SMA混合料配合比設(shè)計總結(jié)講解

1、SMA昆合料配合比設(shè)計總結(jié)劉積軍 山東省路橋集團(tuán)有限公司第四分公司摘 要：SMA是近年來使用較多的性能優(yōu)越的瀝青混合料，但其施工工藝要求較高， 其配合比設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及方法也與普通的熱拌瀝青昆合料有較 大不同。本文結(jié)合工程實例，介紹其配合比設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及方法。關(guān)鍵詞：瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）;配合比設(shè)計；1 工程概況菏關(guān)高速公路位于山東省菏澤市， 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。路線全長 60 多公里，主線路面結(jié) 構(gòu)采用30cm石灰、粉煤灰土底基層+14cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+14cm柔 性基層（大粒徑瀝青碎石混合料 LSM-30）+8cmAC-25C粗粒式+6cmAC-20

2、C 中粒式+4cmSMA-1瀝青瑪蹄脂碎石混合料結(jié)構(gòu)，橋面鋪裝采用 6cmAC-20C+4cmSMA-結(jié)構(gòu)。2 SMA混合料性能及組成特點2 .1SMA混合料性能瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是一種由優(yōu)質(zhì)瀝青、纖維穩(wěn)定劑、 礦粉及少量的細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配粗集料骨架間隙 組成的一體混合料， 它的最基本組成是碎石骨架和瀝青瑪蹄脂結(jié)合料兩 大部分，與我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的瀝青混合料，如密級配瀝青混合料 （AC 型）,）,密級配瀝青碎石混合料（ATB ,半開級配瀝青碎石混合料（AM）, 開級配瀝青碎石混合料（ATPB,開級配排水式磨耗層瀝青混合料（OGFC） 相比，都表現(xiàn)出其優(yōu)越性，SMA

3、具有AC的空隙率小，水穩(wěn)定性及耐久性 好，AM ATB的集料嵌擠作用好，高溫抗車轍能力強， OGFC勺抗滑性能 好等各種特點，同時又克服了 AC的高溫穩(wěn)定性能不足，AM及 ATB的不 耐抗裂、抗老化、抗水損害性能差的缺點，因而是一種比較理想的混合 料結(jié)構(gòu)。2 . 2 SMA結(jié)構(gòu)特點2.2.1 礦料是間斷級配，粗集料占到 70以上，粗集料顆粒之 間有良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力， 即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也 不會減小，因而有較強的高溫抗車轍能力。222 SMA使用礦粉多（8 %12%），瀝青多（油石比5. 5% 6. 5，比密級配瀝

4、青混合料大 1左右） ，又使用纖維作穩(wěn)定劑，由此 組成的瀝青瑪蹄脂有較好的粘結(jié)作用， 它的韌性和柔性使混合料有較好 的低溫抗裂性能。2.2.3 SMA 混合料的內(nèi)部空隙率很小 （4%左右） ，混合料滲水很 少，幾乎不滲水，水穩(wěn)定性能較好。2.2.4 SMA要求采用堅硬、耐磨的石料，礦料為間斷級配，粗集 料含量高， 路面壓實后表面形成大的空隙， 構(gòu)造深度大， 抗滑性能提高。2.2.5 SMA昆合料內(nèi)部被瀝青瑪蹄脂充分填充，空隙率小，瀝青 與空氣接觸少，因而瀝青混合料的耐老化性能好。由于SMA具有以上的結(jié)構(gòu)特點，使其各種性能都大大提咼，減少了 維修和養(yǎng)護(hù)費用，延長使用壽命，盡管初期投資有所增加，但

5、總體上仍 將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益。3 SMA-13配合比設(shè)計方法3 .1設(shè)計原則3.1.1 SMA混合料的配合比設(shè)計，遵循現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于SMA混合料 配合比設(shè)計的目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試拌試鋪驗證的三個階段，確定礦料級配及最佳瀝青用量。3.1.2 SMAE合比設(shè)計采用馬歇爾試件體積設(shè)計方法： 必須具有互相嵌擠緊密的粗集料骨架，馬歇爾試件的VCAmi泌須小于搗實狀態(tài)下的粗集料骨架間隙率VCADRc填充在SMA勺粗集料骨架間隙中的瀝青 混合料應(yīng)符合最小瀝青用量的要求，馬歇爾試件的空隙率必須在要求的范圍內(nèi)。3. 2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)3.2.1 SMA-13礦料級配采用間斷級配，其級配范圍應(yīng)符合表1要求。表1

