（道路与铁道工程专业论文）衡枣高速公路SMA13混合料优化设计与施工质量控制研究.pdf

摘要 本文简要地介绍了沥青玛蹄脂碎石混合料( s m a ) 与s h r p 技术的发展及其 现状，通过室内试验对s m a 1 3 沥青混合料的级配进行了优化与验证，并对 s m a 1 3 粗集料( 大于4 7 5 m m ) 矿料间隙率进行了较为系统的研究：对s m a 沥 青混合料与s h r p 混合料的配合比设计进行了比较与研究。在研究并确定s m a 1 3 优化后的级配以后，通过常规的s m a 1 3 沥青混合料配合比设计与s h r p 混合料 配合比设计的室内对比试验分析，提出采用s h r p 技术混合料设计的主要试验仪 器旋转压实仪来进行s m a 1 3 混合料的配合比设计，取得了较好的效果，并 成功地在衡枣高速公路8 6 公里s m a 一1 3 沥青路面的配合比设计中得到了较好的实 际应用。采用旋转压实仪来进行s m a 1 3 混合料配合比设计，其室内目标配合比 结果与现场生产配合比试验结果几乎完全一致，从而减少了s m a 1 3 混合料配合 比设计的偏差。 另一方面，通过编制较为详细的s m a 施工指南，对s m a 1 3 混合料从原材 料到最后施工验收的每一个步骤都进行了严格的规定，并对其控制指标进行了量 化，从而使衡枣高速公路s m a 一1 3 沥青路面的施工铺筑取得了较好的效果。通过 现场沥青混合料与最后铺筑的s m a 1 3 沥青路面的试验检测，其各种技术指标均 达到或超过了设计要求。 采用旋转压实仪来进行s m a 沥青混合料配合比设计，其实际应用效果非常 不错，为完善沥青混合料配合比设计方法进行了探索性研究，具有一定的推广应 用价值。 关键词：s m a ，沥青混合料，s h r p ，旋转压实 a b s t r a c t t h i sa r t i c l eb r i e f l yd e m o n s t r a t e st h ed e v e l o p m e n ta n dc u r r e n ts i t u a t i o no fs m a a n dt h es h r pt e c h n o l o g y t h r o u g hl a b o r a t o r yt e s t ，w et e s t i f i e da n do p t i m i z e dt h e a l l o c a t i o nr a t eo fm a t e r i a lo fs m a 13 ，f u r t h e rm o r ew es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h e c l e a r a n c eo fs o m eb i gd i a m e t e rs m a 一13 ( m o r et h a n4 ，7 5m m ) ；w ea l s oc o m p a r e da n d s t u d i e dt h ed i s t r i b u t i o nd e s i g no ft h ec o m b i n a t i o no fs m aa n ds h r p a f t e rs t u d y i n g a n dd e c i d i n gt h eo p t i m i z e da l l o c a t i o nr a t eo fs m a 13 ，w em a d el a b o r a t o r yc o m p a r a t i v e t e s t i f i e da n a l y s eo fc a s u a lm i x t u r em a t e r i a ld i s t r i b u t i o nd e s i g no fs m a 一1 3a n ds h r p t h e n ，w eb r o u g h ta b o u tt h em e t h o do fu s i n gt h em a i nl a b o r a t o r ye q u f p m e n to fs h r p d e s i g n - - g y r a t o r y c o m p r e s s i n ge q u i p m e n tt od e s i g nt h ed i s t r i b u t i o nr a t eo fs m a 一13 。 