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改性沥青SMA-13沥青混合料
配合比设计方法徐敏
【常州交通工程有限公司常州213022】

摘要：以具体试验结果为依据，通过对实际工程中改性沥青SMA-13配合比设计方法的示例，详细说明设计方法的步骤，并结合实践经验提出了相关参考意见。
关键词：改性沥青SMA-13沥青混合料配合比设计方法

前言
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）是近年来在国际上出现的一种非常引人注目的新型沥青混合料，以其优良抗车辙性能和抗滑性能而闻名于世。第一条SMA路面始建于20世纪60年代中期的德国，已有40多年的历史，至今仍然在良好地使用着。1992年，SMA在我国首都机场高速首次运用，北京首都机场是我国最重要的航空港，是国家的门户，被誉为“国门第一路”。
SMA-13沥青混合料的配合比设计过程与通常的热拌沥青混合料完全不同，下面就以某高速公路工程上面层改性沥青SMA-13沥青混合料的配合比设计过程作为一个实例，详细阐述配合比设计的整个过程及步骤。
以《公路工程集料试验规程》（JTJ058-2000）、《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）、苏高技（2003）22号文《江苏省高速公路改性SMA路面上面层施工指导意见》作为设计依据。
一 材料选择和原材料试验
对任何一个工程在配合比设计之前，材料选择和原材料试验是不可缺少的步骤，只有所有质量指标都符合要求，才允许使用。
1沥青
路桥工程类改性沥青SMA-13沥青混合料配合比设计方法本工程选用SBS改性沥青，由镇江科氏沥青产品有限公司提供，SBS改性沥青的技术要求及试验结果：
表一SBS改性沥青要求及试验结果
项目单位规范要求试验结果试验方法针入度0.1mm50-8072JTJ0604延度cm>3040JTJ0605软化点℃>6084JTJ0606溶解度不小于%99合格JTJ0607闪点不小于%230合格JTJ0611表观相对密度/实测1.030JTJ0603蜡含量不小于%2合格JTJ0615弹性恢复不小于%70合格JTJ06622矿料
（1） 粗集料
应采用石质坚硬、清洁，不含风化颗粒，近似立方体颗粒的碎石，本次采用镇江茅迪公司玄武岩碎石，各种材料的规模和质量要求如表二及表三。
表二各种粗集料规格
材料名称筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0751#碎石10084.112.00.30.10.10.10.10.10.12#碎石10010097.98.10.20.10.10.10.10.13#碎石10010010091.40.60.20.10.10.10.1表三各种粗集料质量指标
指标单位规范
要裘试验结果1#碎石2#碎石3#碎石压碎值%〈2010.3表观相对密度/>252.9632.9542.937毛体积相对密度/>2.52.9062.895/吸水率%<20.670.82/针片状%<155.36.7/<0.075mm含量%<10.10.10.1软石含量%<5合格坚固性%<12石质良好（2） 细集料
采用坚硬、洁净、无风化、无杂质并有适当级配的玄武岩细集料，由镇江茅迪公司提供，规格和质量指标如表四及表五。
表四细集料规格
材料名称筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.150.0754#碎石10084.060.130.89.35.55.0表五细集料质量指标
质量指剽规范要求试验结果表观相对密度>2.52.928砂当量≥7085<0.075mm含量<12.55坚固性（%）<12石质良好外观情况洁净无杂质洁净无杂质3填料
采用溧阳平桥矿粉厂生产的石灰岩碱性矿粉，矿粉必须干燥、清洁，矿粉质量技术要求见表六，从拌和机回收的粉料杜绝使用，以确保沥青面层的质量。
表六矿粉规格及质量指标
质量指标规范要求试验结果表观相对密度>2.52.674含水量（%）<10.17粒度范围<0.6mm100100<0.15mm90-10098.4<0.075mm75-10080.8外观无团粒结块无团粒结块系水系数<10.614抗剥落剂
SMA-13沥青混合料用抗剥剂应有较强的抗考化性能，抗剥落剂掺加量为沥青用量的0.4%。本工程采用西安PA-1型抗剥落剂。
5稳定剂
采用优良的木质素状纤维，掺加比例以沥青混合料总量的0.3%-0.4%。
二第一阶段——目标配合比设计阶段
1配合比设计要求及标准
表七SMA-13沥青混合料级配范围
级配
范围通过下列筛孔（方孔筛、mm）的质量百分率（%）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075上限1001007532272420161312下限1009055221614121098表八马歇尔试验配合比设计技术要求