6、SMA-13混合料礦料級配范圍篩孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001007534262420161512下限1009050201514121098中值1009562.52720.519161312103.2.2 SMA配合比設(shè)計，應(yīng)符合表2要求。3.2.3 SMA設(shè)計配合比檢驗，應(yīng)符合表3各項指標(biāo)的要求，試驗方法按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ 052-2000)的規(guī)定進(jìn)行。表2 SMA馬歇爾試驗配合比設(shè)計技術(shù)要求試驗項目單位技術(shù)要求試驗方法不使用改性瀝青使用改性瀝青馬歇爾試件尺寸mm 101.6mm*63.5mmT0702馬

7、歇爾試件擊實次數(shù)兩面擊實75次T0702空隙率VV%4-4.5T0705礦料間隙率VMA不小于%17.0T0705粗集料骨架間隙率 VCAmix，不大于VCAdrcT0705瀝青飽和度VFA%75-85T0705穩(wěn)定度，不小于KN5.56.0T0709流值mm2-5T0709表3 SMA配合比設(shè)計檢驗指標(biāo)檢驗項目單位技術(shù)要求試驗方法不使用改性瀝青使用改性瀝青謝倫堡瀝青析漏試驗的結(jié)合料損失%不大于0.2不大于0.1T0732肯塔堡飛散試驗的混合料損失%不大于20不大于15T0733車轍試驗的動穩(wěn)定度次/mm不小于1500不小于3000T0719水穩(wěn)定性殘留穩(wěn)定度試驗%75以上80以上T0709凍

8、融劈裂試驗殘留強度比%75以上80以上T0729滲水系數(shù)Ml/min小于80T0730構(gòu)造深度mm0.8-1.5T07314 材料4.1瀝青結(jié)合料：全線SMA-13表層瀝青采用5% SBS 95%加德 士基質(zhì)瀝青改性的瀝青，試驗結(jié)果見表 4。表4 加德士 5%SBS改性瀝青試驗結(jié)果試驗項目單位技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法針入度(25 C ,100g,5s)0.1mm30-6053.2T0604針入度指數(shù)PI 00.27T0604延度(5 C ,5cm/min)cm 2027.6T0605軟化點,TR& BC 6076.2T0606運動粘度135 CPa.sw 32.30T0603閃點(COC)C

9、230330T0611溶解度% 9999.98T0607離析,48h軟化點差Cw 2.50.6T0606彈性恢復(fù)(25 C )% 7089T0605TFOT(或 RTFOT)后殘留物質(zhì)里變化% 1.00.10T0610 或 T0609針入度比(25 C )% 6579.8T0604延度(25 C )cm 1518.1T06104.2粗集料：SMA采用的粗集料應(yīng)米用質(zhì)地堅硬，表面粗糙，形狀接近立方體，有良好的嵌擠能力的破碎集料，全線均采用山東章丘、沂水圈里產(chǎn)的玄武巖石料，規(guī)格為 510mm 1016mn其技術(shù)性能見表表5 章丘玄武巖碎石技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法石料壓碎值（%不大于26

10、6.5T0316洛杉磯磨耗損失（%不大于288.4T0317表觀相對密度不小于2.62.824T0304吸水率（%不大于2.01.16T0304與瀝青粘附性不小于45級T0616堅固性（%）不大于120.8T0314針片狀（）不大于1514.6T0312水洗法小于0.075顆粒含量（%）不大于10.6T0310軟石含量（）不大于32T0320石料磨光值（PSV）不小于4045T0321具有一定破碎面的顆粒含量（）不小于100100T03464.3細(xì)集料：米用章丘玄武巖軋制的機制砂，具有良好的棱角性和嵌擠功能，可以明顯提高混合料的高溫穩(wěn)定性， 試驗結(jié)果見表6表6 SMA面層用細(xì)集料質(zhì)量技術(shù)性能指

11、標(biāo)技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法表觀相對密度不小于2.52.810T0328堅固性（0.3mm部分）（%）不小于1214.5T0340砂當(dāng)量（%）不小于6071.4T03344.4填料：采用山東嘉祥石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉為了為了增強集料與瀝青的粘附興礦粉種摻加15%勺生石灰粉，其技術(shù)性能見表 7。表7 SMA面層用礦粉技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法表觀相對密度不小于2.52.711T0352含水量（）不大于10.8T0103烘干法粒度范圍v 0.6100100T0351v 0.1590-10090.3T0351V 0.07575-10077.1T0351外觀無團(tuán)粒結(jié)塊無團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)（%）不大于1