a n dg o tt h es a t i s f y i n gr e s u l t t h i st e c h n o l o g yh a sb e e ns u c c e s s f u l l ye m p l o y e di nt h e d e s t h e d e s g no f s m a 一13p i t c hr o a ds u r f a c ed i s t r i b u t i o nr a t eo f t h eh i g hr o a do f h e n g z h a oo f l e n g t ho f8 6k i l o m e t e r s w h e nw eu s et h eg y r a t o r yc o m p r e s s i n ge q u i p m e n tt o g nt h em i x t u r em a t e r i a ld i s t r i b u t i o nr a t eo fs m a 13 ，t h er e s u l to fl a b o r a t o r yt a r g e t d i s t r i b u t i o nr a t ec o r r e s p o n d e dw i t ht h er e s u l to f l o c a l ep r o d u c t i o nd i s t r i b u t i o nr a t e pr e c i s e l y ，a n ds ow ed e c r e a s e dt h ew i n d a g eo f m i x t u r es m a 一13d i s t r i b u t i o nd e s i g n o nt h eo t h e rh a n d ，b ya u t h o r i z i n gt h ep a r t i c u l a rs m ac o n s t r u c t i o nm a n u a l ，w e r e g u l a t e de v e r ys t e po fs m a 一1 3m i x t u r em a t e r i a lf r o mr a wm a t e r i a lt o t h ef i n a l c o n s t r u c t i o nc h e e ka n da c c e p t a n c e ，a n ds e tt h em e a s u r e m e n to fc o n t r o l l i n gt a r g e t s b y t h i sm e t h o d ，w em a d es u c c e s s f u l l ya c h i e v e m e n t si nt h ec o n s t r u c t i o no fs m a 一13p i t c h p a v e m e n to ft h eh i g hr o a do fh e n g z h a o ，a f t e rl a b o r a t o r ye x a m i n a t i o no fl o c a l ep i t c h m i x t u r em a t e r i a l sa n dt h ef i n a lc o n s t r u c t e ds m a - 13p i t c hr o a ds u r f a c e ，e v e r y t e c h n o l o g ys t a n d a r ds a t i s f i e do re v e ns u r p a s st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s t h ea c t u a lr e s u l t so fd i s t r i b u t i o nd e s i g no fs m ap i t c hm i x t u r em a t e r i a l sb y e m p t o y i n gg y r a t o r y c o m p r es s i n ge q u i p m e n ti si n s p i r i n g ，a n dt h i sm e t h o da l s om a d e e x p l o r i n gs t u d yi ni m p r o v i n gt h ed i s t r i b u t i o nd e s i g no fp i t c hm i x t u r em a t e r i a l s i t d e s e r v e sb e i n gp o p u l a r i z e d k e yw or ds s m a ， a s p h a l t ， m i x t u r es h r p ， g y r a t o r yc m p a c f i o n 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：易獬 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 ( 请在以上相应方框内打“”) 储签名： 臻狲、 日期：肿j ，月，o 日 导师签名： 锈各锡 日期：沙降，月协日 1 1 前言 第一章绪论 衡枣高速公路是衡阳至昆明国道主干线中的湖南段，也是我省东西方向的公 路运输大通道，全线采用全部控制出入的四车道高速公路标准。