ＳＭＡ一１６沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计 ６７ ＳＭＡ一１ ６沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计 第五工程有限公司 刘 强 【摘要】 本文结合陕西省永寿至咸阳高速公路沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计实例，从设计过 程、材料要求、施工控制等方面对玛蹄脂碎石混合料配合比设计进行了阐述，可供类似 工程参考。 【关键词】 沥青玛蹄脂碎石配合比设计 １工程概况 陕西永寿至咸阳高速公路ＬＭ一２标沥青面层混合料，公路等级为重载交通，道路使用性能 气候分区为夏炎热冬冷（１—３）区，上面层沥青混合料设计为ＳＭＡ一１６沥青玛蹄脂碎石混合 料。 ２沥青玛蹄脂碎石混合料的构成特性 沥青玛蹄脂碎石混合料简称ＳＭＡ，它是一种以沥青、矿粉、纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂 胶泥结合料，填充并裹覆矿料表面和粗集料骨架空隙体积中，形成沥青混合料。 ＳＭＡ构成特性，特别强调粗集料在沥青混合料中的嵌挤骨架作用和沥青玛蹄脂胶结料的粘 结裹覆作用，这是构成ＳＭＡ的两大条件。其次是用少量细集料填补粗集料中的碎石空隙体积。 ＳＭＡ的构成，决定着其与传统的沥青混合料相比较，具有更好的耐久性、抗高温稳定性、抗低 温开裂性，以及增加表面的粗糙度，提高沥青路面的抗滑性能，又具有较好的表面层排水作用。 因此成型后的沥青路面，在开放交通后具有高温车辙变形小等优点，还可延长沥青路面的使用寿 命。 ＳＭＡ的构成特性，俗称“三多一少”。三多为沥青用量多达６％左右，矿粉用量多达８％～ １２％，４．７５ｍｍ以上粗集料用量高达７０～８０％；一少则是４．７５ｍｍ以下用量少。在矿料合成级配 中，４．７５ｍｍ筛孔尺寸通过率仅占矿料总量的２０—３０％，并包含有矿粉用量８—１２％，实际上细 集料用量约为１２％一２０％；同时还增加了纤维用量，为沥青碎石混合料总量的０．３％～０．５％。 ３ ＳＭＡ配合比设计 ３．１材料的选择 （Ｉ）碎石采用陕西临潼韩峪石料厂生产的浅灰色角闪片麻岩，包括以下规格：１０～２０ｍｍ、５ ～１０ｍｍ、３—５ｍｍ碎石； （２）细骨料采用乾县五峰山西洼石料厂用５～１０ｍｍ石灰岩碎石经专用磨砂机磨制、风力除 尘后得到的０～３ｍｍ机制砂，严格控制其粉尘含量，要求不大于１２％； （３）矿粉采用乾县五峰山西洼石料厂用３—５ｍｍ碎石经球磨机磨制成符合要求的填料，对于 ６８ 工程科技 ２００８年第２期 矿粉的使用，吸取了其它项目采用水泥厂生料粉的教训，因水泥厂生料粉内掺有粘土，不容易检 测出其相关成份，本项目自己生产，便于控制； （４）沥青采用韩国ＳＫ９０基质沥青，经西安国创改性沥青厂改性成ＳＢＳ（Ｉ—ｃ）沥青，因角 闪片麻岩为酸性材料，我单位在水洗上面层碎石材料时虽已采用消石灰对材料表面进行了中和反 应，为确保粘附等级达到五级，在改性沥青厂生产改性沥青时，还加入了０．３％（占沥青用量） 的抗剥落剂，抗剥落剂由西安公路研究所生产。其各项指标符合规范要求； （５）纤维统一使用北京垦特莱公司生产的絮状木质素纤维，掺量为沥青混合料总量的 ０．３％。 各原材料性能指标见表１～表５。 表１ ＳＢＳ改性沥青技术性质试验结果 序号 １ ２ 技术指标 单位 试验值 ７５ 规范值 ６０—８０ ≥一０．４ 针人度（２５℃，１００ｇ，５ｓ） 针入度指数ＰＩ ０．