SMA混合料配合比设计总结

1、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+4

2、cmSMA-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 21 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，

3、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。 22 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。 2.2.2 SMA使用矿粉多(812)，沥青多(油石比5565，比密级配沥青混合料大1左右)，又使用纤维作稳定剂，由此组成的沥青玛蹄

4、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抗裂性能。2.2.3 SMA混合料的内部空隙率很小(4左右)，混合料渗水很少，几乎不渗水，水稳定性能较好。 2.2.4 SMA要求采用坚硬、耐磨的石料，矿料为间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面形成大的空隙，构造深度大，抗滑性能提高。 2.2.5 SMA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，因而沥青混合料的耐老化性能好。 由于SMA具有以上的结构特点，使其各种性能都大大提高，减少了维修和养护费用，延长使用寿命，尽管初期投资有所增加，但总体上仍将产生重大的经济效益。 3 SMA-13配合比设计方法 31 设计原则 3.

5、1.1 SMA混合料的配合比设计，遵循现行规范关于SMA混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比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。 3.1.2 SMA配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法：必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架，马歇尔试件的VCAmix必须小于捣实状态下的粗集料骨架间隙率VCADRc；填充在SMA的粗集料骨架间隙中的沥青混合料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。 32 设计标准 3.2.1 SMA-13矿料级配采用间断级配，其级配范围应符合表1要求。 表1 SMA-13混合料矿料级配范围筛孔(mm)1613.29.54.752.361.

6、180.60.30.150.075上限1001007534262420161512下限1009050201514121098中值1009562.52720.51916131210 3.2.2 SMA配合比设计，应符合表2要求。 3.2.3 SMA设计配合比检验，应符合表3各项指标的要求，试验方法按公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000)的规定进行。 表2 SMA马歇尔试验配合比设计技术要求试验项目单位技术要求试验方法不使用改性沥青使用改性沥青马歇尔试件尺寸mm101.6mm*63.5mmT0702马歇尔试件击实次数两面击实75次T0702空隙率VV%4-4.5T0705矿料

7、间隙率VMA,不小于%17.0T0705粗集料骨架间隙率VCAmix,不大于VCAdrcT0705沥青饱和度VFA%75-85T0705稳定度,不小于KN5.56.0T0709流值mm2-5T0709表3 SMA配合比设计检验指标检验项目单位技术要求试验方法不使用改性沥青使用改性沥青谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失%不大于0.2不大于0.1T0732肯塔堡飞散试验的混合料损失%不大于20不大于15T0733车辙试验的动稳定度次/mm不小于1500不小于3000T0719水稳定性残留稳定度试验%75以上80以上T0709冻融劈裂试验残留强度比%75以上80以上T0729渗水系数Ml/min小于80

8、T0730构造深度mm0.8-1.5T07314 材料 4.1沥青结合料：全线SMA-13表层沥青采用5SBS，95加德士基质沥青改性的沥青，试验结果见表4。 表4 加德士5SBS改性沥青试验结果试验项目单位技术要求试验结果试验方法针入度(25,100g,5s)0.1mm30-6053.2T0604针入度指数PI00.27T0604延度(5,5cm/min)cm2027.6T0605软化点,TRB6076.2T0606运动粘度135Pa.s32.30T0603闪点(COC)230330T0611 溶解度%9999.98T0607离析,48h软化点差2.50.6T0606弹性恢复(25)%708

9、9T0605TFOT(或RTFOT) 后残留物质量变化%1.00.10T0610或T0609针入度比(25)%6579.8T0604延度(25)cm1518.1T0610 4.2粗集料：SMA采用的粗集料应采用质地坚硬，表面粗糙，形状接近立方体，有良好的嵌挤能力的破碎集料，全线均采用山东章丘、沂水圈里产的玄武岩石料，规格为510mm、1016mm其技术性能见表5。表5 章丘玄武岩碎石技术性能指标技术要求试验结果试验方法石料压碎值（%）不大于266.5T0316洛杉矶磨耗损失（%）不大于288.4T0317表观相对密度不小于2.62.824T0304吸水率（%）不大于2.01.16T0304与沥

10、青粘附性不小于45级T0616坚固性(%)不大于120.8T0314针片状(%)不大于1514.6T0312水洗法小于0.075颗粒含量(%)不大于10.6T0310软石含量(%)不大于32T0320石料磨光值(PSV)不小于4045T0321具有一定破碎面的颗粒含量(%)不小于100100T0346 4.3细集料：采用章丘玄武岩轧制的机制砂，具有良好的棱角性和嵌挤功能，可以明显提高混合料的高温稳定性，试验结果见表6。 表6 SMA面层用细集料质量技术性能指标技术要求试验结果试验方法表观相对密度不小于2.52.810T0328坚固性(0.3mm部分)(%)不小于1214.5T0340砂当量(%