本区属亚热带季 风性湿润气候，四季分明。春季阴雨绵绵，夏季炎热，冬季寒冷，有霜冻和降雪。 年平均气温为1 7 ，极端最高气温4 0 5 ，极端最低气温7 9 。年降水量为 1 3 2 5 3 m m 1 3 9 5 1 m m ，集中在3 8 月。 路线起于京珠高速公路湖南境内的湘末段洪市互通，止于永州市枣木铺，与 广西省相连，主线全长1 8 6 0 6 5 k m 。其中k 3 2 + 0 0 0 - - - k 1 1 4 + 7 6 8 1 3 4 为沥青砼路面， 长8 2 6 2 5k m ，分成四个路面施工标段( 二十二标、二十三标、二十四标与二十 五标) ；其余均为水泥混凝土路面。衡枣高速公路原设计的沥青路面面层结构为： 6 c m a c 2 5i 下面层+ 5 e m a c 一2 0i 中面层+ 4 c ma k 1 3 上面层。中、下面层采用 a h 7 0 重交通道路沥青，上面层采用s b s 改性沥青。由于a k 结构在省内外高速 公路上产生早期水损害的现象屡见不鲜，同时考虑到通车后的衡枣高速公路交通 量大、重载与超载车多，以及湖南高温多雨的气候特点等实际情况，在湖南省交 通厅高速公路路面深化设计组书面提议下，经省交通厅厅党组集体审议，将衡枣 高速公路原设计的改性沥青a k 1 3 上面层全部改为在抗车辙、抗裂、抗水损害、 抗疲劳、抗老化、抗磨损、抗滑、抗油蚀等方面均具有良好表现的改性沥青s m a 一1 3 结构，由湖南省交通厅高速公路路面深化设计组具体负责衡枣高速公路s m a 1 3 沥青混合料的设计与现场施工指导。到目前为止，衡枣高速公路是我国应用s m a 混合料里程最长的一条路。为搞好衡枣高速公路s m a 一1 3 路面，湖南省交通厅高 速公路路面深化设计组借鉴了国内外应用s m a 的成功经验与最新研究成果，并 进行了大量的室内试验研究与现场施工技术探索。 1 2 沥青路面与沥青混合料的发展状况 纵观沥青路面的发展历史，其过程大体上可以分四个阶段，第一个阶段，采 用天然沥青进行简单的洒铺阶段，是一种简单的沥青表面处治路面，其时问为： 从公元前6 0 0 年，在巴比伦铺筑第一条沥青路开始( 尽管这种技术不久就失传) ， 到二十世纪二十年代；第二个阶段，采用热拌沥青混合料经过碾压成型铺筑沥青 路面阶段，起始于二十世纪四十年代，以美国工程兵团的工程师布鲁颠- g 马歇 尔提出著名的马歇尔稳定度试验方法为标志，经过美国a s t m 标准化，提出了经 典的马歇尔设计方法，并列入了a s t md 1 5 5 9 规范，该试验方法现仍是绝大部分 国家的标准试验方法，只是根据交通发展的要求，不断地进行了适当的修订；第 三个阶段，美国a a s h o 路面设计方法，起始于二十世纪六十年，使沥青路面的 设计、施工、材料及路面结构发生了根本的变化，它主要成为美国大多数州的路 面设计指南，并列入了a a s h o 路面设计规范中，使沥青路面的整体性能得以较 大幅度的提高；第四阶段，美国战略公路研究计划( s h r p ) 的开发与应用，起 始于二十世纪九十年，其研究成果的应用与推广，开创了沥青与沥青混合料研究 新的罩程碑。在这个发展过程中，沥青混合料也由简单的表面处治沥青混合料、 经过了a c 密级配、开级配混合料，半开级配混合料、s m a 混合料，以及s h k p 混合料等多种类型。就我国而言，沥青路面在我国发展比较缓慢，于1 9 3 5 年第 一次在南京用进口沥青修筑了试验路，1 9 4 1 年又在滇缅公路修筑了1 5 5 公里双层 表面处治沥青路面，由于受到沥青生产质量与经济条件的制约，一直到二十世纪 八十年代中期还只能修筑简单的表面处治与渣油路面。直到1 9 8 8 年，我国第一 条高速公路一一京津唐高速公路，才首次利用进口沥青修筑高级沥青路面。从此 以后，高等级沥青路面以前所未有的速度在我国各地迅猛发展，到2 0 0 3 年底， 全国公路通车总里程达到1 8 1 万公里，高速公路近3 万公里，其中山东省高速公路 突破3 0 0 0 公里，江苏、广东省高速公路突破2 0 0 0 公里，河北、山西、辽宁、浙江、 河南、湖南、湖北、江西、安徽、广西、四川、云南、陕西1 3 个省区高速公路 突破1 0 0 0 公里。2 0 0 3 年公路建设完成投资3 5 0 0 亿元，其中江苏、浙江、山东、 河南、广东5 个省交通固定资产投资超过2 0 0 亿元，河北、山西、内蒙古、辽宁、 上海、安徽、福建、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、陕西1 4 个省区市 投资超过1 0 0 亿元。在高速公路中，7 0 以上的路面为沥青路面。在这些沥青路 面中，沥青层一般分为下、中、上三层，其中中、下面层混合料的类型基本上以 a c 2 0 与a c 一2 5 两种密缎配沥青混合料或其改进型为主：而对于表面层则变化较 多，各地根据各自的特点采用了多种不同的结构，如a c 型的a c 一1 6 或a c 13 、 a k 型的a k 一1 6 或a k 1 3 、多碎石沥青混合料s a c 1 6 、s a m 混合料中的s m a ，1 6 或s m a 1 3 或s m a 1 0 、s u p e r p a v e 混合料s h r p l 2 5 等等。