（市政工程专业论文）高速公路改性沥青SMA路面应用研究.pdf

高速公路改性沥青s m a 路面应用研究 摘要 本文对高速公路改性沥青s m a 路面的国内外研究状况、发展和使用前景进 行了深入研究，对s m a 路面的实际设计和施工方法进行了探讨。 由于改性沥青s m a 路面具有优良的抗车辙和抗滑性能，可以有效的延长道 路的使用寿命、提高行车舒适性，因此使用前景广阔，但因我国尚没有正式的沥 青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术规范，加之各地在料源、气候和交通条件上 的差异，如若首次使用该种路面，则风险较大。本文汲取国内外s m a 改性沥青 砼施工路段的经验和教训，结合合安高速公路对该种路面形式的应用实例，主要 从矿料级配类型、沥青用量、目标配合比、试验检测、旌工方法等方面对改性沥 青s m a 路面给予了探讨，并在试验段的铺筑方面提出了自己的见解和看法，对 实际施工有着一定的指导作用。 最终，本文提出了s m a 配合比设计的目的是确定一种考虑材料及施工变异 性影响的稳定、耐久的骨架结构。 关键词：改性沥青s m a目标配合比设计 r e s e a r c ho fs m am o d i f i e d a s p h a l tc o n c r e t e i ne x p r e s sw a y a b s t r a c t t h i sa r t i c l e d e e p l ya n a l y z e s t h e h i s t o r y o fs m aa s p h a l t c o n c r e t e ，t h ep r e s e n th o m ea n da b r o a dr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nf o ri t ， w h i l e p r e d i c t ei t sf u t u r ed e v e l o p m e n t b e c a u s et h ek i n do fr o a ds u r f a c eh a v et h ec h a r a c t e ro f r e s i s t i n g s l i d i n g a n dc a nd e l a yi t s u s i n gp e r i o d ，a l s o ，i tm a ym a k et h e p a s s e n g e r sc o m f o r t a b l e ，s ow ec a ns a ys m aa s p h a l tc o n c r e t er o a d s u r f a c eh a saw i d eu s ei nr o a dc o n s t r u c t i o n a tt h es a m e t i m e ，b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo fe x p e r i e n c e ，e s p e c i a l l yi na n h u i p r o v i n c e ，s ow e f a c et h ed i f f i c u l t yo ft h ev a r i m i o ns u c ha sn a t u r e 、 t r a f f i ce t c a l s o ，t h ea u t h o rb r i n gu ph i so p i n i o no ns m a a s p h a l tc o n c r e t e r o a dp a v e m e n t ，h eg i v e ss o m es u g g e s t i o n st h a ts h o u l db en o t i c e d d u r i n gt h eo p e r a t i o nm a n a g e m e n t h ea l s oi n t r o d u c e ss o m es i m p l e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y t h i sa r t i c l ei sa l s oo fs o m er e f e r e n c ev a l u e f o r s c i e n t i f i c a l l yc o n d u c t t h e a s p h a l tr o a d s u r f a c e k e y w o r d s ：m o d i f i e d a s p h a l t s m am i x t u r e d e s i g n 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大 学硕士学位论文质量要求 右滟 1 触 导师： 事愚 皱 7 亏 答辩委员会签名： 鼋r 孝璁 