SMA配合比解析.docx
《SMA配合比解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SMA配合比解析.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
SMA配合比解析
SMA配合比设计
我国对SMA的研究起步较晚，经验也不算丰富。
在参考国外的方法，和我国自己设计的一些著名的工程经验，其配合比设计流程如下图：
图４－１配合比设计流程图
4.1SMA混合料设计要求
4.1.1集料最大粒径与层厚
集料最大粒径（Maximumsizeofaggregate）指集料的100%都要求通过的最小的标准筛孔尺寸。
集料的公称最大粒径（Normalmaximumsizeofaggregate指）集料可能全部通过或允许有少量不通过（一般容许筛余不超过10%）的最小标准筛孔尺寸。
通常比集料最大粒径小一个粒径。
影响公称最大粒径的选择的最主要因素是粒径和压实厚度的匹配。
铺筑SMA的压实厚度不得小于集料公称最大粒径的2.5倍。
公称最大粒径是16mm，即是SMA-16。
因此，根据规范要求的适用的厚度是30～40mm之间。
在实验时我们选择30mm。
4.1.2空隙率
空隙率是设计中最重要的设计指标。
空隙率低于3%的SMA路面出现永久变形的概率要高些。
根据规范的要求空隙率在3%～4%,选择3%。
表4-1设计要求指标
指标
规范要求
设计要求
粒径（mm）
16
空隙率（%）
3～4
3
层厚（mm）
30～40
30
4.2矿料级配设计
对任何一种混合料，矿料级配都是最重要的因素。
如下表是我国规范给出的不同粒径的SMA矿料级配建议范围：
表4-2我国规范的SMA矿料级配建议范围
筛孔尺寸（mm）规格
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
90～
72～
62～
40～
18～
13～
12～
10～
9～
8～
8～
SMA-19
100
100
92
82
55
30
22
20
16
14
13
12
90～
65～
45～
20～
15～
14～
12～
10～
9～
8～
SMA-16
100
l00
85
65
32
24
22
18
15
14
12
90～
50～
20～
15～
14～
12～
10～
9～
8～
SMA-13
100
l00
75
34
26
24
20
16
15
12
SMA-10
100
90～
100
28～
60
20～
32
14～
26
12～
22
10～
18
9～
16
8～
13
初试矿料级配的配合比设计步骤：
（1）以4.75mm（公称最大粒径≤9.5mm时，为2.36mm）通过率为关键性筛孔，选用中值及中值±4%，还包括一个S型级配曲线，共4个档次。
级配乙是中值，级配丁是S型曲线，甲、乙、丙、丁四个级配4.75mm的筛孔通过率分别为30%、26%、22%、28%。
表4-3选择的几组初试级配
筛孔（mm）
0.075
0.15
0.3
0.6
1.18
2.36
4.75
9.5
13.2
16.
19
范
SMA-16
8～
9～
10～
12～
14～
15～
20～
45～
65～
90～
100
围
12
14
15
18
22
24
32
65
85
100
级
Pi
10
13
14
17
20
24
30
57
77
97
100
配
Ai
90
87
86
83
80
76
70
43
23
3
0
甲
ai
3
1
3
3
4
6
27
20
20
3
0
级
Pi
10
11.5
12.5
15
18
19.5
26
55
75
95
100
配
Ai
90
88.5
87.5
85
82
80.5
74
45
25
5
0
乙
ai
1.5
1
2.5
3
1.5
6.5
29
20
20
5
0
级
Pi
10
12
13
14
16
18
22
55
74
92
100
配
Ai
90
88
87
86
84
82
78