试验项目单位技术要求马歇尔试件击实次数/两面各50次空隙率VV%3-4.5矿料间隙率VMA%不小于17粗集料骨架间隙率VCAmin/不大于VCADRC沥青饱和度VFA%75-85沥青用量
合成集料毛体积相对密度2.92.82.72.6/不小于5.7不小于6.0不小于6.3不小于6.6稳定度KN不小于6.0流值0.1mm20-50表九配合比设计验证指标技术要求
检测项目单位技术要求谢伦堡析漏试验%不大于0.1肯特堡飞散试验%不大于20车辙试验动稳定度次/mm≥3000水稳定性、残留马歇尔稳定度试验%≥85渗水系数ml/min<20构造深度mm0.7-1.12矿料配合比计算
首先确定SMA-13的三种级配A、B、C，调整4.75mm筛孔通过率分别为26.2%、27.5%和29.2%，三种级配设计组成见表十，分别测定三种级配的VCADRC，然后按油石比6.0%制作马歇尔试件，测定VCAmix及VMA等指标，在满足VCAmix小于VCADRC、VMA大于17%的基础上确定级配，测定结果见表十一和表十二。
表十三种级配的设计组成结果
级配类型通过下列筛孔（方孔筛、mm）的质量百分率（%）13.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配B
41∶35.5∶4∶8∶11.593.563.226.218.416.414.012.311.89.8级配C
41∶34∶4∶9.5∶11.593.563.227.519.617.314.512.511.89.8级配C
43.5∶29.5∶4∶11∶1293.161.129.221.318.615.413.012.410.3表十一VCADRC测试结果
级配
类型松容重
（g/cm3）4.75mm通过率
（%）粗集料毛体积
密度（g/cm3）VCAdrc
(%)级配A1.64726.22.90243.25级配B1.65027.52.90243.14级配C1.65429.22.90243.01表十二初试级配的体积分析
级配
类型油石比
（%）理论密度
（g/cm3）毛体积密度
（g/cm3）空隙率
（%）VMA
（%）VFA
（%）VCAmix
（%）级配A6.02.6152.4456.520.3668.0741.62级配B6.02.6152.4605.919.8770.1742.29级配C6.02.6152.4984.518.6375.9942.78要求///3-4.5>1775-8517等体积指标要求，因此在三个级配中选择4.75mm通过率最大的级配，所以选用级配为设计级配。（如三个初试级配均不能满足上述条件的设计要求，则应该重新选定三个级配进行试验）
3马歇尔稳定度试验
按比例称取矿料配制级配C，分别采用3种油石比5.8%、6.1%、6.4%制作马歇尔试件，进行马歇尔稳定度试验试验结果列于表十三。
表十三马歇尔试验结果
级配类型油石比
（%）稳定度
（KN）流值
（0.1mm）空隙率
（%）VMA
（%）VCAmix
（%）VFA
（%）毛体积密度
（g/cm3）理论密度
（g/cm3）SMA-135.88.820.65.218.8542.972.482.4862.6226.19.826.84.118.5442.777.692.5032.6116.49.531.23.418.5142.781.542.5132.602要求>6.020-503-4.5>17合料的毛体积密度时，空隙率应控制在4%左右，本次设计中油石比为6.1%时，空隙率为4.1%，且期货指标VMA、VCA、稳定度、流值、饱和度等均能满足设计要求，根据江苏的气候特点，故以6.1为设计油石比。
5SMA-13目标配合比设计相关验证试验
（1） 谢伦堡析漏试验（烧杯法）
该试验用于检测沥青混合料在高温状态下，从沥青混合料中析漏出来的多余的游离沥青的数量。试验条件：试验温度185℃，保温1小时后进行析漏测试。
表十四析漏试验结果
级配
类型油石比
（%）析漏1
（%）析漏2
（%）析漏3
（%）平均
（%）要求
（%）SMA-136.10.0610.0550.0580.058≤0.1（2） 水稳定性检验
按油石比6.1%制作马歇尔试件，进行马歇尔试验及48小时浸水马歇尔试验。
表十五浸水马歇尔试验结果
级配类型马歇尔稳定度
（KN）浸水马歇尔
稳定度（KN）残留稳定度S0
（%）要求
（%）SMA-139.88.687.8≥85（3） 高温稳定性检验（动稳定度试验）
表十六动稳定度试验结果
级配
类型油石比
（%）动稳定度试验（次/mm）123平均要求SMA-136.13500393842003879≥3000（4） 肯特堡飞散试验的飞散损失量为3.2%，符合<20%的要求。
（5） 试验表面构造深度为1.0mm，符合设计要求。
（6） 渗水试验的渗水系数几乎接近于0，符合设计要求。
6结论
经过各项验证试验表明，本次目标配合比设计结果满足SMA-13设计规范要求，可用于生产配合比设计。因此，最佳油石比选定为6.1%。
三第二阶段——生产配合比设计阶段
