蓄盐类SMA沥青混合料配合比设计研究

王 健，邓艳冬，何春燕

(1.江西公路开发总公司;2.格特拉克(江西)传动系统有限公司)

0 引 言

蓄盐类沥青混合料的特性与用途显然不同于一般的热拌沥青混合料，我们最终要达到的目标是:对冬季冰雪路面起到抗凝冰的效果而且应保证混合料的路用性能。由于V－260 等蓄盐类材料是作为外掺剂直接添加到沥青混合料中去，因此蓄盐类沥青混合料目标配合比设计总体仍可采用常规热拌沥青混合料配合比设计方法，采用工程材料，优选矿料的级配、确定最佳的沥青用量，使之符合技术标准和检验要求，并以此作为目标配合比，用以指导拌和站生产配合比设计及混合料的试拌工作。

虽然蓄盐类沥青混合料配合比设计方法可以与常规的沥青混合料设计方法一致，但由于V－260 等蓄盐类材料是作为外掺剂直接添加到沥青混合料中去，蓄盐类材料在实际路用过程中会逐渐释放，因而会改变沥青混凝土的体积性能指标，为此在配合比设计方法及设计空隙率、饱和度等体积指标方面进行研究，以确保沥青混合料的性能满足规范要求。

目前我国高速公路沥青路面主要采用的是马歇尔设计方法，该方法的优点是设备比较简单，综合考虑了沥青混合料体积及力学指标，但其缺点是成型方法没有与路面实际的作用情况结合起来，设计时综合考虑了各种指标，往往会导致设计结果没有真正反映路面性能。为此本研究在马歇尔设计方法的基础下，还深入开展了蓄盐类沥青混合料的旋转压实设计方法研究。

本项目采用的上面层是SMA－13 沥青路面，由于Superpave 方法设计体系并不一定适于间断级配的设计，本研究仅借助于旋转压实机成型，设计未完全按Superpave 标准。

1 蓄盐类沥青混合料配合比设计

1.1 确定工程设计级配范围

沥青混合料的工程设计级配范围由施工图设计文件或招标文件项目技术规范规定，综合公路等级、工程特点及性质、气候条件、交通组成和材料品种等因素，通过对大体相当的工程使用情况进行调查研究后调整确定。

1.2 材料选择与准备

配合比设计的矿料选择应按《公路工程集料试验规程》(JTG E42－2005)规定的方法，从工程实际使用的材料中采集具有代表性的样品;配合比设计所用各种材料必须符合气候交通条件的需要，应认真进行沥青胶结料等材料选择，确保沥青等级符合使用地的环境条件的要求。

蓄盐类材料要结合当地冬天气温、气候雨水情况，必要时要对蓄盐类材料进行必须的材料性能及混合料的性能试验确定，同时确定蓄盐类材料的填充系数ω。

1.3 矿料配合比设计

矿料配合比设计计算借助电子表格用试配法进行，矿料级配曲线的绘制应采用泰勒曲线的标准画法，其指数n =0.45，纵坐标为普通坐标。

对于SMA 路面的级配范围可直接采用规范规定范围。对于SMA 混合料，公称最大粒径≤9.5 mm 的，以2.36 mm作为粗集料骨架的分界筛孔;公称最大粒径≥13.2 mm 的，以4.75 mm 作为粗集料骨架的分界筛孔。

1.4 初试级配中设计级配的确定

在工程设计级配范围内，调整各种矿料比例设计三种不同初试级配，三种级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围中值、中值±3%附近，矿粉质量可占10%左右。

(1)集料合成毛体积密度、合成表观相对密度及有效相对密度计算

分别计算初试级配的γsb(合成毛体积相对密度)、γsa(合成表观相对密度)、γse(有效相对密度)，计算相应密度参数时均应考虑蓄盐类材料对其的影响，即按照确定填充系数考虑蓄盐类材料在混合料中的作用。基本公式如下

式中:γsb1和γsb2分别表示:不考虑和考虑蓄盐类材料充填系数、将蓄盐材料当作矿质集料时集料的合成毛体积密度;p1、p2、p3……pn为各种矿料成分的配合比，其和为100;γ1、γ2、γ3……γn为各种矿料的毛体积相对密度;W1为蓄盐类材料所占比例，其由蓄盐类材料外掺比例W 换算出;γ 为蓄盐类材料的毛体积密度。