45
26
8
0
丙
ai
2
1
1
2
2
4
33
19
18
8
0
级
Pi
10
9
11
13
14
15
28
60
76
95
100
配
Ai
90
91
89
87
86
85
72
40
24
5
0
丁
ai
1
2
2
1
1
13
32
16
19
5
0
注：
Pi：
过百分率，%；Ai：
累计筛余百分率，%；ai：
分计筛余百分率，%。
各个矿料级配和上下限的级配曲线如下：
筛分曲线
筛孔尺寸（mm）
）%（率分百过
级配甲级配乙级配丙级配丁上限下限
（2）根据试验规程《公路工程集料试验规程》测得各个筛孔的毛体积相对密度和表观相对密度，原始数据如表4-4。
表4-4毛体积密度和表观密度测定数据
筛孔尺寸
矿粉
0.075
0.15
0.3
0.6
1.18
2.36
4.75
9.5
13.2
16
毛体积相对密度ρb
－
2.727
2.609
2.609
2.727
2.733
2.633
2.592
2.579
2.676
2.635
表观相对密度ρa
2.629
2.699
2.722
2.75
2.746
合成毛体积相对密度ρsb
级配甲
2.619
级配乙
2.614
级配丙
2.616
级配丁
2.604
合成表观相对密度ρsa
级配甲
2.705
级配乙
2.703
级配丙
2.706
级配丁
2.697
3）计算集料的有效相对密度ρse
4）计算粗集料的毛体积平均相对密度ρCA
5）测定大于4.75mm的粗集料松方毛体积密度ρS、干捣实空隙率VCADRC
（6）测定沥青ρa和纤维稳定剂的密度ρx
为了充分发挥SMA混合料粗集料的石-石结构的嵌挤作用，在压实状态下沥青混合料中粗集料骨架间隙率VCAMIX必须等于或小于没有其他集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC。
如果做不到这一点，粗集料的嵌挤作用就不能形成。
因此这是一个鉴别粗集料能否实现嵌挤的基本条件。
4.3SMA的体积结构参数
4.3.1粗集料骨架间隙率VCA
粗集料骨架间隙率是指粗集料实体之外的空间体积占整个试件体积的百分率，用于评价按照嵌挤原则设计的骨架型沥青混合料的体积特征，主要用于SMA混合料或OGFC混合料的组成设计。
（1）捣实状态下粗集料骨架间隙率VCADRC捣实状态下粗集料骨架间隙率是将4.75mm（或2.36mm）以上的干燥粗集料按照规定条件在容量筒中捣实，所形成的粗集料骨架实体以外的空间体积占容量简体积的百分率，按式（4-1）计算。
s
VCADRC（1s）100%（4-1）
ca
式中：
VCADRC——捣实状态下粗集料骨架间隙率，%；
s——捣实法测定的粗集料骨架的松方毛体积密度，g/cm3；
ca——粗集料的平均毛体积密度，g/cm3。
（2）沥青混合料试件的粗集料间隙率VCAmix压实沥青混合料试件内粗集料骨架以外的体积占整个试件体积的百分率，按式（4-2）计算。
对于SMA-16和SMA-13，粗集料通常是指粒径≥4.75mm的粗集料；对于SMA-10粗集料是指粒径≥2.36mm的粗集料。
bPca
VCAmin1bca100%（4-2）
min
caw
式中：
VCAmix——沥青混合料粗集料骨架间隙率，%；Pca——沥青混合料中粒径≥4.75mm（或2.36mm）的粗集料比例，%；
ca——粗集料的平均毛体积密度，g/cm3；
b——沥青混合料实测毛体积密度，g/cm3；
w——水的密度，约为1g/cm3。
SMA是按照骨架嵌挤原则设计的，为了充分发挥SMA中粗集料石-石骨架的嵌挤作用，在压实状态下，沥青混合料中的粗集料间隙率VCAmix必须满足式（4-3）的要求。
粗集料骨架间隙率VCADRC能否大于沥青混合料骨架间隙率VCAmix是检验粗集料能否形成嵌挤骨架的关键。
当不能满足式（4-3）的条件时，混合料的粗集料骨架实际上是被所填充沥青玛蹄脂撑开了，表明在混合料中或者沥青玛蹄脂过多、或者粗集料骨架间隙过小。
所以，粗集料间隙率VCAmix实际上控制了SMA混合料中沥青玛蹄脂的总体积。