从目前的发展趋势来 看，s m a 混合料所占的比重越来越大，且在各省市均进行了有益的偿试。 1 3s m a 沥青混合料的应用现状 s m a 混合料是2 0 世纪6 0 年代中期前联邦德国开发的新型沥青混合料，其 最基本的特征就是间断级配的粗集料骨架型密实混合料。s m a 中由坚硬的粗集 料构建的骨架结构具有优异的抵抗永久变形的能力，而填充于粗集料骨架孔隙中 的丰富的沥青玛蹄脂则赋予了s m a 良好的耐久性，其粗糙的表面结构又使路面 具有良好的抗滑性能和较低的交通噪声。s m a 混合料对材料与旄工工艺要求较 高，初期建设费用比传统的a c 型沥青混合料要高2 5 左右，但其使用寿命较长， 铺筑厚度较薄、养护工程量少，路面周期寿命成本较低，具有可持续的环境效益。 正是由于s m a 路面具有上述优异的面层功能特性与良好的寿命周期内技术经济 效益，它现已发展成为欧洲仍至世界重载交通道路、机场和港区道路通行的路面 磨耗层。前联邦德国于二十世纪六十年代中期铺筑的第一批s m a 路面，至今仍 在正常服务之中。s m a 路面已取代了德国工艺比较复杂、成本较高的浇注武沥 青路面，成为其重交通道路磨耗层的主要形式，到1 9 9 6 年，仅德国就铺筑了超 过1 亿m 2 的s m a 路面。s m a 路面自二十世纪六十年代开发以来，并未立即在 欧洲获得推广应用。如瑞典1 9 7 4 年才开始铺筑试验路，到二十世纪八、九十年 代，s m a 路面才真正流行于欧洲重载交通路面。 1 9 9 0 年秋天，美国路面专家赴欧洲考察沥青路面时，发现s m a 具有优良的 车辙抗力与抵抗带钉轮胎磨耗的能力，确认s m a 是一种良好的路面磨耗层，并 于1 9 9 1 年7 月首次在威斯康辛州9 4 号公路上铺筑了s m a 试验路，从此，s m a 路面在美国得到了迅速的发展。为推广并指导s m a 路面的应用，1 9 9 4 年n a p a ( 美国国家沥青路面协会) 发布了第一个s m a 的材料与施工指南。美国国家沥 青技术中心( n c a t ) 根据美国气候条件、集料筛孔尺寸标准、施工特点，对s m a 的材料特性、级配组成和混合料体积设计标准、胶泥的高、中、低温性能进行了 系统深入的研究，于1 9 9 9 年提出了比较完整的s m a 混合料设计方法、施工指南 与质量控制质量保证方法草案，把s m a 路面技术提高到了一个新的高度。 我国于1 9 9 2 年在首都机场高速公路首次铺筑了s m a 路面，现已陆续在北 京、河北、山东、辽宁、吉林、江苏、广东、四川、福建、山西、内蒙、湖南等 省市的高速公路与重交通道路上进行了推广试铺，同时s m a 技术还在许多桥面 铺装，尤其是钢桥面铺装中得以推广应用，如广东虎门大桥、厦门海沧大桥、武 汉白沙洲大桥等。 1 4 本课题的研究目的与内容 1 4 1 研究目的 由于在一条高速公路的沥青路面全部采用s m a 混合料结构，在我国尚属首 次，且s m a - 1 3 混合料在国内成功铺筑的先例还不多，为铺筑好衡枣高速公路 s m a 一1 3 沥青路面，很有必要对s m a 1 3 混合料的级配、原材料技术指标的确定 与控制、混合料体积指标的选择、混合料设计方法的选择、旌工方法的确定、施 工质量的控制等多方面进行系统的研究。 1 4 2 研究内容 具体对于衡枣高速公路s m a 1 3 混合料，我们不可能也没有必要对s m a 混 合料的所有方方面面进行系统详细的研究，我们只能在消化吸收前人成功经验与 总结他人失败教训的基础上，根据具体的实际情况，对衡枣高速公路s m a 1 3 混 合料最关键的一些因素进行验证性试验研究，具体内容如下： 1 s m a 一1 3 级配范围的确定，特别是4 7 5 通过率的确定： 2 s m a 1 3 混合料原材料技术指标的确定； 3 s m a 1 3 混合料技术指标的确定 4 s m a 一1 3 混合料设计方法的确定与验证； 5 s m a 一1 3 混合料施工方法的确定与质量控制方法的确定。 为此，我们在衡枣高速公路正式施工前，在室内对s m a 1 3 混合料的级配、 体积指标、混合料成型方法、混合料抗水损害性能等进行了大量的试验研究，得 出了一些有益的结论，并成功地指导了衡枣高速公路s m a 1 3 混合料的施工铺筑。 第二章s m a 混合料基本特性和混合料设计方法 s m a 最初称为“沥青玛蹄脂石屑混合料”，德文为“s p l i t t m a t i xa s p h a l t ”，英 文名为“s t o n em a s t i ca s p h a l t ”，s m a 为其英文的缩写。 2 1s m a 混合料基本特性 s m a 是一种热拌热铺的间断级配骨架密实型沥青混合料。它由占绝对优势 的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， 如图2 1 所示。