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 j 作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同一i ：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一签力磊 一飙妒蛳) 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权合肥工业 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检查，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 签彩磊 签字日期和v 年5 砂日 学位论文作者毕业后去向： 一l ：作单位： 通讯地址： 导师签名 刈 弩搬 签- 7 臼期：忙8 月，日 电话 邮编 致谢 值此硕士学位论文即将完成之际，我衷心地感谢我的两位指导老师蔡敏教授 和殷永高教授级高工，感谢他们对我论文研究的悉心指导和对我学习的鼓励。我 衷心地感谢校研究生部、校学位处和土建学院的领导、教师们对我的严格要求、 关心和支持。同时，我还要由衷地感谢安徽省高速公路总公司领导、总公司建设 处钱东升高工、黄学文高工、陈志忠高工、杨朝阵主任、胡红雨高工、于斌博士 以及武警交通第六支队的欧阳荣辉经理、高飞总工、张宏建主任对我学业的大力 支持。 最后，向所有关心支持我的领导和同事们表示感谢 作者：董、磊 2 0 0 4 年7 月 第一章s m a 路面的概念及发展现状 s m a 是沥青玛蹄脂碎石混合料的英文缩写，它是一种由沥青、纤维稳定剂、 矿粉及少量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而组成的 沥青混合料，组成上具有“三多一少”的特点：粗集料多、矿粉多、沥青多、 细集料少。s m a 沥青混凝土路面以其优良的抗车辙性能和抗滑性能而闻名于 世，可延长道路使用寿命、减少温缩裂缝、提高行车舒适性、降低交通噪音、 防止扬尘( 不同沥青混合料性能的比较见表1 ) 。在国外，s m a 路面被誉为道 路路面设计的首选方案和最经济方案。改性沥青，也包括改性沥青混合料，是 指掺加橡胶、树脂高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂，或采用 轻度氧化a n ：i ：等措施使沥青或沥青混合料的性能得以改善的沥青混合料。 表1不同沥青混合料性能比较表 性能指标密级配沥青混凝土排水性沥青混合料沥青玛蹄脂碎石混合料 ( d a c )( o g f c )( s m a ) 成本o + 抗车辙 0 + + + 疲劳耐久性oo + 抗反射裂缝o + 抗温缩裂缝o + 表面构造深度o + + 路面反光、溅水、水雾o + + 噪音o + + 抗剥落、水稳定性0 + + 抗老化0 + + 抗磨损0 + + 表中0 表示正常情况，+ 表示良好，+ + 表示非常好，表示不好 第一条s m a 路面始建于上世纪6 0 年代中期的德国，已经有 三十多年的历史，至今仍然在良好地使用着。之后，在北欧的瑞 典、芬兰等国得到了广泛应用，并很快推广到全欧洲。1 9 9 0 年9 月美国a a s t h o 、f h w a 、s h r p 、t r b 等道路研究机构联合派出 了一个2 1 人的大型代表团到欧洲考察了瑞典、丹麦、德国、英国等国家， 学习改性沥青与s m a 技术，第二年即1 9 9 1 年，t r b 决定学习欧洲的s m a 技 术，当年便有2 3 个州采用这种技术铺筑了高速公路表层试验段，该技术很快风 靡美国，尤其是马里兰州和乔治亚州使用最多。美国在引进s m a 技术后，经 过国内研究应用，已有相当规模，1 9 9 4 年f i t w a 经分析研究，提出了s m a 设 计施工指南，接着通过国家沥青中心对1 0 5 个s m a 工程进行总结分析，1 9 9 7 年陆续提出 s m a 技术及美国s m a 路用性能评估等报告。1 9 9 8 年6 月 a a s h t o 首次提出了关于s m a 混合料的配合比设计等一系列规范的建议稿。 我国于1 9 9 3 年修建首都机场高速公路时，首次成功地铺筑了s m a 路面， 之后，河北、吉林、甘肃、辽宁、山东、山西、江苏、湖北、上海、广东等省 市也先后修建了试验路。但由于我国气候、交通、材料等与国外的差异，加之 s m a 路面对设计、旆工技术要求较高，我国不少省市在应用s m a 技术时曾有 过不少惨痛的教训，如：有的省市投资上千万元，先后进行了多次试验段铺筑， 但都以失败而告终，不少地区铺筑的s m a 路面大都出现了泛油等问题。 为进一步提高安徽高速公路的建设水平和科技含量，安徽省高速公路总公 司决定在合安高速公路八标同时采用s m a 与改性沥青这两项高新技术，并于 2 0 0 1 年5 月成立合安高速公路改性沥青s m a 项目研究组，2 0 0 1 年在合安高速 公路铺筑了3 0 k m s m a 路面，目前为止，没有出现一处泛油、裂缝、坑洞等损 坏现象。