VCAmix≤VCADRC（4-3）
式中：
VCAmix——压实状态下沥青混合料中的粗集料间隙率，%；
VCADRC——捣实状态下粗集料骨架间隙率，%。
4.3.2马歇尔试件的体积参数
100PaPx
（4-4）
1）混合料理论最大相对密度ρt
t
t100PaPX
seaX
式中：
Pa——沥青混合料的油石比，%；Px——纤维用量，以矿料质量的百分数计，矿料的有效相对密度，无纲量；沥青的相对密度（25℃/25℃），无纲量；纤维稳定剂的密度，g/cm3，由供货商提供或是由比重瓶法实测得到。
空隙率VV
%；
se
ρx
2）
VV=1
100
（4-5）
3）
混合料的矿料间隙率VMA
VMA=1
fPs
sb
100
（4-6）
4）
混合料有效沥青的饱和度（有效沥青含量占VMA
VMAVV
VFA=100
VMA
式中：
ρf——测定的试件的毛体积相对密度，无纲量；
ρt——沥青混合料的最大理论相对密度，无纲量；
的体积比例）VFA
（4-7）
ρsb——矿料的合成毛体积相对密度
4.4SMA混合料配合比设计
4.4.1马歇尔试验规范要求
表4-5SMA混合料的物理力学性能指标和技术要求
技术指标技术要求
使用非改性沥青
使用改性沥青
配合比设计马歇尔试验指标
马歇尔试件击实次数
两面各击实50次
空隙率VV（%）
3～4[1]
矿料间隙率
VMA（%）≥
集料的最大公称尺寸（mm）
9.5
17.5
13.2
17.0
16
16.5
19
16.0
混合料粗集料间隙率VCAmix，（%）
≤粗集料骨架间隙率VCADRC
沥青饱和度VFA（%）
75～85[1]
马歇尔稳定度（kN）≥
5.5
6.0
流值（0.1mm）
20～50
20～50
配合比设计检验指标
谢伦堡沥青析漏量（%）≤
0.20
0.10
肯塔堡飞散损失量（20℃）（%）≤
20
15
车辙试验的动稳定度（次/mm）>
1500
3000
水稳定性检验
残留稳定度（%）>
75
80
冻融劈裂强度比（%）>
75
80
渗水系数（mL/mix）<
80
注：
[1]对于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，也可放宽到4.5%；
VFA允许放宽到70%。
4.4.2选择初试级配
1）计算每组级配集料的合成毛体积相对密度ρsb合成表观相对密度ρsa
2）测定粗集料骨架部分的集料间隙率VACDRC、粗集料平均相对密度ρs
3）计算合成矿料的有效相对密度ρse
ρse=Csa1Csb
2
C=0.033ω2X-0.2936ωX+0.9339（4-8）
式中：
ρse——矿料的有效相对密度；C——合成矿料的沥青吸收系数，可以按矿料的合成吸水率求出；ωx——合成矿料的吸水率，%；ρsb——矿料合成毛体积相对密度，无纲量；ρsa——矿料合成表观相对密度，无纲量。
（4）将四个级配的选择一个经验的油石比作成马歇尔试件各四个进行马歇尔试验，通过马歇尔体积参数、稳定度和流值来选择最佳设计级配。
表4-6表是各个级配的马歇尔体积参数实测数据。
表4-6SMA混合料马歇尔试验数据
级
配
4.75mm通过率（%）
试件密度ρf（g/cm3）
理论最大密度ρt（g/cm3）
空隙率VV（%）
矿料间隙率VMA（%）
捣实状态下的粗集料间隙率VCADRC（%）
稳定度MS（kN）
流值
FL（0.1mm）
混合料粗集料间隙率VCAMIX
沥青有效饱和度VFA（%）
甲
30
2.375
2.449
3.0
14.45
37.40
6.1
26.0
36.39
79
乙
26
2.364
2.446
3.4
14.68
38.40
5.0
50.0
33.04
77
丙
22
2.342
2.448
4.3
15.54
39.13
5.6
36.2
29.20
72
丁
28
2.364
2.439
3.1
14.59
39.70
5.8
40.8
34.88
79