１ｍｍ ３ 延度（５ ，５ｃｍ／ｍｉｎ） Ｃｍ ５４ ≥３５ ４ ５ ６ 软化点（Ｒ＆Ｂ） 运动粘度（１３５￣Ｃ） 闪 点 ℃ Ｐａ－ｓ ℃ ７７．８０ ≥７０ ≤３ ２７０．０ ≥２３０ ７ ８ 溶解度 弹性恢复（２５℃） ％ ％ ９９．９６ ８７．０ ≥９９ ≥８０ ９ １０ ４８ｈ热贮存软化点差 密度（１５℃） 质量变化 ℃ ｇ／ｅｍ ％ ％ ≤２．５ １．０３２ 一Ｏ．２０ ８５．７ 实测 ≤１．Ｏ ≥６５ ｌ１ 老化（１６３＇Ｅ，５ｈ） 针入度比 延度（５℃） Ｃｍ ≥２５ 表２ ＳＫ一９０（基质）沥青技术性质试验结果 序号 １ 技术指标 单位 试验值 ９２ 规范值 ８０～ｌ００ 针入度（２５￣Ｃ，１００ｇ，５ｓ） ０．１ｍｍ ２ 针入度指数Ｐｌ ３ ４ ５ ６ 软化点（Ｒ＆Ｂ） ６００（：动力粘度 １Ｏ℃延度 １５℃延度 ｑＣ Ｐａ・Ｓ Ｃｍ Ｃｍ ５０．７５ １９７．９０ ５６ １６６ ≥４５ ≥４５ ≥１００ ７ ８ ９ 含蜡量（蒸馏法） 闪点 ％ ℃ ％ ２９７．４ ９９．９６ ≥２４５ ≥９９．５ 溶解度 １０ 密度（１５℃） ｇ／ｃｍ ０．９８６ ＳＭＡ一１ ６沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计 ６９ 续表２ 序号 技术指标 单位 试验值 规范值 质量变化 ％ 一０．３３ —０．８～＋０．８ 针入度比 ％ ８６．８ ｌ１ 老化（１６３￣（２，５ｈ） 残留延度（１０￣Ｃ） Ｃｍ 残留延度（１５℃） Ｃｍ 表３木质素纤维技术性质试验结果 项 目 单位 试验值 规范值 纤维长度 ｍｍ 灰分含量 ％ １９．５ １８±５ ＰＨ值 ７．０ ７．５±１．０ 吸油率 ６．２ 不小于纤维质量５倍 含水率 ％ ２．８ ＜５ 表４矿料技术性质试验结果 序号 技 术 指 标 单位 试验值 规范值 １ Ａ料 ’ ２．７４２ 实测 ２ 毛体积相对密度 Ｂ料 ２．７２６ 实测 ３ Ｃ料 ２．７１９ 实测 ４ Ａ料 ２．７７２ 实测 ５ Ｂ料 ２．７４６ 实测 表观相对密度 Ｃ料 ２．７４８ 实测 ６ 机制砂 ２．７３５ 实测 矿粉 ２．７３７ 实测 ７ 压碎值 ％ １４．１ ≤２０ ８ 洛杉矶磨耗率 ％ １６．８ ≤２８ ９ 磨光值 ≥４０ １０ 吸水率 ％ ０．３８ ≤２．Ｏ ｌ１ 坚固性 ％ １１ ≤１２ 大于９．５ｒａｍ ％ ９．２ ≤１２ １２ 针片状颗粒含量 小于９．５ｍｍ ％ ８．９ ≤１８ １３ 小于０．０７５ｍｍ颗粒含量（水洗法） ％ ０．２ ≤１．０ １４ 软石含量 ％ １．４ ≤３ ｌ５ 与沥青的粘附性等级 ５ ５ １６ 矿粉亲水系数 ０．６２ ＜ｌ ７０ 工程科技 ２００８年第２期 表５矿料筛分试验结果 材料 通过一 列筛孔（ｍｍ）的质量百分数（％） 名称 １９．Ｏ １６ １３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０．６ ０．３ ０．１５ ０．０７５ Ａ １００ ８７．５ ４４．３ ８．３ １．２ Ｏ．７ Ｂ １００ １００ １ｏｏ ９５．２ ７．９ １．Ｏ ０．６ Ｃ １００ ｌ００ １０ｏ １ｏｏ ９４．４ １Ｏ．５ ４．７ １．８ ０．６ 饥制砂 １００ １００ ｌ０ｏ １０ｏ １０Ｏ ９２．３ ５０．７ ３４．３ １９．７ １３．７ ８．５ 矿粉 １００ １Ｏ０ １００ １００ １００ １００ １００ １Ｏ０ ９９．６ ９８．５ ８０．７ ３．２确定矿料级配 ＳＭＡ混合料矿料级配见表６。 表６ ＳＭＡ混合料矿料级配范围 级配 通过下列筛孔（ｍｍ）的质量百分数（％） 类型 １９．０ １６．０ １３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０．