间断级配的概念在于通过粗集料间的直接接触和相互嵌锁来增强 混合料的强度与稳定性，粗集料石石接触在图2 - 1 ( 理论上的示意图) 和图2 - 2 ( 实际的s m a 1 3 试件削面图) 中得到了充分的证实。 图2 1s m a 结构示意图图2 - 2s m a 1 3 混合料剖面图 在s m a 混合料中，粗集料提供骨架结构，而细集料与矿粉是作为玛蹄脂的 组成成分，基本上不参与构建混合料骨架的结构，只参与填充骨架结构问的间隙， 并把粗集料形成的架骨胶结成一个整体。由于s m a 的间断级配结构，0 。3 m m 一 2 3 6 m m 这个范围内的粒径所占的比例较少，从而基本避免了集料间的相互干涉。 在s m a 中由大于4 7 5 r a m 以上的粗粒径构筑豹骨架间隙率一般在3 7 4 5 之间， 而s m a 混合料设计空隙率一般应控制在4 左右，这就要求有3 3 4 1 体积的玛 蹄脂胶泥来填充间隙，作为s m a 级配，其4 7 5 m m 方孔筛的通过率般控制在 2 8 左右，也就是说，有5 一1 3 的空隙需要沥青来填充，因此，s m a 中需要超 量的沥青结合料，为了加入超量的沥青，同时要达到沥青胶泥的稳定，并防止在 施工过程中发生沥青的析漏，则必须采取如下措施：增加填料用量、加入纤维稳 定剂、采用聚合物改性沥青或以上材料的组合。 由于s m a 混合料特有的结构特点，决定了s m a 路面具有如下特点： 1 由高品质的碎石及碎石嵌挤决定的高度的稳定性与抗车辙能力。 2 由高品质的碎石与s m a 表面决定的优良的抗滑性能。 3 由s m a 糯糙的表面及其排水功能决定的低水雾性能。 4 由s m a 粗糙的表面及丰富的结合料决定的低交通噪声性能。 5 由高品质碎石与丰富的结合料决定的优良的耐久性能。 6 由高含量的结合料与结合料改性决定的优良的低温性能。 7 由高含量的结合料与低空隙特性决定的耐老化性能。 2 2s m a 与其它类型混合料的比较 为了更好地了解s m a 混合料的特性，我们现将s m a 与其它类型的热拌热铺 ( h m a ) 混合料进行比较如表2 1 。 、 表2 - 1s m a 与其它类型h m a 混合料的比较 o g f c 或 混合料类型传统a c 型 s u p e r p a v e s m a o p a 连续级配连续级配间断级配骨间断级配骨 级配类型 密实结构密实结构架空隙结构架密实结构 设号。空隙率， 3 54l5 2 43 5 5 混 油石比 中等 中等中等大 a 粗集料较少较多很多很多 口 料 细集料较多较少很少较少 组 填料较少较少较少较多 成 纤维 无 无 有或无有或无 表面特性较光滑较粗糙粗糙均匀粗糙均匀 抗滑性能不好较好很好好 溅水水雾重较重无轻 明视性差较差好较好 路 交通噪声重 较重 轻 较轻 面 性 车辙抗力差较好很好很好 能 疲劳抗裂好好较好很好 低温抗裂好好较好很好 抗水损害好好差很好 抗老化好好差很好 耐久性好好差很好 2 3s m a 混合料设计 s m a 混合料设计的目的在于保证s m a 混合料具有足够粗集料骨架和满意的 混合料体积比例。压实混合辩要求保持适当的空隙率v v ，集料间隙率v m a 不 应被沥青玛蹄脂过度填充，否则，v v 太小，将使粗集料悬浮在沥青玛蹄脂胶泥 中，导致混合料抗剪强度急剧下降，路面泛油、失稳、形成车辙。与此相反，s m a 混合料的耐久性，则要靠较高的沥青结合料含量来保证。为了保持高含量的沥青 结合料，防止析漏，则需加入稳定添加剂。如果沥青含量太低，将导致混合料变 脆，从而缩短路面服务寿命。因此，s m a 混合料设计应在混合料稳定性与耐久 性之间求得适当的平衡。 为了设计符合s m a 特性的混合料，首先必须对原材料进行选择与控制。 2 3 1 原材料选择 2 3 1 1 集料质量选择 2 3 1 1 1 粗集料 由于s m a 优良的抗车辙性能主要来源于粗集料高度的内摩阻力，故s m a 混 合料对粗集料的要求比普通密级配沥青混合料更高，要求选用质地坚硬、表面粗 糙、抗磨耗、耐磨光、形状接近立方体的碎石。许多国家都采用洛杉矶磨耗指标 来表征集料韧性与抗磨耗能力，也有少数国家用压碎值来评价集料强度，但几乎 所有国家对集料的形状、破碎面与洁净度都有技术规定，同时粗集料应具有优良 的抗磨光性能。如德国规定用于s m a 混合料的粗集料的冲击值不大于1 8 ，磨 光值p s v 不小于5 0 ：葡萄牙与捷克规定粗集料的洛杉矶磨耗值l a 不大于2 0 ， 磨光值p s v 不小于5 5 ：美国对s m a 混合料用粗集料做了较为全面的考虑，其技 术要求如表2 2 。 表2 - 2 美国s m a 粗集料技术要求 试验指标 试验方法 技术指标要求值 洛杉矶磨耗值l a ， a a s h t o 3 0 t 9 6 扁长颗粒， 3 ：1 a s t m 2 0 5 ：1d 4 7 9 l5 a a s h t o 吸水率，2 t 8 5 坚固性损失( 5 个循环) ，硫酸钠，a a s h t o1 5 硫酸镁 t 1 0 4 2 0 棱角性，一个面以上 a s t m 1 0 0 二个面以上 。