全国沥青路面首席专家、博士生导师沈金安教授在全面认真查看了配 合比三阶段设计资料、试验检测数据及路面质量、外观后，对我省首次应用改 性沥青s m a 技术铺筑的路面给予了充分肯定和高度评价，认为建设质量己达 到国内领先水平。改性沥青s m a 路面在合安高速公路铺筑取得成功，标志着 我省高速公路的建设水平继成功跨越水泥混凝土路面、普通沥青混凝土路面两 个台阶之后，又成功迈上了第三个台阶。 第二章改性沥青s m a 路面的设计 2 设计 2 1 设计指导思想 由于我国当时尚没有正式的沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工技术规范， 加之我省是首次应用s m a 技术，因此，本次设计的指导思想是：根据我省合 安高速公路建设的实际，在公路沥青路面设计规范、公路沥青路面施工技 术规范、沥青玛蹄脂碎石混合料设计旆工指南( 送审稿) 等规范或指南允许 的范围内，尽量吸收、借鉴国内外先进、成熟的技术经验成果，设计出适合于 我省气候、交通等条件下的s m a 结构。按照这个指导思想，项目组在认真研 究分析国内外尤其是国内有关省市应用s m a 技术的经验教训及s m a 结构特点 后，制定了相应的材料技术质量标准、设计目标考虑材料、施工变异的合 理稳定的骨架结构、施工技术指导书。配合比设计指导思想主要体现在以下几 个方面： 2 1 1 矿料级配类型 在我国，采石场一般生产5 1 0 m m 、1 0 - - - 2 0 m m 石料，采用这两种粗集料 制造s m a 一1 6 级配比较合适。如果选用s m a 1 3 的话，必须使用5 1 0 m m 、l o 一1 5 m m 石料，采石场的生产难度较大，一方面产量降低，另一方面这两种料 的粒径差较窄，破碎过程中产生的石屑粉太多。因此目前大都选用s m a 1 6 作 表层。德国专家认为s m a 一8 、s m a 一1 1 的高温稳定性要比s m a 1 3 好，更优于 s m a 1 6 ，理由是采用单一粒径的粗集料更有利于发挥嵌挤作用，这一点与普通 的成悬浮结构的密级配沥青混凝土增大最大粒径可提高高温稳定性的原理有所 不同。另外从实际施工的情况看，如果l o 一2 0 n u n 料中超粒径料较多，s m a 1 6 的表面可能会出现粗细集料的局部离析现象，而s m a 1 3 的表面则要均匀得多。 所以，如果有条件，在高速公路的表面层，采用s m a 1 3 可能会更美观一些， 但在使用性能上决不存在s m a 1 3 比s m a 1 6 好的问题。本次设计采用的矿料 级配类型为沥青玛蹄脂碎石混合料s m a o l 6 ； 2 1 2 s m a 的矿料级配范围 本次设计采用的矿料级配范围是沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工指南 ( 送审稿) 提出的级配范围： 2 ，1 3 最佳沥青用量( o a c ) 的确定 本次设计时，取空隙率4 时的沥青用量作为最佳沥青用量； 2 1 4 沥青混合料理论最大密度的测定方法 本次设计时，沥青混合料理论最大密度的测定方法采用的是计算法和真空 法： 2 1 5 抗剥落荆的采用 从理论上讲，s m a 混合料的沥青含量高，沥青膜厚，应该具有良好的水稳 定性，但实践及试验证明其水稳定性并不一定好。为了提高s m a 混合料的水 稳定性，仍需要采取抗剥落剂措施； 2 1 6 改性沥青 目前在我国，工程上使用的改性沥青有两大系列：成品改性沥青和现场生 产的改性沥青。本次设计时，对两种方式都进行试验。施工时采用现场生产的 改性沥青。 2 2 设计原则 2 2 1 s m a 混合料的配合比设计应遵循现行规范关于热拌沥青混合料配 合比设计的目标配合比、生产配合比以及试拌试铺验证的三个阶段，确定矿料 级配及最佳沥青用量。 2 t 2 2s m a 配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法，混合料的体积组成 结构如图l 所示，配合比设计应遵循下列原则： 图1s m a 混合料的各种体积指标 2 2 2 1s m a 必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架，形成石一石嵌挤结构， 对s m a 1 6 和s m a 1 3 ，s m a 的粗集料骨架是4 7 5 m m 以上的粗集料，对 s m a 1 0 ，s m a 的粗集料骨架是2 3 6 r n m 以上的粗集料；马歇尔试件的v c a m i x 必须小于捣实状态下的粗集料松装间隙率的v c a d r c 。 2 2 2 2 填充在s m a 的粗集料骨架间隙中的沥青玛蹄脂应符合最小沥青用 量的要求，马歇尔试件的空隙率必须在要求的范围内。 2 2 2 3s m a 试件马歇尔试验的稳定度和流值只提供具有一定意义的信息， 并非由此确定通过或否决配合比设计的指标。 2 2 3 按照公称最大粒径的大小及压实层的厚度，s m a 分为s m a - 1 6 、 s m a 1 3 、s m a 1 0 等3 种类型。s m a 铺筑层的压实厚度不得小于集料最大粒 径的2 倍。