６ ０．３ ０．１５ ０．Ｏ７５ ＳＭＡ１６ １００ ９０～９５ ６５～７５ ４５～５５ ２０～３Ｏ １５～２０ １４—１８ １２～１５ ｌＯ～１３ ９～１２ ８～１０ 根据原材料的筛分试验结果，以４．７５ｍｍ筛孔通过率为变化点，改变三个不同的通过率为 ２６％、２８％、３０％，通过人机对话，组成三个初试级配，＝＝：种矿料级配中，固定矿粉掺量为 １０％，尽量使９．５ｍｍ筛孔通过率接近中值，进行级配组成设计，分别为Ａ级配Ａ：Ｂ：ｃ：机制砂 ：矿粉＝４９：２３：９：８：１ｌ；Ｂ级配为Ａ：Ｂ：Ｃ：机制砂：矿粉＝４９：２５：７：８：１１；Ｃ级配为Ａ：Ｂ：Ｃ：机制砂 ：矿粉＝４９：２７：６：７：１１。三个初试级配的合成级配见表７。 表７初试级配合成情况 级配 通过下列筛孔（ｍｍ）的质量百分数（％） 类型 １９．Ｏ １６ １３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０．６ ０．３ ０．１５ Ｏ．Ｏ７５ Ａ １００ ９３．９ ７２．７ ５４．０ ２９．９ １９．９ １５．６ １３．９ ｌ２．６ １１．９ ９．６ Ｂ １００ ９３．９ ７２．７ ５３．９ ２８．２ １９．７ １５．５ １３．９ １２．６ １１．９ ９．６ Ｃ １００ ９３．９ ７２．７ ５３．８ ２６．４ １８．７ １５．０ １３．５ １２．４ １１．８ ９．５ ３．３初试级配的筛选 由表７可知，Ａ、Ｂ、ｃ三级配４．７５ｍｍ的通过率分别为２９．９％、２８．２％、２６．４％，符合要 求的变化范围，由此，进行Ａ、Ｂ、ｃ三级配的配料，过４．７５ｍｍ筛后，将筛上部分进行捣实密 度的测定，计算粗集料在捣实状态下的骨架间隙率，见表８。 表８粗集料在捣实状态下的骨架间隙率 级配类型 粗集料的混合毛体积相对密度 粗集料在捣实状态下的相对密度 粗集料捣实间隙率 Ａ ２．７３７ １．６３４ ４０．３ Ｂ ２．７３７ １．６２６ ４０ ６ Ｃ ２．７３７ １．６０３ ４１．４ ＳＭＡ一１ ６沥青玛蹄脂碎石混合料配合比设计 ７１ 以油石比为６．１％作为初试油石比，对Ａ、Ｂ、Ｃ三级配进行室内马歇尔试件的制作及马歇 尔试件体积指标及稳定度、流值的测定，其试验结果见表９。 表９初试油石比为６．１％时各级配马歇尔指标 级配 毛体积 空隙率 沥青体积百分率 矿料间隙率 沥青饱和度 稳定度 流值 类型 相对密度 （％） （％） （％） （％） （ｋＮ） （ｎｌｍ） Ａ ２．４２７ ３．２ １３．６ １６．４ ８０．５ １０．４４ ３．９７５ Ｂ ２．４１６ ３．６ １３．５ １６．７ ７８．４ ｌ１．１９ ３．８４４ Ｃ ２．４Ｏ４ ４．１ １３．５ １７．２ ７６．３ １１．０４ ３．５１２ 对级配的确定计算和分析如下： ＶＣＡ ｉ ＝（１一＾ｙ ｂ ＸＰｃＡ／ ）×１００ 式中 ＶＣＡ ｉ ——ｓＭＡ马歇尔混合料试件中的粗集料骨架间隙率； Ｐ ——沥青混合料中粗集料的比例； ＾ｙ ——初试油石比沥青混合料实测毛体积相对密度； ——粗集料的平均毛体积相对密度。 级配Ａ： ｃＡ＝（４９×０．９８８ Ｘ２．７４２＋２３ Ｘ０．９２１×２．７２６＋９×０．０５６ Ｘ２．７１９）／ （４９ Ｘ０．９８８＋２３×０．９２１＋９×０．０５６）＝２．７３７ ＰｃＡ＝（１－０．２９９）Ｘ（１００／１０６．４）＝６５．９％ ＶＣＡ ＝（１—２．４２７ Ｘ ０．６５９／２．７３７）Ｘ １００＝４１．６％ 级配Ｂ： ｃＡ＝（４９×０．９８８ Ｘ２．７４２＋２５ Ｘ０．９２１×２．７２６＋７×０．０５６ Ｘ２．７１９）／ （４９ Ｘ０．