蓬莱至栖霞高速公路沥青玛蹄脂碎石（SMA-13）配合比设计实例

文/齐鲁交通发展集团有限公司蓬栖高速项目办 张永选

蓬莱至栖霞高速公路沥青玛蹄脂碎石（SMA-13）配合比设计实例

文/齐鲁交通发展集团有限公司蓬栖高速项目办 张永选

SMA即沥青玛蹄脂碎石混合料，是由矿料和沥青胶泥按照一定比例加热拌和形成的骨架嵌挤密实结构混合料，经摊铺、碾压成型后作为铺筑沥青上面层材料，因其抗车辙性能和抗滑性能优良而被推广。1993年山东通车的第一条高速公路济青高速公路采用密级配沥青混合料AC，后来几年推广抗滑表层AK。自1998年后，多条高速公路采用沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料作为沥青面层材料。其主要有以下特点：

粗集料用量高。沥青玛蹄脂碎石混合料是一种间断级配，其骨料含量（SMA-13）4.35mm筛孔以上用量达到70%以上，细集料用量少，形成间断级配。

沥青胶泥即胶结料（沥青）和矿粉用量高。其沥青用量比普通沥青混合料（AC类）提高1个百分点，矿粉用量达到8%～13%，突破普通沥青混合料粉胶比0.8～1.2的限制。通常使用改性沥青掺加纤维稳定剂（木质纤维素）。矿粉一般使用经研磨的石灰岩，比例一般为石灰岩矿粉（8%～9%）+石灰或水泥（1%～2%）。

要求有较高的骨料质量。骨料必须坚硬、有粗糙的表面（如玄武岩、辉绿岩等），针片状颗粒含量少。细集料宜采用坚硬的机制砂。

沥青玛蹄脂碎石混合料最主要的特点是抗车辙性能、抗滑性能、抗磨损性能、抗老化耐久性能和水稳定性能优良。

蓬栖高速公路SMA路面概况

蓬莱至栖霞高速公路位于山东半岛烟台境内，主线长39.89km，全线路面上面层采用SMA路面，路面结构形式为：下面层6cm厚AC-20C热拌沥青混合料，中面层5cm厚改性热拌沥青混合料，上面层4cm厚SMA-13抗滑磨耗层，路面总厚度15cm双向四车道，设计时速120km/h。下面主要介绍SMA-13配合比设计情况。

沥青玛蹄脂碎石SMA-13原材料的选择

沥青：该项目选用齐鲁石化AH-70基质沥青掺加4.5%SBS改性剂。经检验各项技术指标见表1，质量符合沥青玛蹄脂碎石施工指南要求。

表1 改性沥青试验检测数据

表2 粗集料主要技术指标检测数据

表3 细集料主要技术指标检测数据

表4 矿粉主要技术指标检测数据

表5 纤维稳定剂主要技术指标检测数据

粗集料：山东境内符合沥青玛蹄脂碎石用途的粗集料产地分部较广，潍坊市昌乐县、临沂市沂水县、日照市五莲县，以及烟台市莱西、栖霞均有玄武岩碎石生产厂家。该项目依据就地取材的原则，决定选用栖霞恒发石子厂生产的玄武岩碎石。经检测各项指标见表2，符合沥青玛蹄脂碎石施工指南要求。

细集料：依然选择栖霞恒发石子厂生产的玄武岩机制砂作为沥青玛蹄脂碎石混合料用细集料。其主要技术指标见表3，符合沥青玛蹄脂碎石施工指南要求。

填料：填料由两部分组成，石灰石矿粉和水泥。矿粉采用烟台汇捷新型建材有限公司生产的矿粉，水泥为冀东水泥（烟台）有限责任公司生产的P.C32.5水泥比例为8.5%∶1.5%，经检测各项指标满足要求，结果见表4。

纤维稳定剂：纤维稳定剂采用山东重诺新型材料有限公司生产的木质纤维。经检测各项指标满足要求见表5。

沥青玛蹄脂碎石SMA-13配合比设计

目标配合比设计

蓬栖高速项目委托山东省交通科学研究院提供技术咨询服务，配合比设计亦由该院指导完成。按照《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》的要求，目标配合比采用粗、中、细3种矿料级配，采用SBS改性沥青，油石比初步拟为6.2%，按粗、中、细分别制作马歇尔试件，进行马歇尔试验，测定各组试件各项指标,结果见表6。

表6 3种级配的马歇尔试件各项技术指标

表7 各油石比马歇尔试验数据

按照《公路沥青玛蹄脂技术指南》的要求：矿料间隙率（VMA）≥17，粗集料间隙率应小于捣实空隙率。依据上述两个条件，确定中级配作为目标设计级配。

确定目标级配后，选择3个不同油石比6.0%、6.3%、6.6%再次试验，因SMA级配已确定，油石比按照0.3%级差选择。其马歇尔试验结果见表7。

根据《公路沥青路面施工技术规范》要求最终确定的目标配合比为：

碎石参配比例为10mm～15mm∶5mm～10mm∶0mm～3mm∶矿粉 =45%∶30%∶14%∶11%。

最佳沥青油石比为6.3%，木质纤维掺加量为0.3%（外掺）。目标配合比性能试验，结果见表8。

生产配合比设计

根据目标配合比确定的碎石掺配比例，调节冷料仓各矿料流量，依据各热料仓筛分结果，可采用电子表格法或绘图法确定各热料仓的用料比例，最终确定热料仓比例为碎石参配比例为12mm～18mm∶6mm～12mm∶0mm～3mm∶矿粉=31%∶44%公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南 15%∶10%。

应注意的是：生产级配调试时热料仓储料情况应与生产级配用料比例大致吻合，防止待料、溢料现象的发生。

表8 目标配合比性能试验结果

表9 混合料筛分结果

表10 生产配比验证试验结果汇总表

试拌试铺阶段，从热拌混合料现场取样进行高温炉油石比含量试验，经检测其油石比为6.36%，矿料筛分试验结果见表9。

配合比设计检验中，采用热拌混合料按试验规程制作试件，进行马歇尔、车辙、冻融劈裂、谢伦堡沥青析漏试验，以及肯塔堡混合料飞散试验，试验结果见表10。

从试验段情况看，选用6.3%油石比是合适的，沥青玛蹄脂即沥青胶泥部分与矿料部分比例恰当，各项性能指标达到《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》要求，该配合比适用于蓬栖高速路上面层施工。