对高速公路、一级公路的抗滑表层通常宜选用s m a 1 6 ，铺筑厚度 为3 5 4 0 m i n 。 2 3 设计标准 2 - 3 1s m a 的矿料级配采用间断级配，其级配范围应符合表2 的要求 表2s m a 混合料矿料级配范围( 建议) 通过下列筛孔的规格( 按公称最大粒径分) 百分率( )s m a 1 6s m a 1 3 s m a 1 0 1 91 0 0 1 69 0 1 0 0 1 0 0 1 3 26 5 8 5 9 0 1 0 01 0 0 9 54 5 6 5 5 0 7 59 0 1 0 0 4 7 52 0 3 2 2 0 3 42 2 3 6 2 3 61 5 2 41 5 2 6 1 8 2 8 1 1 81 4 2 2 1 4 2 41 4 2 6 o 61 2 1 8 1 2 2 01 2 2 2 o 31 0 1 5 1 0 一1 61 0 1 8 o 1 59 1 4 9 1 59 1 6 0 0 7 58 1 2 8 1 28 1 2 适用的层厚( m m ) 4 0 5 0 3 5 4 02 5 3 0 2 3 2s m a 的配合比设计应符合表3 的技术要求。 表3 s m a 马歇尔试验配合比设计技术要求 技术耍求 试验项目 单位 当不使用改性沥青时当使用改性沥青时 马歇尔试件击实次数次两面击实5 0 次 空隙率v v “13 - 4 矿料间隙v m a 不小于1 7 0 粗集料骨架间隙率v c a 。 不大于v c a d r c 沥青饱和度v f a7 5 8 5 最小油石比，合成集料毛体积相对密度2 9小小于5 5 不小于5 6 2 8不小于5 8 不小于5 9 2 7不小于6 1 不小于6 2 2 6不小于6 3 不小于6 4 稳定度”。k n小宜小于5 5不宜小于6 0 流值m r t l2 42 5 表注： 1 对高温稳定性要求较高的重交通路段或炎热地区，设计空隙率取高限 且可放宽到4 5 ，v 姒可放宽到1 6 5 。 2 s m a 试件马歇尔试验的稳定度和流值指标，不是确定通过或否决配合比 设计的指标，确实有困难时，对非改性沥青s m a 的稳定度可放宽到5 0 k n ，改 性沥青s m a 可放宽到5 5 k n ，但车辙试验的稳定度必须合格。 2 3 3s m a 设计配合比检验应符合表4 各项指标的要求。试验方法应尊遵照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j 0 5 2 9 9 ) 的规定进行。 表4s m a 配合比设计检验指标建议 技术要求 检验项目当不使用 当使用改性 试验方法 改性沥青沥青时 时 谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失【1 】不大于0 1 5不大于0 1t 0 7 3 2 肯塔堡飞散试验的混合料损失( 2 0 。c )不大于2 5不大于2 0t 0 7 3 3 车辙试验动稳定度【2 】次m m 1 5 0 0 3 0 0 0t 9 7 1 9 水稳定性：残留马歇尔稳定度7 5 以上8 0 以上t 0 7 0 9 冻融劈裂试验残留强度比7 0 以上7 5 以上t 0 7 2 9 渗水系数吲m l m i n 1 0 0 8 0 6 0 4 0 3 0 0 1 m n l9 2 - 3 _- 一 针入度指数p i+ o 6 9 一1 0 o 6 0 2 + o 2 延度54 c 5 c m m i nc m3 9 5 0 4 0 3 0 2 0 软化点t r m 7 5 4 5 5 0 5 5 6 0 运动粘度1 3 5 p a s 9 9 分离，软化点差 2 2电5 弹性恢复2 5 9 0 5 5 6 0 6 5 7 0 r t f o t 后残留物 质量损失m a x+ 0 3 5 0 5 5 6 0 6 5 延度5 。c ，c mm i nc m2 9 3 0 2 5 2 0 1 5 对现场生产改性沥青，重要的是选择适宜的基质沥青和改性剂。根据我国 大量实际的使用经验，选定热塑性弹性体s b s 4 3 0 3 作为改性剂，其嵌段比s b 为3 0 ：7 0 ，属星型结构，添加剂量通常为4 5 一5 。在我国生产s b s 改性剂 的工厂主要有两家：湖南岳阳化工公司合成橡胶厂与燕山石化合成橡胶厂。据 以往多次试验结果表明，两个厂的产品性能并没有本质上的差别。本次试验用 的改性剂是湖南岳化公司合成橡胶厂的s b s 4 3 0 3 样品，工厂在此基础上经过改 进生产得到的是名为道改2 号的产品。 对基质沥青，应考虑其与改性剂的配伍性、价格及改性效果等各种因素由 招标确定。根据一些地方的生产实绩，这次试验采用韩国s k 株式会社的a c 9 0 熏交通道路沥青，其试验结果如表6 所示。 表6韩国s k 产a h 9 0 基质沥青的质量 技术要求试验结果 项目单位a h 9 0a h 9 0试验方法 针入度1 0 0 9 ，5 s ，2 5 。c d i n l 18 0 1 0 08 8 33 1 j t 0 6 0 4 延度5 c m m i n ，2 5 。