11、)不小于6071.4T0334 4.4 填料：采用山东嘉祥石灰岩磨细的矿粉为了为了增强集料与沥青的粘附兴矿粉种掺加15%的生石灰粉，其技术性能见表7。表7 SMA面层用矿粉技术性能指标技术要求试验结果试验方法表观相对密度不小于2.52.711T0352含水量(%)不大于10.8T0103烘干法粒度范围0.6100100T03510.1590-10090.3T03510.07575-10077.1T0351外观无团粒结块无团粒结块亲水系数(%)不大于10.88T0353 4.5 纤维稳定剂：采用日照宏祥产木质素纤维，用量为沥青混合料总量03，其技术性能见表8。 表8 木质素纤维质量技术性能项目单

12、位技术指标试验结果纤维长度,不大于mm6小于6.0灰分含量%18520.86%PH值7.51.07.9吸油率,不小于纤维质量的5倍5.48倍含水率(以质量计),小于%54.035 目标配合比设计 5.1 目标配合比设计，按图1步骤进行。 材料选择材料试验粗集料、细集料、矿粉改性沥青选择初始级配测定粗集料的VCADRC纤维稳定剂以4.75mm通过率为关键性筛孔,选用中值及中值3%3个档次,设计三组级配选择初始沥青用量，制作马歇尔试件分析VMA、VCA等，确定设计级配对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件进行马歇尔试验检验体积指标及力学指标进行各种配合比设计检验，确定配合比不合格不合格不合格图1 S

13、MA目标配合比设计流程图 52 按现行试验规程规定的方法精确测定各种原材料的毛体积相对密度，矿粉为表观相对密度。试验结果见表9。 53 设计初试级配： 5.3.1 调整各种矿料比例设计3组不同粗细的初试级配，3组级配的475通过率分别为中值，中值3，其矿粉数量大致相同，使0075通过率为10左右，且合成级配应符合级配范围的要求。 三组初试级配见表9山东省菏关高速公路工程沥青马蹄脂碎石SMA-13矿料级配设计计算表筛孔(%)10-16(%)5-10(%)3-5(%)0-3(%)矿粉(%)合成级配1合成级配2合成级配3工程设计级配范围中值下限上限16100 100 100 100 100 100

14、100 100 10010010013.281.1 100 100 100 100 93.8 93.8 93.8 95901009.51.4 87.5 100 100 100 61.8 62.2 62.6 62.550754.750.6 2.1 96.7 99.7 100 23.1 26.0 29.0 2720342.360.6 1.0 1.2 78.1100 20.0 22.3 24.6 20.515261.180.6 1.0 1.2 56.4100 17.4 19.1 20.7 1914240.60.6 1.0 1.2 34.9100 14.8 15.9 16.9 1612200.30.6

15、 1.0 1.2 24.799.2 13.5 14.2 15.0 1310160.150.6 1.0 1.2 15.690.5 11.6 12.0 12.4 129150.0750.5 0.8 0.8 5.776.0 8.8 9.0 9.1 10812配合比1334501210100 配合比2334201510100 优选配合比3333901810100 4823.1932.7542.0161.4721.0770.7950.5820.4260.312000000000000SMA-13矿料级配设计曲线图最大密度线 工程级配设计范围 级配 级配 级配 0.075 0.15 0.3 0.6 1.1

16、8 2.36 4.75 9.5 13.2 16 图表95.3.2 计算3种初试级配合成集料的毛体积相对密度、合成集料的表观相对密度、集料的有效相对密度，把每个合成级配中小于475mm的集料筛除，分别测定475以上粗集料的松方毛体积相对密度s，计算出粗集料骨架的松装间隙率。试验结果见表10。 为了发挥SMA混合料粗集料的石一石结构的嵌挤作用，在压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCAmix必须小于或等于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC，3种级配粗集料的间隙率VCADRC和松方毛体积密度结果见表10。 5.4 选择初试沥青含量，成型马歇尔试件，根据VM

17、A和VCA确定设计级配。 由于集料的合成毛体积相对密度为2725，根据美国AASHTO规范建议并结合我国实际经验，选择初试沥青含量60，拌和混合料成型马歇尔试件，击实次数为双面75次，按表干法测定试件的毛体积相对密度Pf，计算试件的空隙率VV、矿料间隙率VMA及粗集料骨架间隙率VCA。 表10 粗集料的间隙率VCADRC和松方密度技术指标初试级配级配1级配2级配3集料的合成毛体积相对密度sb272527252725集料的合成表观相对密度sa281428142814集料的有效相对密度se278227822782粗集料的间隙率VCADRC471346924656粗集料骨架混合料的平均毛体积相对密度