从4组初试级配的试验结果中选择设计级配时必须符合VCAMIX17%（有些情况可以使其降低到16.5%）这两个最主要的要求，当有一组以上级配同时符合要求时，以粗集料骨架分界集料通过率较大且VMA较大的级配为设计级配，从而得出满足的一组级配是：
丙组。
4.4.3确定最佳沥青用量
按确定的最佳级配-级配丙，再根据经验和查资料选择一个恰当的油石比，由于在初试级配是使用6.0%的油石比，但是在试验过程中发现VV偏大，因此有必要调整初试油石比为5.8%。
改变沥青含量分别按0.2％～0.4％变化的幅度来选择油石比6.2%、5.8%、5.4%。
按照这三个油石比做12个马歇尔试件，9个用来测稳定度和流值，其他三个用来测理论最大相对密度，由此可以根据空隙率要求确定最佳沥青用量马歇尔试验的结果必须符合SMA混合料的实际技术要求。
表4-7不同油石比SMA混合料马歇尔试验数据
油石比
（%）
理论最大密度
ρt
3（g/cm）
实测密度
ρf
3
（g/cm）
稳定度
MS（kN）
流值FL（0.1mm）
矿料间
隙率
VMA
（%）
沥青饱和度
VFA（%）
混合料粗集料间隙率VCAmix（%）
空隙率
VV
（%）
5.4
2.464
2.363
6.0
57.0
14.6
72.0
29.4
4.1
5.8
2.451
2.375
5.6
21.0
14.4
78.6
31.2
3.1
6.2
2.439
2.376
4.5
18.0
14.8
82.7
32.5
2.6
马歇尔试验结果曲线如下图所示：
图４－３
根据试验结果，由期望的设计空隙率此油石比也满足规范的要求。
马歇尔实验结果曲
3%，可以确定OAC=5.7%作为最佳油石比。
4.5SMA配合比设计检验
SMA目标配合比设计完成后，进行设计的检验，其技术标准如下表：
表4-8
配合比设计检验技术要求
各项指标
不使用改性沥青
改性沥青
配合比设计检验指标
谢伦堡沥青析漏量（%）≤
0.20
0.10
肯塔堡飞散损失量（20℃）（%）≤
20
15
车辙试验的动稳定度（次/mm）>
1000
3000
水稳定性检验
残留稳定度（%）>
75
80
冻融劈裂强度比（%）>
75
80
渗水系数（mL/mix）<
80
4.5.1高温稳定性检验
即车辙试验。
SMA用于路面的表面层，直接与荷载接触，又暴露在大气中，所以是最重要的层次。
所以车辙试验必须进行的验证，是非常重要的。
它不仅要求有良好的高温稳定性，低温抗裂性，还要求有良好的抗滑性能，以满足道路路面各种使用性能的需求。
车辙实验对使用改性沥青结合料的SMA混合料，建议动稳定度达到3000次/mm～6000次/mm:
对于不使用改性沥青结合料的SMA混合料，要求动稳定度达到1500次/mm～6000次/mm。
另外，对于沥青混合料，动稳定度也不是越大越好，一般认为，大于6000次/mm的混合料有可能发脆。
所以有时也对上限做了限制。
但这也是对配合比设计用的新拌混合料而言的，如果是在现场取样，动稳定度要大得多，则完全有可能超过6000次/mm。
所以是不适用的。
表4-9SMA混合料车辙实验数据
试验项目
试验结果
平均值
动稳定度（次/mm）
3522
3738
3480
4212
4.5.2水稳定性检验
评价的试验方法进行浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验
（1）浸水马歇尔试验
是将马歇尔试件放在60℃水中浸泡48小时后进行马歇尔实验，和在60℃的水中浸泡0.5小时的马歇尔试验值进行比较，则可以得出残留稳定度。
试验数据见表4－10。
表4-10SMA混合料浸水马歇尔实验数据
试验项目
试验条件
试验结果
稳定度（kN）
残留稳定度（%）
平均值（%）
5.7%
（1）
0.5h浸水后
48h浸水后
9.57
8
83.6
90.0
5.7%
（2）
0.5h浸水后
48h浸水后
8.53
8.27
96.9
5.7%（3）
0.5h浸水后
48h浸水后
8.95
8.02
89.6
2）冻融劈裂试验
试件在脱摸后在室温下养生96h，才能进行试验。