cc m 1 5 0j t j t 0 6 0 5 1 5 c m 1 0 0 1 5 0j t j t 0 6 0 5 软化点t m b 4 2 5 24 53 1 j t 0 6 0 6 溶雠席( 2 氯乙烯) 9 9 09 9 8 5j t j t 0 6 0 7 l 刈点( c o c ) 2 3 03 4 2j t j t 0 6 0 9 密度 1 5 g e m 实测记录 1 0 4 8 2j t j t 0 6 0 3 蜡含量( 蒸馏法) 7 5 1 5 0 j t j t 0 6 0 5 1 5 c m实测记录 1 5 0j t j t 0 6 0 5 室内试验的改性沥青采用日本进口的高速剪切乳化机制作，按照生产上的工 艺经过适当的融涨分散发育三个阶段。采用s k a h 9 0 岳化道改2 号改 性剂按4 5 和5 两种剂量制作的改性沥青的质量如表3 所示。试验结果表明， 两种剂量的改性沥青质量都达到了公路改性沥青施工技术规范中聚合物改 性沥青i d 级的质量要求，接近i c 级。且剂量5 的改性效果要明显优于剂量 4 5 的改性效果，尤其是其p i 值、软化点增加幅度较大，这对于我省的交通条 件、气候条件来说是很重要的。因此考虑到我省首次使用改性沥青及铺筑s m a 结构的现实情况，改性沥青的剂量宜采用5 ，即基质沥青：s b s = 9 5 ：5 。 表7实验室制作s b s 改性沥青质量比较结果 指标单位试验结果改性沥青技术要求( i 类) 剂量4 5 剂量5 i ai bi ci d 针 j 童1 5 o 1 m m2 4 32 3 8 一 _ 一 2 5 0 1 n - l r n5 8 65 5 1 1 0 0 8 0 6 0 4 0 3 0 o 1 m m8 5 57 9 2 _ 一 _ 针入时擞h+ 0 5 9+ o 9 一1 o 0 6 o 2 + 0 2 延度5 c m3 9 4 l 5 0 4 0 3 0 2 0 5 a - n t r m 软化点b 6 87 6 4 5 5 0 5 5 6 0 运动粘度1 3 5p a s 3 9 9 9 9 9 9 分离，软化 5 5 6 0 6 5 7 0 t f o t 后残留物 质量变化0 0 60 0 5 5 5 0 5 5 6 0 6 5 延度5 c m3 0 3 2 3 0 2 5 2 0 1 5 实践证明，只要施工时采用良好的改性沥青制造设备，生产时加强改性沥青 的质量管理，基质沥青的温度和改性剂的剂量得到保证，改性剂能够充分的分 散在基质沥青中，大规模生产时实际得到的改性沥青质量一般不会低于实验室 制作的改性沥青质量。 现在我国能够承担现场生产改性沥青的厂家很多，虽然其体的生产设备各 有所异，但其生产原理都是采用机械强力粉碎磨细的方式使改性剂均匀分散在 基质沥青中，达到提高沥青性能的目的。规模比较大的一些改性沥青公司，在 各地都有许多业绩，生产质量基本上都可以达到用户要求，不会低于实验室的 水平。 试验得到的成品改性沥青属于i - c 级，接近下限；实验室制作的改性沥青 的模拟现场生产的没有厂家针对性，属于i d 级，接近上限。虽然属于两个级 别，但针入度相差只有7 ( d m m ) ，所以两种都可以使用。 2 4 3 2 矿料的一般要求 2 4 3 。2 1 粗集料 用予s m a 的粗集料应采爵覆途坚磺，表瑟糖箍，彤获按j 蠢立方俸，有良好的 嵌挤能力的破碎集料，其质量应符合表8 的技术要求。 s m a 表颧层用羊且集料质量技术要求表8 i摇柩擎建技术要求试验方法 石料压碎值不大于 2 5t 0 3 1 6 i 洛杉矾瘗耗损不大予 2 8t 0 3 1 7 视密度不小于 t m 32 6 0t 0 3 0 4 吸水率不大于 2 ot 0 3 0 4 与沥青的粘性不小于级 4t 0 6 1 6 颦固性不大于 1 2t 0 3 1 4 针片状颓粒含灏不大于 1 5t 0 3 1 2 水洗法 o 0 7 5 m m 颗粒禽量不大于 1 1t 0 3 1 0 较石台量不大子 钧3 2 0 石料磨光值不小于 b p n4 2t 0 3 2 l 其有一定数量破碎露鬏粒熬含蓬不，j 、予t 0 3 2 7 具有一个破碎顾的颗j 溉 1 0 0 其寿2 个或2 今戳上骏薅瑟戆鬏粒 9 0 2 4 。3 。2 。2 鬟t - s m a 黥粗集糕在缨皴终业眩不褥采耀鞭式皴褡规热王。 2 4 3 2 3 当采用酸性石料作粗集料，沥青与石料的粘附性朔沥青混合料的水稳 定性不符合要求时，应采用改性沥舞、掺搬逶量消蠢灰耪孝鞋水泥等播旌。如使 用抗剥落剂时，必须确认抗剿落剂舆有长期的抗水损害效果。 说明： 采鞠酸性石料时，溪矫营造采用掺潮淆石获进行处疆。现在各种抗剿帮的产品 很多，但质凝与使用效果有很大差别，使用时必须按试验规程检验，选用能耐 燕、挥发往小，不教在猝帮和使用遵程中丧失佟矮静抗裁落藜。勇外一些抗弱 落荆是水溶性的，在路面铺筑后，会由于下雨而逐渐被水溶出，选用时都威该 注意。 s m a 的高濑稳定性是基于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用，在很大程度上取 决予集料舞凄夔坚壤牲、鬏较黟状秘棱j l 毽。可数说，褪集糕麴这些黪牲是s m a 成败与否的关键。