d 5 8 2 19 0 从上表看出，美国对粗集料的技术要求并不是很高，一方面与其本土的资源 有关系，另一方面与其沥青结合料的质量较高也有关系，还有一个重要因素就是 美国对轴载限制较严，因此对粗集料的要求有所降低。 我国s m a 施工指南中，对粗、细集料的技术要求都做了较为严格的要求， 比公路沥青路面施工技术规范( j t j 0 3 2 9 4 ) 中对粗集料的规定更为严格，其 要求见表2 。3 。这些技术要求包括了粗集料的方方面面，相当全面。 表2 - 3 我国s m a 面层粗集料技术要求 技术指标单位技术要求试验方法 压碎值2 5t 0 3 1 6 洛杉矶磨耗值 2 8t 0 3 1 7 视密度 g c m 3 2 6t 0 3 0 4 吸水率 2 0 t 0 3 0 4 与沥青的粘附性级 4t 0 6 1 6 坚固性 1 2t 0 3 1 4 针片状颗粒含量 1 5t 0 3 1 2 水洗法小于0 0 7 5 m m 颗粒含量 1t 0 3 1 0 软石含量 1t 0 3 2 0 磨光值 b p n4 2t 0 3 2 1 具有破碎面一个以上破碎面 1 0 0 t 0 3 2 7 颗粒含量二个以上破碎面 9 0 其中影响粗集料质量的两个重要指标是洛杉矾磨耗值与扁平颗粒含量，对这 两个指标提出较高的要求是为了对s m a 混合料在压实过程中粗集料被压碎进行 控制，以使s m a 混合料具有良好的体积特性。 2 3 1 1 2 细集料 一般而言，细集料是指2 3 6 m m 筛孔以下的集料，但对s m a 混合料而言，则 根据混合料粒径的不同有不同的划分：对于最大公称粒径大于或等于1 3 2 m m 的 s m a 混合料，其细集料是指小于4 7 5 m m 筛孔以下的集料；对于最大公称粒径小 于或等于9 5 r a m 的s m a 混合料，其绍集料是指小于2 3 6 m m 筛孑l 以下的集料。 美困规定细集料应由1 0 0 破碎的机制砂构成，其技术指标应符合表2 - 4 的技 术要求。 表2 4 美国s m a 混合料细集料技术要求 试验指标试验方法技术要求 坚固性损失( 5 个循环) ，硫酸钠 1 5 硫酸镁 a a s h t ot 1 0 4 2 0 未压实空隙率， a a s h t ot p 3 3 4 5 液限，a a s h t ot 8 9 2 5 塑性指数， a a s h t ot 9 0 无塑性 我国s m a 施工指南规定：细集料宜采用专门制砂机生产的机制砂。当采用 普通石屑时，宜采用与沥青粘附性较好的石灰石石屑，且不得含有泥土、杂物； 与天然砂混用时，天然砂的用量不宜超过机制砂或石屑的用量。其具体的技术指 标如表2 5 。 表2 5 我国s m a 混合料细集料技术要求 技术指标单位技术要求试验方法 视密度 g e m 3 2 5t 0 3 2 9 坚固性1 2t 0 3 4 0 砂当量 5 5t 0 3 3 4 塑性指数 o t 0 1 l8 粗糙度 s实测t 0 3 4 5 我国规定的细集料粗糙度指标，是用来表征细集料的棱角性和表面构造特性 的，与美国细集料棱角性指标一松方空隙率的意义是相同的。 2 3 1 1 3 填料 与传统的沥青混合料相比，s m a 混合料需要填料的数量要大得多，粉胶比达 到了1 _ 8 2 0 ，而s m a 所用的胶结料本来就多，因此一般的s m a 混合料的填料 用量在8 一1 4 之间。用量的增大，使得填料的性质也变得越来越重要。在一般 的沥青混合料中，填料可以是磨细的石灰岩粉末、水泥、消石灰、粉煤灰，其中 以磨细的石灰岩粉末用得最多。对于s m a 而占，各国均有较为强制的规定，如 德国、捷克、匈牙利、荷兰等国均规定必须用磨细的石灰岩粉末，我国s m a 施 一i ：指南也规定必须使用磨细的天然石灰岩石粉，其技术指标如表2 - 6 。 9 表2 - 6s m a 面层用填料技术要求 指标单位技术要求试验方法 视密度 g c m 3 2 5t 0 3 5 2 含水量1烘干法 0 6 m m 1 0 0 粒度范围 o 1 5 m m9 0 1 0 0t 0 3 5 1 0 0 7 5 m m7 5 1 0 0 外观无团粒结块 亲水系数 1t 0 3 5 3 、 塑性指数4t 0 1 1 8 2 3 ，1 2 稳定剂 与传统的沥青混凝土相比，s m a 具有较高的沥青含量与较多的粗集料。粉料 的数量也不可无限量地加大，在一般情况下，s m a 各组分之间是难以达到平衡 的，因此，在s m a 混合料中必须加入适当类型与数量的稳定剂，以便在混合料 的储存、运输与摊铺过程中保持沥青结合料，且不发生析漏。稳定剂主要是指各 种纤维，纤维在s m a 混合料中有如下几种作用： 1 加筋作用。纤维在s m a 混合料中是以一种三维的分散相方式存在，从而起 到了加筋的作用。 2 分散作用。如果没有纤维，用量较多的填料与胶结料结合后就很可能成为 玛蹄脂胶团，不能均匀地分散在粗集料之间，这样的混合料铺筑在路上就会出现 很多的“油斑”，而缺少胶泥的地方则出现沥青碎石一样的开口连通孔隙，致使 路面渗水严重，纤维则可以使胶团适当分散。 