12、0.88T03534.5纖維穩(wěn)定劑：采用日照宏祥產(chǎn)木質(zhì)素纖維，用量為瀝青混合料總量0. 3%,其技術(shù)性能見表 &表8 木質(zhì)素纖維質(zhì)量技術(shù)性能項目單位技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果纖維長度，不大于mm6小于6.0灰分含量%18 520.86%PH值7.5 1.07.9吸油率，不小于,纖維質(zhì)量的5倍5.48 倍含水率（以質(zhì)量計）,小于%54.035目標(biāo)配合比設(shè)計5.1目標(biāo)配合比設(shè)計，按圖1步驟進(jìn)行圖1 SMA目標(biāo)配合比設(shè)計流程圖5 . 2按現(xiàn)行試驗規(guī)程規(guī)定的方法精確測定各種原材料的毛體積相對密度，礦粉為表觀相對密度。試驗結(jié)果見表9。5 . 3設(shè)計初試級配：5.3.1 調(diào)整各種礦料比例設(shè)計3組不同粗細(xì)的初試級配，

13、3組級 配的4. 75通過率分別為中值，中值士 3%,其礦粉數(shù)量大致相同，使 0. 075通過率為10%左右，且合成級配應(yīng)符合級配范圍的要求。三組初試級配見表9山東省菏關(guān)高速公路工程弦O】MlmHWJ9.513.2163.1932.7542.0161.4721.0770.7950.5820.4260.3120級配曲線圖0.075 05 0.3 0.6 8鑛 L尺寸(出75瀝青馬蹄脂碎石SMA-13礦料級配設(shè)計計算表篩孔()10-16(%)5-10(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級配3工程設(shè)計級配范圍中值下限上限16100100100100100100100100

14、10010010013.281.110010010010093.893.893.895901009.51.487.510010010061.862.262.662.550754.750.62.196.799.710023.126.029.02720342.360.61.01.278.110020.022.324.620.515261.180.61.01.256.410017.419.120.71914240.60.61.01.234.910014.815.916.91612200.30.61.01.224.799.213.514.215.01310160.150.61.01.215.690.5

15、11.612.012.4129150.0750.50.80.85.776.08.89.09.110812配合比1334501210100配合比2334201510100優(yōu)選配合比3333901810100圖表9532計算3種初試級配合成集料的毛體積相對密度、 合成集料的表觀相對密度、集料的有效相對密度，把每個合成級配中小于 4. 75mm勺 集料篩除，分別測定4. 75以上粗集料的松方毛體積相對密度 yS，計 算出粗集料骨架的松裝間隙率。試驗結(jié)果見表 10。為了發(fā)揮SMA昆合料粗集料的石一石結(jié)構(gòu)的嵌擠作用， 在壓實狀態(tài)下瀝青混合料中的粗集料骨架間隙率VCAx必須小于或等于沒有其他集料、結(jié)合料存

16、在時的粗集料集合體在搗實狀態(tài)下的間隙率 VCArc, 3種級配粗集料的間隙率 VCArc和松方毛體積密度結(jié)果見表10。5.4選擇初試瀝青含量，成型馬歇爾試件，根據(jù) VMA和VCA確 定設(shè)計級配。由于集料的合成毛體積相對密度為 2. 725，根據(jù)美國AASHTO 規(guī)范建議并結(jié)合我國實際經(jīng)驗， 選擇初試瀝青含量6. 0%,拌和混合料 成型馬歇爾試件，擊實次數(shù)為雙面 75次，按表干法測定試件的毛體積 相對密度Pf，計算試件的空隙率 VV礦料間隙率VMA及粗集料骨架間 隙率VCA表10 粗集料的間隙率VCARC和松方密度技術(shù)指標(biāo)初試級配級配1級配2級配3集料的合成毛體積相對密度Y sb2. 7252.

17、 7252. 725集料的合成表觀相對密度Y sa2. 8142. 8142. 814集料的有效相對密度Y se2. 7822. 7822. 782粗集料的間隙率 VCADRC47. 1346. 9246. 56粗集料骨架混合料的平均毛體積相對密度 丫 CA2. 7292. 7302. 7304. 75mm以上粗集料的松方毛體積相對密度 丫 s1. 4431. 4491. 459表11 SMA-13 混合料體積指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)初試級配級配1級配2級配3毛體積相對密度Yf2. 3682. 4072. 423最大理論相對密度丫 t2. 5202. 5202. 520空隙率VV( %6. 04. 53.

18、 8礦料間隙率VMA( %18. 317. 016. 4VCAmix33. 2734. 7636. 98由表11可見，3種級配中VCAmix均能滿足小于VCARC的要求，級配3VMA1% ,故選擇4. 75通過率較適合的級配2為設(shè)計級配。5.6調(diào)整瀝青用量成型馬歇爾試件，根據(jù)空隙率VV確定設(shè)計瀝 青含量為6. 0%,目標(biāo)空隙率控制在4-4.5 %之間(表12)。表12 SMA-13混合料體積指標(biāo)瀝青含量(%)Y fY tVV(%)VMA(%)VCAmix5.72.3902.5205.116.935.26.02.3962.5094.516.935.06.22.3942.5014.317.235.