湖此，用于s m a 的粗集料必须符合现行规范关于抗滑表层 集瓣的技术要求。 s m a 对租集料抗压碎的质爨瑟求高，必须使用坚韧的、有棱角的优质石料，严 格限制集料的针片状颗粒含量。碎石在破碎阶段不能用颚板式轧石机破碎，要 有反击式或者锥式碎石机破碎。一些花岗岩、石英岩、砂岩等酸性岩石往往质 量较好。但是它们与沥青的粘附性往往很差，此时一般可通过掺加消石灰提高 与集料的粘附性，也可掺加水泥或添加有长期使用效果的液体抗剥离剂。当采 用聚合物改性沥青时，混合料经水稳定性检验合格的也可不再采取其它措施。 美国的试验证明，洛杉矶磨耗损失( l a ) 是粗集料的坚韧性的重要指标，与集 料抗破碎性能有良好的相关关系。s m a 在最佳沥青用量下用马歇尔试验仪击实 5 0 次，用集料破碎造成的4 7 5 r a m 通过率的变化表示集料的坚韧性，为使破碎 变化率小于8 一1 2 ，洛杉矶磨耗损失必须符合小于3 0 的要求。美国 n c a t l 9 9 7 年对1 9 9 1 1 9 9 6 年建设的1 2 7 个s m a 工程的调查结果，5 0 的工 程l a 2 0 ，l a 总平均值为2 2 5 。如果l a 增加到4 0 ，破碎变化率就增加 到1 2 1 4 ，破碎变化率就增加到1 2 一1 4 。另外l a 与v m a 也有关系，如 果l a 大于4 0 ，最小v m a 的要求就不可能达到，l a 最好小于2 0 ，符合最 小v m a 的要求就不困难。 从我国的实际情况看，美国对l a 的要求偏宽，所以修改规定为不大于2 8 。 鞠集料的针片状颗含量是个重要指标，美国试验的结果表明，集料的破损情况 与粗集料的针片状颗粒含量关系密切，有意识地对同一种集料采用不同加工方 工制成不同针片状颗粒含量的集料，配制s m a 混合料，用马歇尔击实5 0 次， 集料破碎用4 7 5 m m 通过率的变化表示，它与针片状颗粒含量的线型相关系数 达到r 2 = o 8 9 。n c a t 的研究认为以l ：3 的比例为好，并要求小于2 0 。可实际 上，美国工程上集料的实际针片状颗粒含量要比2 0 小得多。 我国采石场集料破碎机械普遍比较落后，针片状颗粒含量超标的问题非常突出。 所以在制订规范时对此指标的争议较大。公路沥青路面施工技术规范要求不 大于1 5 ，后来公路沥青路面设计规范的说明中又提到要求粗集料的针片 状颗粒含量应不大于1 0 。据施工单位反映，小于1 0 的要求经常难以达到， 根据国外标准和我国的具体情况，目前仍维持要求小于不大于1 5 的要求是合 理的，不过它必须采用卡尺测量得到的。为了减少集料的针片状颗料含量，必 须采用反击式破碎机。 美国s m a 配合比设计时对粗集料的质量必须符合表9 的要求。 美国s m a 路面粗集料质量要求表9 试验指标单位方法规范规定值 洛杉矶磨耗值a a s h t o t 9 6 3 0 针片状颗粒含量1 ：3 标准 a s t md 4 7 9 1 2 0 1 ：5 标准 5 吸水率a a s h t o t 8 5 2 睦固性损失( 5 个循环) 硫酸钠 a a s h t ot 1 0 4 9 0 随着我国公路建设的发展，破碎砾石的用量将会增加，优质粗集料匮乏的问题 越来越突出。不过，用于破碎的砾石的粒径至少应该大于5 0 m m 的才能用作破 碎砾石的原料。 1 9 9 7 年在对北京长安街铺筑s m a 罩面时，由于时间及经费的原因，采用了石 灰岩，使实际效果受到了影响。对石灰岩和辉绿岩两种不同的粗集料，配制了 a c 1 6 i 型及s m a 1 6 进行了比较。试验采用沥青改性剂为s b s 5 ，对比试验 结果如表1 0 。 不同石料品种对混合料性能的影响表1 0 石料单位辉绿岩石灰岩 混合料s m a 1 6 a c 1 6 is m a 1 6a c 1 6 i 沥青品种h x l) ( l 改h x lh x l 改韩国韩国韩国韩国 性性改性改性 油石比 5 76 14 75 15 76 14 75 1 纤维 0 3o 30 30 3 车辙试验 动稳定度次 2 8 8 87 0 0 01 5 8 44 2 0 09 0 02 9 1 71 0 0 l 2 9 1 7 m m 马歇尔试验 稳定度k n 9 6 29 0 71 2 41 4 7 68 0 68 2 91 0 1 11 1 3 4 5 流值n 1 4 3 84 8 72 3 62 2 42 8 9 2 7 92 0 82 3 4 空隙率 3 23 34 83 42 12 54 73 6 v m a1 6 61 7 71 5 71 5 41 5 51 6 31 5 41 7 1 试骏表明，无论是对于s m a 或者a c 哪一种混合料，无论沥青改憔与否，辉绿 岩石料的动稳定度都要大于石灰岩混合料的劝稳定度。尤其是采用石灰岩集料， 无谂沥青茂牲与否，s m a 与a c 混合料的动稳定废几乎没有什么麓剐，根本看 不出s m a 混合料的优越性。当采阁辉绿岩集料后，无论沥青改性与否，s m a 酶麓稳定度辩篦a c 漉合释豹大的多，充分说疆s m a 混合籽静德越经。