量SMA中纤维掺量以纤维占混合料重量之比表示。
目前实际应用中,木质素纤维等有机纤维的掺量一般为0.3%-0.4%,玻璃纤维等无机纤维掺量一般为0.4%~0.6%。
纤维掺量过少会使混合料中沥青增多,易发生滴漏,形成油斑。
同时还会造成玛蹄脂有效数量不足,空隙率增大,降低路面的耐久性能。
纤维掺量过多时,会使分散困难,影响生产率,而且如有结团,还会使混合料粘聚力下降,影响路用性能。
此外,纤维较多时,混合料中自由沥青过少,使玛蹄脂过于粘稠。
低温性增大,降低混合料抵抗低温开裂能力。
四、SMA混合料级配(一)SMA混合料的最大粒径沥青混合料的最大粒径是指这种集料的最大公称粒径,如SMA-16的最大公称粒径为16mm,实际上整个混合料中还有比16mm大一级的集料,即19mm。
一般来说,最大公称粒径以上大一级的粒料还可能有90%-10%,所以在集料级配中公称尺寸的通过率一般为50%—100%。
SMA混合料的最大公称粒径与路面的层次和厚度有关,也与铺设的地区有关。
一般来说,如果沥青混合料的最大粒径大一些,热稳定性就比较好。
显然,根据我国大部分地区的气候条件,采用过小粒径的SMA是不可取的。
以上海为例,上海七八月份的平均气温达到26-27℃,由于温室效应,近几年的气温又有所上升,夏季高温持续时间长,沥青路面容易出现泛油,SMA 的最大粒径则可放大至19mm或25mm。
根据使用场合和交通组成的不同,可以选择不同的类型的SMA。
(二)集料级配SMA混合料的集料级配,与普通沥青混合料有根本的区别。
为了说明这种差别现以公称尺寸为13mm的这几种类型的沥青混合料级配作一比较。
五、SMA混合料技术指标与要求在设计中规范普遍采用马歇尔试验方法,即锤击成型试件,测试马歇尔稳定度等指标。
(一)试件成型的锤击次数试件成型号的密度不仅与锤击次数有关,而且与成型时的温度有关在温度偏高时,由于玛蹄脂的润滑作用,锤击50次和75次都可使SMA达到石石接触的效果,密度达到最大值,但在温度偏低时,锤击50次就有可能密度明显偏低,达不到石石接触的状态。
在实际施工时,由于混合料拌和温度的高低、运输距离的远近、施工现场的摊铺速度等因素,使混合料温度偏高或偏低都是有可能的。
在温度偏低的情况下,按50次锤击的密度控制,路面的密度就可能偏小,在重车压实下就会出现再次压密,进而有出现轮碾的可能。
鉴于此,采用高质量轧制碎石铺筑SMA路面,其混合料试件成型的锤击次数建议采用75次。
(二)SMA马歇尔技术指标与要求1、稳定度马歇尔稳定度不随沥青用量的变化而有明显的峰值,也就是说马歇尔稳定度对沥青用量的变化不敏感,故稳定度一般不能作为判断SMA沥青用量的指标。
2、流值SMA混合料马歇尔试验时,图上的变形曲线往往呈现较大的变形而不下降,有时甚至没有明显的峰值,当采用改性沥青时尤其如此。
这实际反映了SMA混合料具有很好的韧性,说明即使在很大变形时仍有相当高的支撑能力,流值控制在2-4mm范围内。
3、空隙率空隙率是沥青混合料的重要指标,它对路面的高温稳定性有显著影响,也关系到沥青混合料的用量。
空隙率的大小影响混合料的耐久性,空隙率大,混合料中沥青老化快,耐久性差,但空隙率过小,又影响混合料的稳定性。
SMA混合料的空隙率定在3.5%-5.5%。