3 。吸附与吸收沥青的作用，纤维加入s m a 混合料中，纤维表面能吸附一定量 的沥青，纤维内部也能吸收一定数量的沥青，从而使沥青用量增加，集料油膜变 厚，提高混合料的耐久性。 4 稳定作用。纤维使沥青处于相对稳定的状态，特别是在夏天，不致使s m a 混合料内过量的沥青成为自由沥青而出现泛油。 5 增粘作用，提高粘结力。纤维可以增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的 粘结提高集料白j 的粘结力。 鉴于纤维在s m a 混合料中所起的作用不容忽视，各国对纤维的质量也提出 了较高较全的技术要求，各公司也不断推出了各种不同的有利施工的新产品。从 o 形态上来分就有松散的絮状纤维与颗粒状纤维；从材质上来分就有木质素纤维、 矿物纤维与聚合物纤维三类。其中用得较多的要算木质素絮状纤维，我国也就对 它提出了全面的技术要求，如表2 7 ： 表2 7 我国木质素纤维质量技术要求 试验项目指标 试验方法 纤维长度 ：6n l m 水溶液用显微镜观测 灰分含量1 8 5 ，无挥发物5 9 0 。c 6 5 0 燃烧后，测定残留物 p h 值 7 5 1 0 水溶液用p h 试纸或p h 计测定 吸油率 不小于纤维质量的5 倍用煤油浸泡后，放在筛上，经振敲后称量 含水率 5 ( 以质量计)1 0 5 烘箱烘2 小时后，冷却称量 2 31 3 胶结料 胶结料是所有沥青混合料中一个最重要的组成部分，对s m a 混合料而言j 还有其特殊的要求，就是s m a 混合料中的胶结料必须满足沥青玛蹄脂的需要， 有较高的粘度，以保证混合料有足够的高温稳定性与低温韧性，因此，s m a 混 合料需要采用比常规混合料粘度或稠度更大的沥青结合料，如德国的s m a 重载 路面结合料用针入度级沥青时，普通沥青用b 6 5 级，改性沥青用p m b 4 5 级，而 意大利则规定采用针入度在4 5 5 5 ，软化点在7 5 8 5 的改性沥青。我国s m a 路 面施工技术指南也规定，应采用比当地常用沥青硬一级的重交通沥青，南方炎热 地区建议采用a h 5 0 沥青，中部及北部温暖地区采用a h 7 0 沥青，东北寒冷地 区采用a h 7 0 或a h 一9 0 沥青；s m a 采用改性沥青时，改性沥青的质量应符合公 路改性沥青路面施工技术规范( j t j 0 3 6 9 8 ) 规定的技术要求。 s m a 采用粘度较大，高、低温性能较好的改性沥青，可以加厚裹覆在集料上 的油膜，减少析漏，强化玛蹄脂的功能，防止s m a 路面在重载交通荷载作用下 玛蹄脂上浮，从而稳定与强化s m a 混合料粗集料骨架结构，增强s m a 混合料的 粘聚力与抗剪强度，保证s m a 具有足够的高温抗车辙能力与低温抗裂性能。因 此，s m a 采用性能优异的改性沥青，更能充分发挥s m a 混合料的优良性能，已 经是一种趋势。 2 3 2s m a 混合料配合比设计 s m a 混合料设计与常规沥青混合料设计基本相同，普遍采用体积设计法， 与传统的a c 混合料设计一样，分目标配合比、生产配合比及试拌试铺验证三个 阶段。进行混合料设计时，首先规定混合料级配范围与选择结合料，通过调整混 合料组成来达到要求的体积特性。s m a 混合料试件通常采用马歇尔法进行制备， 即采用马歇尔夯锤双面各击实5 0 次成型试件，其设计步骤如下： 2 3 2 1 目标配合比设计 1 s m a 混合料目标配合比设计按图2 3 流程图的步骤进行。 图2 - 3s m a 目标配合比设计流程图 2 先按试验规程规定的方法精确测定各种原材料的各项性能指标和相对密 度，其中粗集料为毛体积相对密度，小于4 7 5 m m 的集料、矿粉及纤维为表观相 对密度。各种材料的筛分及小于0 0 7 5 m m 的含量必须按照现行试验规程采用水洗 法测定。 3 设计初试级配 ( 1 ) 调整各种矿料比例，设计3 个不同粗细的初试级配，级配必须位于要求的 标准级配范围之内。3 个级配的4 7 5 m m 通过率分别为4 7 5 r a m 要求范围 的中值、中值+ 4 、中值一4 ，其矿粉数量宜相同，使o 0 7 5 r a m 通过率为 1 0 左右。 ( 2 ) 初试级配的平均毛体积相对密度ps b 按式( 2 1 ) 计算： 肛。2 互互忑1 0 0 _ 五 z _ t ) 几2 互互j 习 犯。1 p 、p 1p 3p ， 式中：p i 、p 2 、p 3 、p 。一一各种矿料的比例，其和为1 0 0 ，相应的毛体积 相对密度为pl 、p 2 、p3 、pn ( 4 7 5 r a m 机制砂与矿粉采用表观相对密度) 。 4 把每个合成级配中小于4 7 5 r a m 的集料筛除，分别测定4 7 5 r a m 以上粗集料 的毛体积密度pc a 。 5 用捣实法测定大于4 7 5 r a m 的粗集料的捣实密度ps ，按式( 2 2 ) 分别计算各 组初试级配的捣实状态粗集料骨架的间隙率v c a d r c 。 v c a m c2 l 卜老j x l 0 。 