这一点 非常重要，说明由于石灰岩集料的质量不坚硬，即使采用了s m a 级配，但在 反嶷蕊载熬终矮下，集瓣豹棱角被薅簿了，嵌按佟髑壤本裁发挥不i 鐾来。掰隘 象石灰岩这样的非坚硬石料是不适用于s m a 混合料的。 试验还表明，尽管烬绿岩的马歇尔稳定度营遽大于石灰岩豹，毽差别远不麴车 辙试验动稳定度那么大。这是由于集料嵌挤作用在马歇尔试验的力学模式下并 不起主要作用的缘故。 石料致密的是不是就一定怒好石料冁? 也不一定。辽宁省菜在玄武岩料场的石 料质地坚硬致密，视密度接近3 0 9 愚m 3 ，压碎值、磨耗值、磨光值簿各项攒标 都徽满意，偿配合眈设计表疆，级然改交了凡卡组缀配，懿聚不采桶改往沥青， s m a 的马歇尔试验的稳定度总是不可恩议的很低，只有4 5 5 k n ，难辙试骏的 韵稳定疫恣只有死帮次m m ，最太穗嚣有1 2 0 0 次m m 。翔采采爰j 索靛玄戴岩 或者辉绿岩，采用究全相同的级配，即使沥街不改性，马歇尔稳定度可达7 k n ， 动稳定疫霹选2 2 5 00 z r a m 。说唆稳定疫抵懿琢嚣主要是凝集糕弓l 起愆。这耱壤 况在其他地方也发，生过。进步的j ! 嫩察可以发现，仅仅石料致密不是原因，主 要怒凝集料表露趣糗状况静缘鼓。铡如由东莱茏鹣玄武老敬担对寮菠也援运 3 0 ，用于s m a 性髓很好。但是辽宁省该料场石料破碎表面比较光滑，缺乏粗 糙的凹凸表蕊，即使它与澎脊的糙瞬性试验鸵达到4 级以上，但表薅的沥青膜 非常薄。同样的混合料，油石比减少到5 1 ，总感觉沥青偏多。而山东莱梵玄 武辫浊石比5 7 5 8 显得比较食适。北京的寂武岩和辉绿装，油石比 5 8 6 o 并不显褥多( 由予集瓣密度不一样，油石眈也不一样) 。这说明，石 料不仅要致密，而熙一定要粗糙，二者不可缺一，这是相当重要的。表面不粗 糙静石籽啜漆沥青静箍力缀莲，漓貘太薄，糖结力受餮影晌，不避叛抵抗羚力 使粗集料发生相对变形，沥青混合料的试验指标达不到满意的要求。 合安蹇速公爨竣性溺毒s m a 薅瑟集* - 4 熬逸择，楚参考国癸豹标准饔求，凝据 我国的具体情况，在原来抗滑表面层的基础上适当调整得到的。集料的技术要 求蠢嚣类：一类是反映鸯羹工窳平弱“翔工特壤”，翔磊辩戆钤片状鬏粒含量、破 碎砾石的破碎面比例、含混艇、棱角性、缀配组成，以及机制砂的粗糙度、棱 燕挂：另一类是反映材料来源的“资源特性”，靼石糕的晶静、产她艨决定的越 质、强度( 压碎值) 、密度、韧性( 洛杉矶磨耗值、冲击值) 、坚固性( 安定性) 、 有害物质含嬉( 软舔、有机质含量) 、与沥青的糙附性、吸水率、糕糙度( 龟括 磨光值) ，戳及天然砂的细度模数、坚固性、砂当量、含泥黛等，满于“资源特 性”的指标往往受到产地和成本的制约，可选择和变更的余地不大，要求不能 过于严格。现在我国的问题往往是“加工特性”的指标难以满足，例如覆盖层 不认真清除，使含泥量过大，采用颚式破碎机生产集料致使针片状颗粒含量超 标，这是不能容许的。 关于对集料技术要求指标的使用问题，首先它是针对每一个集料规格的产品的， 它是检验这种规格的集料可否在工程上使用的检验标准。例如针片状含量超过 1 5 的粗集料不适于在高速公路上使用等。使用这个标准可阻对采石场提出要 求，以提高加工质量，我国历来都是这样理解和掌握的。但是技术要求规定的 指标，也可理解是是对工程上使用的集料混合料的综合要求。例如美国s h r p 研究成果s u p e r p a v e 沥青混合料配合比设计方法就规定“集料标准不是针对 个别集料而是针对集料混合料的”。由于实际上一个工程使用的粗细集料往往由 几种规格的集料配合而成，粗的和不太粗的指标不一样，例如对针片状颗粒含 量来说，1 0 2 0 m m 粗集料的针片状颗粒含量较少，而5 1 0 m m 粗集料的针片状 颗粒含量往往比较多。所以在使用时也允许计算集料混合料的综合指标，只要 综合指标合格，也允许在工程上使用。这样来理解，一方面要求尽量减少不合 格材料的比例；另一方面也为尝试使用不合格材料提供了更大的灵活性，如在 碎石中掺配一少部分破碎面不足的坚硬的破碎砾石等。 举例说，采用1 0 - 2 0 m m 、5 1 0 m m 两种粗集料，配合比中的比例为3 9 ：2 2 ， 两种规格的针片状颗粒含量分别为1 2 2 和1 6 1 ，作为采石场的产品来说， 】0 - 2 0 m m 能符合规格要求，5 1 0 m m 不符合要求，应该改进生产方式，提高质 量。另一方面对工程单位来说，粗集料混合料的针片状颗粒含量为 ( 3 9 + 1 2 2 + 2 2 + 1 6 1 ) ( 3 9 + 2 2 ) = 1 3 6 ，符合不大于1 5 的要求，容许使用。这 种情况对其他各种指标，如压碎值、洛杉矶磨耗值、破碎面比例也可能遇到。 对细集料来说，砂当量试验是指小于4 7 5 m m 以下含量的细集料混合料( 不含 矿粉) 的砂当量，当细集料是采用小于3 m m 的石屑，以及天然砂混合组成的话， 试验时应该分别测定后再按比例求取细集料混合料的砂当量，或者采用按比例 混合好的细集料混合料进行试验。同样，对粗糙度指标，单独采用天然砂时往 往难以达到，这时可以掺配人工砂或石屑，使之达到要求。 