19、1由于5.7%的瀝青含量的混合料空隙率間隙率不合格，6.0%瀝 青含量的混合料間隙率不合格,故選6.2%的瀝青含量為最佳瀝青 含量5.7 SMA配合比設(shè)計檢驗:采用級配2,瀝青含量6. 2%拌和SMA昆合料，對其各項性能 進(jìn)行檢驗，結(jié)果見表13。表13 SMA-13目標(biāo)配合比設(shè)計檢驗結(jié)果試驗項目技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法謝倫堡瀝青析漏試驗不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗（次/mm）不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗（%）159T0733-2000低溫彎曲試驗不小于300019526TO715-1993滲水試驗（ml/mi n）20012.35T0730-20

20、00凍融劈裂強度比（）8091.36T0729-20006 生產(chǎn)配合比設(shè)計6.1按目標(biāo)配合比確定的礦料配合比上料，經(jīng)拌和機（日工3000 型）振動篩二次篩分后，取熱料倉 1 # （0 3mm） 2 # （3 5mm） （11 18mm材料進(jìn)行篩分，結(jié)果見表14。6.2根據(jù)熱料倉篩分結(jié)果，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計，設(shè)計3組礦料級配，纖維0.3%、瀝青含量6.2%，在拌和機上試拌進(jìn)行抽提試驗， 試驗結(jié)果見表15。分析試驗結(jié)果，確定配合比為級配 26.3根據(jù)生產(chǎn)配合比確定的礦料級配，采用6. 2%瀝青含量，纖維 用量0. 3%, SBS改性瀝青，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計，抽提試驗、馬歇 爾試驗結(jié)果見表16,表1

21、7。表15抽提試驗結(jié)果篩1613. 29. 54. 752. 361. 180. 60. 30. 150. 075孔級配110095. 669. 129. 124. 420. 315. 713. 210. 98. 2級配210092. 863. 525. 221. 91915. 213118. 5級配310092. 462. 62520. 618. 115. 113. 211. 48. 8表16生產(chǎn)配合比抽提試驗結(jié)果篩孔1613. 29. 54. 752. 361. 180. 60. 30. 150. 075通過 率(%10094. 662. 227. 622. 819. 015. 513.

22、211. 09. 2表17生產(chǎn)配合比馬歇爾試驗結(jié)果瀝青含量(%)丫 f丫 tVV(%)VMA(%)VCAmix6. 22. 4122. 5194. 217. 536. 8表14 SMA-13生產(chǎn)配合比設(shè)計礦料級配SMA -13礦料級配設(shè)計計算表篩孔(%)12-18(%)5-12(%)3-5(%)0-3(%)礦粉(%)合成級配1合成級配2合成級配3工程設(shè)計級配范圍中值下 限上限1610010010010010010010010010010010013.283.0:9910010010094.7 94.9 194.495901009.55.681.610010010064.0 :64.7 :62.

23、562.550754.750.98.380.010010028.228.228.02720342.360.50.39.791.210023.1 123.1 :23.120.515261.180.1P 0.27.064.310019.5 :19.5 :19.51914240.60.10.24.741.010016.516.516.51612200.30.10.23.731.899.015.115.115.11310160.150.1P 0.2:3.123.291.2 :13.213.213.2129150.0750.10.22.210.977.310.010.0 |10.010812配合比129

24、4701311100配合比228r 48r 01311 1100 :配合比3314501311100o o O0 9 8IX000000007 6 5 4 3 2 1表18 SMA-13生產(chǎn)配合比設(shè)計檢驗結(jié)果試驗項目技術(shù)要求試驗結(jié)果試驗方法謝倫堡瀝青析漏試驗（）不大于0.10.07T0732-2000車轍試驗（次/mm）不小于30004169T0719-1993肯塔堡飛散試驗（%）159T0733-2000低溫彎曲試驗不小于300019526TO715-1993滲水試驗（ml/mi n）20012.35T0730-2000凍融劈裂強度比（）8091.36T0729-20007試驗段混合料質(zhì)量檢驗根據(jù)生產(chǎn)配合設(shè)計確定的礦料比例：碎石 1016:碎石510:碎石03:礦粉=33: 42: 15: 10,瀝青含量6. 2%,采用日工3000 型瀝青混合料拌和機生產(chǎn)，每盤拌和容量為3噸，拌和過程逐盤打印各個料倉的材料用量、礦料及瀝青溫度。試鋪過程中，現(xiàn)場抽樣按試驗規(guī) 程JTJ 052-2000進(jìn)行抽提篩分、馬歇爾試驗及車轍試驗、瀝青析漏試 驗、水穩(wěn)定性檢驗。（表19、表20、表21