仁 式中：pc a 一4 7 5 m m 以上粗集料颗粒的毛体积密度； ps 一4 7 5 m m 以上粗集料的捣实密度。 6 参考使用经验，根据集料的平均毛体积相对密度p 。b 选择制作马歇尔试件 的初试油石比，并选择适当的纤维掺量。也可按照式( 2 3 ) 估算初试油石比。 e 。= 而万1 2 2 i ( v m 丽a - 丽v v ) ( 2 - 3 ) “ 1 0 0 n 6 一1 2 2 ( m “一册7 ) 。 式中：p 。一一初试油石比；。 v v 一一压实s m a 试件的空隙率，。 v m a 一一压实s m a 试件的矿料间隙率，。 p 。b 集料的平均毛体积相对密度 7 按初试油石比和矿料级配及纤维掺量拌制s m a 混合料，每种级配的设计数 不小于4 个试件，标准的马歇尔击实次数为双面各5 0 次。试验室s m a 混合料的 拌和与成型温度应根据沥青供应商或有条件的沥青试验室推荐的温度范围加以 确定。 8 s m a 混合料的理论最大相对密度p 。按式( 2 - 4 ) 通过计算求得，其中纤 维部分的比例不得忽略。 成。：票喾( 2 - 4 )一 1 0 0 只只 p p ，px 式中：p 。一沥青混合料的理论最大相对密度。 p 。b 一矿料的平均毛体积相对密度，由式( 2 1 ) 求得。 p 。一一试件的油石比，以矿料质量百分数计，。 p ；一一纤维用量，以矿料质量百分数计，由占沥青混合料总量的百分 数换算得到，。 p 。一一沥青结合料的相对密度。 p 。一一纤维稳定剂的密度，由厂方提供或实测得到。 9 s m a 试件的毛体积相对密度由表干法测定。试件的v v 、v m a 、v c a 。小 v f a 按式( 2 - 5 ) 、( 2 - 6 ) 、( 2 - 7 ) 、( 2 - 8 ) 计算： 阿：( 1 一旦勺1 0 0( 2 5 ) p v m a = ( 1 一旦生b ) x 1 0 0( 2 ，6 ) p ；b v c a 。= ( 1 一旦生吃) 1 0 0 ( 2 7 ) p c d 阡疆：v m a - w 1 0 0 ( 2 8 ) v m a 、 式中：v v 一一压实s m a 试件的空隙率，。 v m a 一一压实s m a 试件的矿料间隙率，。 v c a 一一压实s m a 试件的粗集料间隙率，。 v f a 一一压实s m a 试件的沥青饱和度，。 p 。一一由计算得到的s m a 混合料理论最大相对密度。 1 3 。b 一一由表干法测定的s m a 试件毛体积相对密度。 p 。o 一一全部矿料的平均毛体积相对密度。 p 。一4 7 5 r a m 以上粗集料的平均毛体积相对密度。 p s 一一沥青混合料中全部矿料的比例，即1 0 0 ( 1 0 0 + 油石比) ，。 p c a 一一沥青混合料中粗集料的比例，即大于4 7 5 m m 的颗粒在沥青混 合料总质量中含量，由式( 2 - 9 ) 计算，。 p c a = p sxp a 47 5 1 0 0( 2 - 9 ) 式中：p a 4 , 7 5 一矿料级配中粗集料颗粒的含量，即1 0 0 与4 7 5 m m 筛 孔通过率之差，。 1 0 从3 组初试级配的结果中选择符合v c a 。i ；、 ，v m a ， 的要求的级配作为设计级配，当有i 组以上的级配同时符合要求时，以4 7 5 m m 通过率大的级配为设计级配。 1 1 视设计级配用初试油石比试验的空隙率情况，以o 2 0 4 为间隔，调 整3 个以上不同的油石比，拌制混合料，制作马歇尔试件，每一组的试件数不很 少于4 个。若初试油石比的空隙率及各项体积指标恰好符合设计要求时，可直接 作为最佳油石比。 1 2 进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度是否符合技术要求。 13 绘制各项体积指标与油石t e 的关系曲线，根据4 的设计空隙率，确定最 佳油石比o a c 。 2 3 2 2 目标配合比设计检验 s m a 混合料应进行谢伦堡沥青析漏试验、肯塔堡飞散试验、车辙试验、水稳 定性试验( 必须按试验规程的要求对混合料进行老化处理) ，并应对采用轮碾法 成型的试件进行渗水系数和构造深度检验，其结果均应符合技术要求。如果任一 指标不满足要求，就应分析原因，重新进行配合比设计。 2 3 2 3 生产配合比设计和试拌试铺验证 1 s m a 混合料应根据目标配合比设计的结果，按有关技术要求的规定方法 进行生产配合比设计和试拌试铺验证。 2 生产配合比应以二次筛分后的热料仓材料级配为基础进行，其中小于 o0 7 5 r a m 的细粉含量也应采用水沈法测定，配合比设计步骤与目标配合比设计方 法相同，矿料集配与沥青含量力求与目标配合比设汁相同，以减小试验工作量。 3 经生产试验确定的配合比必须经过配合比设计检验及试验段铺筑认定。 第三章s m a 一1 3 混合料级配试验研究 为了搞好衡枣高速公路s m a 1 3 混合料设计与路面施工，我们首先从s m a 1 3 的级配进行了大量的试验，然后从混合料的设计方法上进行了一些探索，取得了 一些有益的结