2 4 3 3 细集料 2 4 _ 3 3 1 细集料宜采用专用的细料破碎机( 制砂机) 生产的机制砂。当采用普 通石屑代替时，宜采用与沥青粘附性好的石灰岩石屑，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。细集料的质量， 应符合表1 1 的技术要求。天然砂中水洗法小于0 0 7 5 m m 颗粒含量不得大于5 。 表1 ls m a 面层用细集料质量技术要求 指标单位技术要求试验方法 视密度不小于 t m 32 5 0t 0 3 2 9 坚固性不大于 1 2t 0 3 4 0 砂当量不小于 5 5t 0 3 3 4 塑性指数 无t 0 1 1 8 粗糙度 s实测t 0 3 4 5 2 4 _ 3 3 _ 2 当采用砂作为细集料使用时，必须测定其粗糙度指标，以表示砂粒的 棱角性和表面构造状况。 说明 细集料在s m a 中的比例往往不超过1 0 ，但影响也不小。天然砂与人工砂、 石屑在使用于沥青混合料时，往往有较好的耐久性。但天然砂与沥青的粘附性 往往较差，尤其是海砂，大部分是石英颗粒，而且砂的颗粒基本上是球形颗粒， 所阻对高温抗车辙能力不利。为此，欧洲s m a 一般要求用人工砂，即机制砂， 不得采用天然砂。1 9 9 8 年a a s h t o 规范建议采用机制砂，还有一些国家规定 机制砂与天然砂的比例必须大于1 ：l ，即机制砂必须多于天然砂。由于机制砂 是采用坚硬岩石反复破碎制成，有良好的棱角性和嵌挤性能，对提高混合料的 高温稳定性有好处。不过我们必须明白机制砂和石屑决不是一码事，石屑是破 碎石料的下脚料，基本上是石料中较为薄弱的部分首先变成石屑剥落下来，所 以石屑中扁平颗粒含量特别大，而且强度较差，使用中可能极易压碎，这就是 为什么在施工指南中对石屑的使用有所限制的原因所在。但石屑也是破碎得来 的，表面粗糙，对提高马歇尔稳定度和车辙试验的动稳定度效果明显。我国目 前尚很少有机制砂产品，有些工程采用从石屑中筛选洁净的细集料，称之为机 制砂，实际上只能说是采用筛选石屑代替机制砂。在s m a 中采用采石场的洁 净石屑代替砂，有一定效果。另外由于s m a 往往采用硬质集料，而硬质石料 往往是酸性石料或中性石料，它们和沥青的粘附性不太好，所以采用生产这些 石料的石屑是不合适的。为了提高粘附性，一般宜采用石灰石石屑。由于石屑 中扁片含量较多，有可能含有较多泥土( 来自采石场的覆盖层和岩石间的间隙) ， 为了鉴别细集料中小于o 0 7 5 m m 部分究竟是泥土还是细砂粒或石粉，必须采用 砂当量的试验方法。美国s m a 路面对细集料质量要求如表1 2 。 表1 2美国s m a 路面细集料质量要求 试验指标单位方法规范规定值 峰同性损失( 5 个循环) 硫酸钠 a a s h t ot 1 0 4 1 5 硫酸镁 4 5 液限 a a s h t o t 8 9 2 5 塑性指数 a a s h t o t 9 0无塑性 关于细集料的粗糙度，在我国的集料试验规程中有两个试验方法，一个t 0 3 4 4 ， 即美国的棱角性试验方法；一个是t 0 3 4 5 ，即法国的粗糙度试验方法。着两个 方法的含义是一样的。由于棱角性指标是由细集料的松方密度与毛体积密度值 计算得到的二次指标，而细集料的毛体积密度测定比较困难，相对而言，粗糙 度只需测定流下的秒数，试验十分简单。在第1 7 届国际道路会议上，即推荐各 国采用法国a f n o r 的方法( 称为砂的流值) 测定粗糙度。考虑到我国的实际 情况，合安路采用t 0 3 4 4 的粗糙度测定方法，作为细集料的指标。 细集料的洁净程度，对沥青混合料的性能有极为重要的影响，所以必须严格 控制含泥量。以前我国习惯于采用0 0 7 5 m m 以下颗粒的含量作为含泥量指标， 但对于石屑来说，小于o 0 7 5 m m 的部分有相当数量为石粉，即使是天然砂也不 全是泥。为此，公路沥青路面旌工技术规范规定了以砂当量指标为含泥量指 标，但在备注中又写上了可以用0 0 7 5 m m 通过率来代替，致使砂当量指标没能 推广开。合安高速公路采用国际上通行的砂当量指标作为含泥量指标，并参照 美国s u p e r p a v e 的要求，将原规定不小于6 0 改为不小于5 5 。 对天然砂中小于o 0 7 5 m m 含量，以往要求不大于3 ，但许多地方执行时有 困难，根据我们近年来各地采用的天然砂筛分结果，在采用水洗法以后，超过 半数的地方大于3 ，故修改为不大于5 。 2 4 3 4 填料 2 4 3 4 1 填料必须采用由石灰石等碱型岩石磨细的矿粉。矿粉必须保持干燥， 能从石粉仓自由流出，其质量应符合表1 3 的技术要求。为改善沥青结合料与集 料的粘附性，使用消石灰粉和水泥时，其用量不宜超过矿料总质量的2 。粉煤 获不得作为s m a 的填料使用。 表1 3s m a 面层用填料质量技术要求 指标单位技术要求试验方法 视密度不小于 t m 32 5t 0 3 5 2 含水量不大于 1烘干法 粒度范围 o 6 m m 1 0 0t 0 3 5 1 0 1 5 m m 9 0 1 0 0 o 0 7 5 m m7 5 1 0 0 外观 无团粒，不结块 亲水系数不大于 lt 0 3 5 3 塑性指数不