９８８＋２５ Ｘ０．９２１＋７×０．０５６）＝２．７３７ ＰｃＡ：（１－０．２８２）×（１００／１０６．４）＝６７．５％ ＶＣＡ ｉ ＝（１－２．４１６ Ｘ ０．６７５／２．７３７）Ｘ １００＝４０．４％ 级配Ｃ： ｃＡ＝（４９ Ｘ０．９８８ Ｘ２．７４２＋２７×０．９２１×２．７２６＋６ Ｘ０．０５６×２．７１９）／ （４９ Ｘ０．９８８＋２７ Ｘ ０．９２１＋６×０．０５６）：２．７３６ ＰｃＡ＝（１—０．２６４）Ｘ（１００／１０６．４）＝６９．２％ ＶＣＡ ｉ ＝（１—２．４０４ Ｘ０．６９２／２．７３６）×１００＝３９．２％ 由表９可知，级配Ａ混合料的ＶＣＡ ｉ ＝４１．６％大于粗集料在捣实状态下的骨架间隙率 ４０．３％，对粗集料的骨架已形成了干涉，不符合规范要求； 级配Ｂ混合料的ＶＣＡ ＝４０．４％小于粗集料在捣实状态下的骨架间隙率４０．６％，符合规范 要求且形成骨架结构； 级配Ｃ混合料的ＶＣＡ ｉ ＝３９．２％远远小于粗集料在捣实状态下的骨架间隙率４１．４％，相差 ２．２％，说明在ＳＭＡ沥青混合料中，粗集料骨架间隙率不能全部被细集料、沥青、设计空隙率之 和所填满，混合料在施工过程中很容易产生离析，该级配也不合理。 选择矿料级配Ｂ为最佳级配。 ３．４油石比的确定 最佳沥青的确定，以确定的设计Ｂ级配为基础，根据《公路沥青路面施工技术规范》（ＪＴＧ Ｆ４０—２００４）表５．３．３—３对ＳＭＡ沥青混合料设计配合比的技术要求，最后确定沥青用量。以 ５．８％、６．１％和６．４％三个油石比对Ｂ级配进行马歇尔试验，测试其马歇尔试件的相关指标，以 ３．５％的空隙率为目标空隙率，测试结果见表１０。 （下转第７８页） ７８ 工程科技 ２００８年第２期 各种静、动态数据的基础上，直接向列车发布命令，准确控制列车速度和运行间隔，达到运行间 隔优化，增加行车密度；并能准确掌握列车占用线路的时间，从而制定出经济有效的养路计划； 还能集中掌握诊断数据，制定有效的机车车辆维修计划，提高列车车辆利用率。由此可见，无线 列控系统是铁路未来发展的必由之路，我们应该学习和借鉴其他国家的先进经验，研究具有中国 特色、适合我国铁路发展的无线列控系统，改善铁路职工劳动条件、提高铁路运输经济效益，增 强铁路在新的国内国际形势下的竞争实力。 （上接第７ｌ页） 表ｌＯ Ｂ级配三油石比马歇尔试验结果 油石比 毛体积 空隙率 沥青体积百分率 矿料间隙率 沥青饱和度 稳定度 流值 （％） 相对密度 （％） （％） （％） （％） （ｋＮ） （ｍｍ） ５．８ ６．１ ６．４ ２．４１０ ２．４１８ ２．４２０ ４．２ ３．６ ３．１ １２．９ １３．５ １４．２ １６．７ １６．７ １６．８ ７４．７ ７８．６ ８１．７ １Ｏ．６６ １２．６０ ｌ０．７６ ３．６５８ ３．９９８ ４．５５２ 根据目标空隙率为３．５％及以上相关指标，矿料间隙率大于１６．５％，选择６．１％作为最佳油 石比进行目标配合比的验证，其相关技术指标均满足设计及规范要求。 ４结语 ＳＭＡ混合料配合比的设计采用马歇尔试验法，需要进行大量细致的试验工作，所设计的目 标配合比还需得到施工现场的验证。对于ＳＭＡ混合料，如沥青用量偏小，会造成碾压成型后沥 青路面的松散；如沥青用量过大，在碾压过程中，由于沥青玛蹄脂的富余，会从骨料之间挤出， 造成严重的泛油，另外，对于级配也应严格控制，如果细集料使用不合理，会将粗集料骨架挤 开，形面粒子干涉。 因而，在施工过程中，应加强跟踪检测，严格控制进场材料的质量，如遇材料发生变化，并 经检测矿料级配、马歇尔技术指标不符合要求时，应及时调整配合比，使混合料的质量符合要 求，必要时重新进行配合比设计。