在目标配合比确定之后，应进行生产配合比设计，本工程采用英国ACP-3000型拌和机。试验前应首先根据级配类型，选择振动筛的筛号，使几个热料仓的材料不致相差太多，最大筛孔应保证使超粒径排出。试验时，按目标配合比设计的冷热比例上料、烘干、筛分，然后取样筛分，利用计算机进行矿料级配计算。该工程拌和机采用振动筛为19mm、11mm、5.6mm、3.5mm四级。
1各热料仓集料筛分结果，表十七
热料
仓号筛孔尺寸（mm）16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.0754#仓10085.15.60.30.20.20.20.20.20.23#仓10010095.23.20.60.50.50.50.50.52#仓1001001008321.30.90.70.60.31#仓10010010010080.255.532.620.612.85矿粉10010010010010010010010097.382.92热料仓集料密度结果，表十八
热料仓号4#仓3#仓2#仓1#仓表观相对密度2.9642.9582.9552.906毛体积相对密度2.8982.871//3生产配合比矿料计算，表十九
级配类型
（用量比）通过下列筛孔（方孔筛、mm）的质量百分率（%）13.29.54.752.361.180.60.30.150.075SMA-13
41∶31.5∶7∶10∶10.593.959.827.418.916.414.112.811.89.4要求90-10055-7522-3216-2714-2412-2010-169-138-124VCADRC测试结果，表二十
级配
类型松容重
（g/cm3）4.75mm通过率
（%）粗集料毛体积
密度（g/cm3）VCAdrc
(%)SMA-131.66127.42.884542.55马歇尔稳定度试验
按上述比例称取矿料配制级配，成型试件，以最佳油石比6.1%±0.2%三种油石比，制做马歇尔试件，进行马歇尔试验，试验结果列于下表十二。
级配类型油石比
（%）空隙率
（%）VMA
（%）VFA
（%）VCAmix
（%）毛体积密度
（g/cm3）理论密度
（g/cm3）稳定度
（KN）流值
（0.1mm）SMA-135.94.317.575.340.432.5082.62110.029.36.13.817.478.040.412.5142.6149.627.86.33.417.480.540.432.5182.6069.729.56相关核证试验
(1)谢伦堡析漏试验，析漏损失为0.07，符合<0.1%的要求。
(2)水稳定性试验，浸水马歇尔残留稳定度为92.7%，符合>85%的要求。
(3)动稳定度试验为4183次/mm，符合≥3000次/ mm的要求。
(4)肯特堡飞散试验的飞散损失为4.0%，符合≤20%的要求。
(5)试验表面构造深度为0.9 mm，渗水试验几乎接近于0，均符合设计要求。
综合上述试验结果发现VCAmix＜VCDDRC、VMA＞17%、空隙率、饱和度、稳定度、流值等体积指标均符合SMA-13设计要求，即该生产配合比设计是有效的。
四第四阶段——生产配合比验证阶段（试拌、试铺阶段）
拌和机按照生产配合比结果进行试拌，并取样在室内进行马歇尔试验，检验是否符合规范标准要求。同时还进行车辙试验，浸水马歇尔试验、析漏试验、渗水试验、构造深度等相关验证试验，只有所有技术指标全部符合设计要求，才能交付正式施工。试拌马歇尔结果见表二十二，试铺结果见表二十三。
表二十二试拌马歇尔结果
油石比
（%）空隙率
（%）VMA
（%）VFA
（%）VCAmix
（%）稳定度
（KN）流值
（0.1mm）6.033.917.477.840.409.327.2表二十三试铺结果
油石比
（%）空隙率
（%）VMA
（%）VFA
（%）VCAmix
（%）稳定度
（KN）流值
（01mm）6.123.817.478.240.419.729.8谢伦堡析漏试验为0.08合格；浸水马歇尔试验稳定度为90.8%合格；动稳定度为4096次/mm合格；肯特堡飞散试验损失为5.6%合格；路面构造深度为1.0mm合格；渗水试验几乎为0，马氏压实度代表值为98.7%，理论压实度代表值为94.9%。通过试拌，试铺试验结果表明，该生产配合比可用于实际施工。试验室据此编写配合比设计报告及试拌试铺总结，经监理及业主批准，下达施工单位的标准配合比如下表二十四。
表二十四SMA-13沥青混合料标准配合比
热料名称4#仓3#仓2#仓1#仓矿粉沥青用量比例
（%）4131.57.010.010.56.1五后记
目前该工程已竣工通车，行车两年来观察具有良好的抗车辙能力、水稳定性良好、路面表面均匀、美观、粗糙、防滑性能较好。实践证明，以上配合比设计是合理的，施工过程中进行了大量的马歇尔试验、抽提试验及相关验证试验，均能符合SMA-13的设计要求。但要对SMA-13沥青混合料结构有进一步的认识，还有待于广大公路建设者们的反复实践。

说明：该论文被评为常州市公路学会2004年度优秀论文。