类似地，我们可以计算出蓄盐类材料合成表观密度γsa1、γsa2。

式中:γsa1和γsa2分别表示:不考虑和考虑蓄盐类材料充填系数、将蓄盐材料当作矿质集料时集料的合成表观密度;β1、β2、……βn为各种矿料的表观相对密度;γ 为蓄盐类材料的表观密度。

矿质集料的合成有效相对密度直接由矿料的合成毛体积密度与合成表观密度计算公式如下(其中沥青吸收系数C值根据材料的吸水率求得)

式中:γse1和γse2分别表示为不考虑和考虑蓄盐类材料充填系数ω 时，合成矿料的有效相对密度;γsb1、γsb2为矿料的合成毛体积相对密度，按上述公式计算;γsa1、γsa2为矿料的合成表观相对密度，按上述公式计算。

由于蓄盐类材料易溶于水，在试验过程中，不管是采用改性沥青还是普通道路石油沥青，我们均建议采用计算法确定沥青混合料的最大理论密度。

(2)初试沥青用量的确定

分别按公路沥青路面施工技术规范式C.3.3 及式C.3.4 计算各个初试级配的γCA及VCADRC。按规范的方法确定预估新建工程SMA 混合料的适宜的油石比，由于蓄盐类材料有一定的吸油性，可以适当提高油石比0.1%～0.2%，以此作为初试级配成型马歇尔试件的油石比。

(3)理论密度的计算

计算初试级配不同沥青用量下蓄盐类沥青混合料的最大理论密度，其中纤维部分的比例不得忽略。理论密度计算式如下

式中:ρ1和ρ2分别表示:不考虑和考虑蓄盐类材料充填系数时，沥青混合料的最大理论密度;Pa为沥青混合料的油石比，%;γa为沥青结合料的表观相对密度;px为纤维用量，以沥青混合料总量的%表示;γx为纤给稳定剂的密度;ω 为蓄盐类材料的填充系数;γ 为蓄盐类材料的密度;W1为蓄盐类材料占集料百分比，由外掺比例W 换算出。

(4)沥青混合料马歇尔试验指标的计算

拌制预估沥青用量的沥青混合料，成型马歇尔试件，测定压实沥青混合料试件的毛体积密度相对密度γf，按最大理论密度ρ1、ρ2计算初试级配沥青混合料试验空隙率及使用空隙率，计算初试级配沥青混合料的其它体积指标VMA、VFA 及VCAmix等。

(5)初试级配中设计级配的选择

从3 组初试级配的试验结果中选择设计级配，必须符合VCAmix＜VCADRC及VMA ＞17，当有一组以上的级配同时符合要求时，选择粗集料骨架分界集料通率大且VMA 较大的级配为设计级配。

1.5 确定设计沥青用量

根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率结果，以0.2%～0.4%为间隔，调整三个不同的油石比，制作标准马歇尔试件并进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度和流值是否满足技术规范要求。然后，以沥青混合料使用空隙率为主要控制指标，依据期望设计空隙率，确定最佳油石比。通常情况下并结合经验值，空隙率应在3%～4.5%之间，试验空隙率在2%～3%之间，其余的VMA、VFA 指标满足规范要求，同时要求VCAmix＜VCADRC。

1.6 设计配合比的检验

根据确定的级配及最佳油石比，按规范要求进行相应的沥青混合料各项性能检验，如性能不符合要求，应重新进行配合比设计。

2 蓄盐类沥青混合料配合比设计结果

本项目采用马歇尔设计方法的各项设计指标。见表1。

表1 各项设计指标

3 结 论

本项目主要采用的是马歇尔设计方法，该方法设备比较简单，综合考虑了沥青混合料体积及力学指标，但其成型方法没有与路面实际的作用情况结合起来。为此在马歇尔设计方法的基础下，还需要深入开展蓄盐类沥青混合料的旋转压实设计方法研究，可分别按设计集料结构成型沥青混合料，进行沥青混合料的高温性能、低温性能及水稳定性能试验。

［1］公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20－2011)［S］.

［2］张喜艳. 基于混合料性能的级配设计方法及复合纤维改性沥青混合料技术性能研究［D］. 长安大学硕士学位论文，2012.

［3］崔龙锡. 蓄盐类沥青混合料研究［D］. 重庆交通大学硕士学位论文，2010.

［4］姚晓鹏. 对改性沥青SMA 沥青混凝土路面的施工控制［J］.广东建材，2011，4(4):43－46.

［5］周拥政. Superflex 改性沥青混合料的路用性能研究［D］. 长沙理工大学硕士学位论文，2011.