掺有木质纤维素的SMA-13 沥青混合料配合比设计及性能评价研究

李思璐 张 鹏

（1 广州市公用事业技师学院；2 广州建设工程质量安全检测中心有限公司）

随着我国经济社会的高速发展，大量道路工程的建设，其中沥青路面有着良好的舒适性，SMA-13 沥青路面在其中扮演者重要角色。张永选[1]、吴明明[2]、赵建红[3]，等做了大量工作。

本文针对参有木质纤维素的SMA-13 进行深入研究，为工程安全提供详实资料。

1 原材料

1.1 沥青材料

对该SBS（I-D）改性沥青按《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004[4]要求进行了规定项目的试验检测。检测结果表明该试样所检各项指标均满足道路石油沥青技术要求。试验检测结果见表1 所示。

表1 改性沥青技术指标

1.2 粗集料、细集料及矿粉

对粗集料10～15mm 碎石、5～10mm 碎石，细集料0～5mm 石屑及矿粉均按《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004[4]进行了规定项目的试验检测。检测结果表明该试样所检各项指标均满足沥青混合料用粗集料、细集料及矿粉的质量技术要求。试验项目及检测结果详见表2～表4 所示。

表2 粗集料技术指标

表4 矿粉技术指标

1.3 纤维

稳定剂采用木质纤维素KX-B200，掺量为混合料重的0.3%。

2 SMA- 13 目标配合比设计

2.1 级配设计原则

本次配合比设计采用的是最大密实理论为连续级配沥青混合料的设计指导思想，以马歇尔试验为设计提供重要依据。形成平滑的S 型级配，避免出现犬牙交错。考虑层位功能，满足耐久、稳定、水稳定性、抗滑等要求。工程级配范围比规范级配范围窄，其中4.75mm 和2.36mm 通过率上下限差值宜小于12%。同时考虑施工性能，易摊铺、易压实，避免严重离析。控制0.075～0.6mm颗粒含量，如果这一部分含量过高，属于驼峰级配，沥青含量稍多就会造成沥青混合料的不稳定。级配曲线最大筛孔附近过于平缓，粗集料相对较细，表面易于平整。合成级配必须在设计和规范要求的范围内，否则应进行调整。

表3 细集料技术指标

2.2 原材料筛分及级配设计

按照规范[4]关于SMA-13 密级配沥青混合料矿料级配范围要求。根据规范热拌SMA 沥青混合料配合比设计方法，在设计级配范围内, 经过试配，SMA-13 型沥青混凝土目标配合比采用10～15mm碎石:5～10mm碎石:0～5mm石屑:矿粉=34:40:18:8。矿料组成级配曲线图见图1。该级配接近规范SMA-13 级配范围中值。

图1 矿料合成级配曲线

2.3 确定最佳沥青用量

以0.3%为间隔，按4 个油石比制备马歇尔试件进行测试，并计算各项指标，试验时，马歇尔试件击实次数为两面击实各50 次，击实温度控制在165℃，按沥青混合料质量的0.3%掺配木质素纤维。以沥青用量（油石比）为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标，绘制马歇尔试验结果关系曲线图，结果如图2～图7 所示。

图2 密度与沥青用量关系曲线图

图3 流值与沥青用量关系曲线图

图4 稳定度与沥青用量关系曲线图

图5 饱和度与沥青用量关系曲线图

图6 隙率与沥青用量关系曲线图

图7 VMA 与沥青用量关系曲线图

以沥青用量为横坐标，以马歇尔试验的各项指标为纵坐标作图。试验结果如图8 所示。在关系曲线上取密度最大值对应的沥青用量a1=6.1%；稳定度最大值相对的沥青用量a2=6.3%；设计空隙率相对应的沥青用量a3=6.15%；饱和度中值相对的沥青用量a4=6.2%，其中共同范围OACmin=5.85%；OACmax=6.45%；最佳沥青用量OAC 按下式计算：

图8 集配试验结果

OAC1=（a1+a2+a3+a4）/4=6.19%

OAC2=(OACmin+ OACmax)/2=6.15%

OAC=(OAC1+OAC2)/2=6.2%

根据实践工程经验和公路等级、该地区的气候条件、交通情况，综合决定最佳油石比为：OAC=6.2%。

3 性能评价

3.1 浸水马歇尔试验

采用最佳沥青用量6.2%(油石比) 制备马歇尔试件, 按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[5]中T0709-2011 方法进行了SMA-13 沥青混合料浸水马歇尔试验, 其残留稳定度为87.0%,满足改性沥青混合料配合比设计检验指标中马歇尔残留稳定度大于85%的要求。试验结果详见表5。

表5 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下浸水马歇尔试验结果

3.2 高温稳定性检验

采用最佳沥青含量6.2%制备车辙试件，按JTG E20-2011 规程T0719-2011 方法进行SMA-13 沥青混合料车辙试验，试验结果见表6。具体试验条件如下：

表6 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下车辙试验结果

车辙板尺寸：300mm×300mm×50mm，拌和温度：180℃，碾压温度：165℃，行走距离：(23±1)cm，试验温度：60℃，碾压速度：(42±1) 次/min，其动稳定度DS=6040 次/mm，满足设计文件中车辙不小于3000 次/mm要求。

3.3 渗水性能检验

渗水试验结果见表7，结果表明轮碾法成型的试件渗水系数为45.3ml/min，满足JTG F40-2004 中渗水系数小于80ml/min 的技术要求。

表7 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下渗水试验结果

3.4 谢伦堡析漏试验（烧杯法）

试验条件：试验温度(185±2)℃，将混合料持续保温60min 后进行析漏测试。结果见表8，结果表明混合料析漏损失为0.05%，满足设计文件中不大于0.1%的技术要求。

表8 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下谢伦堡析漏试验结果

3.5 肯塔堡飞散试验

试验条件：将成型的马歇尔试件（双面各击实50次）在(20±0.5)℃水温下浸泡20 小时，然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300 次进行飞散测试。结果见表9，结果表明混合料飞散损失为11.7%，满足设计文件中不大于20%的技术要求。

表9 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下肯塔堡飞散试验结果

3.6 抗滑性能检验

抗滑性能试验结果见表10，结果表明轮碾法成型的试件抗滑值FB20为60BPN，满足JTG F40-2004 中抗滑性能的技术要求。

表10 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下表面抗滑性能试验结果

3.7 构造深度检验

铺砂法构造深度试验结果见表11，结果表明轮碾法成型的试件构造深度为0.88mm，满足JTG F40--2004中构造深度的技术要求。

表11 SMA-13 目标配合比设计最佳沥青用量下构造深度试验结果

矿料配合比及设计油石比如表12 所示。

表12 矿料配合比及最佳油石比

4 结论

经过混合料级配调试和相关验证试验，表明参有特定含量木质纤维素的SMA-13 型改性沥青混合料的各项性能均满足技术要求，可作为工程沥青上面层SMA-13型改性沥青混合料生产配合比调试的依据。