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。

2.1确定矿料的级配：按照《SMA路面设计施工指南》中SMA-B标准级配的建议，确定3组冷料投料比例，其原则以4.75mm筛的通过百分率为22%、25%、28%左右，均固定矿粉的用量，并且保持0.075mm筛的通过百分率为10%左右，遵循以上原则，利用电脑EXCEL的运算功能，通过人机对话的方式，最终确定甲、乙、丙三组级配如表3所示：

2.3选择初试沥青用量，测定VV、VMA、VCAmix等指标：

初试沥青用量的选择，一是根据合成集料毛体积相对密度，二是根据以往成功路段的实践经验，三是参析漏试验的结果。本工程所用合成集料毛体积相对密度均大于2.9，并根据成功路段的经验，确定初试用量5.8%，并按此制作马歇尔试件，击实温度在170℃左右，双面各75次。测定并计算各项指标。

①理论最大相对密度：理论最大相对密度的取得可以采用计算法，也可以采用真空法实测。由于采用了改性沥青，并加入了纤维稳定剂，实测有困难，本次设计采用计算的理论密度。

②测定沥青混合料毛体积密度（表干法实测），在这一环节应特别注意表干重的测定，因操作人员不同，测定结果会有所不同，所以该试验的操作宜固定人员。

③沥青混合料的空隙率VV

④4.75mm以上粗集料骨架间隙率VCAmix对SMA来说，这一指标至关重要，它是否小于VCADRC是粗集料是否形成嵌挤结构的标志。

⑤沥青混合料间隙率VMA：确定混合料是否有足够的空隙供沥青玛蹄脂填充。

⑥沥青混合料的饱和度VFA，试验结果如表6：

表6目标配合比马歇尔试验结果

2.4 比较相关数据：判定某种级配是否为SMA，要从以下三个方面进行比较: ：

a、 VCAmix是否

b、VMA是否>17%。(即是否有足够的间隙率可供玛蹄脂填充)

c、 VV是否满足3~5%的要求。对于表7中的数据进行比较，可以看出三种级配均能满足上述三个条件，在省交通科研所的指导下，结合空隙率的大小，经与总监处、施工单位协商，决定采用级配乙作为目标配合比的级配。并变化沥青用量以5.5%和6.1%分别进行马歇尔试验，如表7：

表7变化沥青用量的马歇尔试验结果

2.5根据表7，最终确定目标配合比为：

10~20mm：5~10mm：人工砂：矿粉：沥青用量=42：34：14：10：5.8

2.6目标配合比的验证：目标配合比在理论上是否可行，还须以下试验验证：a、析漏试验b、飞散试验c、车辙试验d、残留稳定度e、冻融劈裂试验 f、表面构造深度g、渗水试验

经委托省交通科研所，以上指标均能满足要求。

表8目标配合比验证试验结果

3生产配合比设计

有了良好的目标配合比只是整个配合比设计的基础，我个人认为，在沥青混合料配合比设计的过程中，生产配合比设计才是设计的核心，它的结果直接用于生产。

3.1选定振动筛的筛孔：筛孔尺寸的选择一要根据路面结构类型，二要根据原材料的粒径大小，结合以往成功经验，在省交通科研所的指导下，选定了4种筛孔3、5、11.2、18mm。

3.2确定热料仓的比例：从二次筛分的热料仓中取样，取样时开始几锅应废弃，待拌和站生产稳定时再取样筛分。根据筛分结果，利用电脑EXCELR 运算功能，通过人机对话的方式，确定各热料仓的比例，其遵循的原则和方法同目标配合比设计。确定结果为1#仓：2#仓：4#仓：矿粉＝37：41：11：11

3.3按确定的最佳沥青用量及热料仓的比例进行试拌，取样进行马歇尔试验，并完成以下几项内容：a、抽提计算沥青用量 b、筛分 c、理论最大相对密度d、毛体积相对密度 e、4.75mm以上粗集料占矿料总量的比例 f、4.75mm以上粗集料占沥青混合料的比例 g、空隙率VV h、计算VMAI、计算VCAmix k、计算VFA，各项指标的计算结果如表9：

表9 生产配合比马歇尔试验结果

4、铺筑试验段

它是配合比设计的验证阶段，目标配合比、生产配合比是否可行，最终要看试铺的效果，通过试验段还需解决指导施工的其它问题，主要包括以下内容： ①生产能力与材料供应、运输车辆、摊铺进度、碾压设备的匹配。②摊铺速度的确定。③碾压速度、压路机型、碾压组合。④松铺系数的确定。⑤平整度、高程等指标的控制措施。⑥摩擦系数、构造深度、渗水情况以及压实效果等。⑦室内马歇尔试验。⑧级配检验等。该配合比的SMA混合料和易性好，均匀无离析、无淅漏，碾压时无推移，比较理想。

5、结束语

SMA是一种较为新型的路面结构，60年代中期始于德国，1991年引进我国，并于1998年开始推广，它的配合比设计不能完全依靠马歇尔方法，应主要由体积指标确定；饱和度、流值不是其主要指标，车辙试验是重要的设计手段。通过206线烟黄路的实地调查研究，我们对SMA的理解更进一步，相信SMA在我国会更快更好地发展和完善。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。