18、CA272927302730475mm以上粗集料的松方毛体积相对密度s144314491459表11 SMA-13混合料体积指标技术指标初试级配级配1级配2级配3毛体积相对密度f236824072423最大理论相对密度t252025202520空隙率VV（%）604538矿料间隙率VMA（%）183170164VCAmix332734763698由表11可见，3种级配中VCAmix均能满足小于VCADRC的要求，级配3VMA17，故选择475通过率较适合的级配2为设计级配。 5.6 调整沥青用量成型马歇尔试件，根据空隙率VV确定设计沥青含量为60，目标空隙率控制在4-4.5之间(表12)。表1

19、2 SMA-13混合料体积指标沥青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix5.72.3902.5205.116.935.26.02.3962.5094.516.935.06.22.3942.5014.317.235.1由于5.7%的沥青含量的混合料空隙率.间隙率不合格,6.0%沥青含量的混合料间隙率不合格,故选6.2%的沥青含量为最佳沥青含量5.7 SMA配合比设计检验： 采用级配2，沥青含量62拌和SMA混合料，对其各项性能进行检验，结果见表13。表13 SMA-13目标配合比设计检验结果试验项目技术要求试验结果试验方法谢伦堡沥青析漏试验不大于0.10.07T0732-2000车辙试

20、验(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飞散试验(%)159T0733-2000低温弯曲试验不小于300019526TO715-1993渗水试验(ml/min)20012.35T0730-2000冻融劈裂强度比(%)8091.36T0729-2000 6 生产配合比设计 6.1 按目标配合比确定的矿料配合比上料，经拌和机(日工3000型)振动筛二次筛分后，取热料仓1(03mm)，2(35mm)， (1118mm)材料进行筛分，结果见表l4。 6.2 根据热料仓筛分结果，进行生产配合比设计，设计3组矿料级配，纤维0.3%、沥青含量6.2%，在拌和机上试拌进行抽提试验，试验结

21、果见表15。分析试验结果，确定配合比为级配2 6.3 根据生产配合比确定的矿料级配，采用62沥青含量，纤维用量03， SBS改性沥青，进行生产配合比设计，抽提试验、马歇尔试验结果见表16，表17。 表15 抽提试验结果筛孔161329547523611806030150075级配110095669129124420315713210982级配210092863525221919152131185级配31009246262520618115113211488表16 生产配合比抽提试验结果筛孔161329547523611806030150075通过率（%）10094662227622819015

22、513211092表17 生产配合比马歇尔试验结果沥青含量(%)ftVV(%)VMA(%)VCAmix622412251942175368 表14 SMA-13生产配合比设计矿料级配SMA-13矿料级配设计计算表筛孔(%)12-18(%)5-12(%)3-5(%)0-3(%)矿粉(%)合成级配1合成级配2合成级配3工程设计级配范围中值下限上限16100 100 100 100 100 100 100 100 10010010013.283.0 99 100 100 100 94.7 94.9 94.4 95901009.55.6 81.6 100 100 100 64.0 64.7 62.5

23、62.550754.750.9 8.3 80.0 100 100 28.2 28.2 28.0 2720342.360.5 0.3 9.7 91.2 100 23.1 23.1 23.1 20.515261.180.1 0.2 7.0 64.3 100 19.5 19.5 19.5 1914240.60.1 0.2 4.741.0 100 16.5 16.5 16.5 1612200.30.1 0.2 3.731.8 99.0 15.1 15.1 15.1 1310160.150.1 0.2 3.123.2 91.2 13.2 13.2 13.2 129150.0750.1 0.2 2.210

24、.9 77.3 10.0 10.0 10.0 10812配合比1294701311100 配合比2284801311100 配合比3314501311100 工程级配设计范围 最大密度线 表18 SMA-13生产配合比设计检验结果试验项目技术要求试验结果试验方法谢伦堡沥青析漏试验(%)不大于0.10.07T0732-2000车辙试验(次/mm)不小于30004169T0719-1993肯塔堡飞散试验(%)159T0733-2000低温弯曲试验不小于300019526TO715-1993渗水试验(ml/min)20012.35T0730-2000冻融劈裂强度比(%)8091.36T0729-2000 7 试验段混合料质量检验 根据生产配合设计确定的矿料比例：碎石1016：碎石510：碎石03：矿粉33：42：15：10，沥青含量62，采用日工3000型沥青混合料拌和机生产，每盘拌和容量为3吨，拌和过程逐盘打印各个料仓的材料用量、矿料及沥青温度。试铺过程中，现场抽样按试验规程J