试件分成不冻融及冻融的两组，冻融试件需先进行真空饱水，用0.09MPa气压下的真空抽吸5min～15min，测定饱水率在55%～80%范围内，负压吸水10mL封住，试件在-18℃±2℃下冰冻16h以上，取出后在60℃水中浸泡24h，随之在25℃水中与不经过冻融组的一起浸泡2h后，进行劈裂试验。
表4-11SMA混合料冻融劈裂实验数据
油
石
比（%）
试件组数
试件高度（mm）
PT
（kN）
未冻融试件RT1
（MPa）
试件高度（mm）
PT
（kN）
冻融试件RT2
（MPa）
劈裂强度比
TRS（%）
测定值
平均
5.7
1
62.56
4.74
0.476
62.50
4.63
0.466
97.9
99.7
2
63.89
4.20
0.413
63.36
4.31
0.427
103.4
3
64.32
4.85
0.474
64.52
4.76
0.463
97.7
4.5.3谢伦堡析漏试验
按规范规定的谢伦堡析漏试验方法进行试验，试验温度185℃（相当于拌和站出料
温度）。
试验步骤如下：
（1）据配合比拌和沥青混合料，一组试件分别拌四份，每份1kg；
（2）洗净800mL烧杯，烘干，称取烧杯的质量m0；
（3）将1kg拌和好的沥青混合料倒入烧杯中，称取烧杯及混合料的总质量m1；
（4）在烧杯上加盖玻璃板盖片，放入170℃±2℃烘箱中，持续60min±1min；
（5）取出烧杯，不加任何冲击或振动，将混合料向下扣倒在玻璃板上，称取烧杯及粘附在烧杯上的沥青混合料、细集料、玛蹄脂等的总质量m2。
（6）根据下列公式计算Δm，精确至0.1：
测得试验数据如下：
表4-12析漏试验数据
试件组数
m0（g）
m1（g）
m2（g）
△m（%）
1
143
1139.2
143.8
0.08
0.1
2
142.2
1138.4
143.5
0.12
3
143.4
1138.7
144.4
0.10
m2m0m1m0
100
4.5.4肯塔堡飞散试验
沥青混合料的飞散试验，是西班牙肯塔堡大学为排水性开级配沥青混合料而开发的一种试验方法。
现在经过许多国家的应用，已经扩展到用来确定沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、排水性大孔隙沥青混合料（OGFC）、抗滑表层混合料、沥青碎石或乳化沥青碎石混合料等路面的表面层是否会发生集料飞散的通用试验方法。
这些结构的路面往往表面构造深度较大，粗集料外露。
孔隙内经常有水，在交通荷载的反复作用下，由于集料与沥青的粘结力不足而容易引起集料的脱落、掉粒、飞散、并成为坑槽的路面损失，是常见的一种严重的沥青路面破坏现象。
为了防止这种破坏，在配合比设计时，辅以飞散试验进行检验是必要的。
沥青混合料的集料飞散性能是指由于沥青用量或粘结性不足，在交通荷载作用下，集料在路面表面脱落而散失是性质，以马歇尔试件在洛杉矶试验机中旋转撞击规定的次数，沥青混合料试件散落材料的数量百分率表示。
它也可在低温或浸水条件下进行试验。
在浸水中试验，其目的是考察试件在热水中膨胀和沥青老化，对集料和沥青粘结力下降的影响，散落数量百分率，以评价沥青混合料的水稳定性。
在低温的飞散试验，是用来评价冬季及春融季节的路面松散是有效的方法。
主要的试验步骤如下：
根据实际配比，采用标准击实法成型马歇尔试件，一般双面击实50次，量测试件
的直径和高度，将试件放入恒温水浴中养生；对标准飞散试验，在20℃水浴中养生2h，逐个取出试件称量m0：
立即将试件放入洛杉矶磨耗试验机中，盖好盖子，一次只能试验一个试件：
按洛杉矶试验方法，不放入钢球，开动试验机，以30～33r/mix的速度旋转300转：
打开试验机盖子，取出试件及碎块，称取残留质量；当试件已经粉碎时，称取最大一块残留试件的混合料质量m1，沥青混合料的飞散损失率按下式计算：
m0
m1
m0
试验测的的数据如下表：
表4-13飞散试验
试件组数
mo（g）
m1（g）
ΔS（%）
1
1171.1
1107
5.47
5.61
2
1166.6
1104.4
5.33
3
1158.9
1089.1
6.02
升级会员 