沥青玛蹄脂碎石混合料路面

第第 10 10 讲讲沥青玛蹄脂碎石混合料（沥青玛蹄脂碎石混合料（SMASMA）路面）路面主要内容主要内容nSMA的起源及在国外的研究与应用的起源及在国外的研究与应用 nSMA在我国的研究与应用在我国的研究与应用 nSMA混合料的特点混合料的特点 n国外国外SMA配合比设计方法简介配合比设计方法简介n我国我国SMA配合比设计方法配合比设计方法 一、一、SMA的起源及在国外的研究与应用的起源及在国外的研究与应用定义：SMA是Stone Matrix Asphalt的简称，是一种沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而成的骨架密实型沥青混合料。 起源：20世纪60年代中期的德国 研究与应用的主要国家：荷兰、瑞典、挪威、捷克 ；美国（美国联邦公路管理局（FHWA）、美国沥青路面协会（NAPA）、高等院校）、日本等。二、二、SMA在我国的研究与应用在我国的研究与应用 最早1993年： 广佛（广州佛山）高速公路和北京首都机场高速公路。随后： 八达岭高速公路京昌段 1998年后 辽宁、上海、江苏、山东等许多地方都对SMA技术进行了一些研究和应用；但是，其中既有成功的经验，又有不少的教训。三、三、 SMA混合料的特点混合料的特点 （一）组成特点（一）组成特点1是一种间断级配的沥青混合料是一种间断级配的沥青混合料 比较4.75mm通过率： SMA-13: 2034 (%) AC-13: 38 68 (%) 比较0.075mm通过率： SMA-13: 812 (%) AC-13: 4 8 (%) 0.075 0.3 0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 162.沥青结合料用量多 高达6.5%-7.0%，粘结性要求高，希望选用针入度小、软化点高和温度稳定性好的沥青，选用改性沥青，以提高低温变形性能及与矿料的粘结力。3.矿粉用量多，同时使用纤维作稳定剂 矿粉必须是磨细石灰石粉，且不使用回收粉尘。纤维通常用木质素纤维，用量为沥青结合料的0.3%，也可采用矿物纤维，用量为混合料的0.4%。 4所用粗集料必须特别坚硬，针片状颗粒少，以便嵌挤良好；细集料一般不用天然砂，最好用坚硬的人工砂。5与普通沥青混凝土相比，拌和时间要适当延长，施工温度要适当提高，压实不宜采用轮胎压路机压。 综合SMA的组成特点，可以归纳为三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少三多一少：粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。（二）（二）SMA路面性能特点路面性能特点1、优良的高温稳定性、优良的高温稳定性 粗集料石-石接触形成骨架结构 2、良好的低温抗裂性、良好的低温抗裂性 沥青玛蹄脂，使混合料具有良好的柔韧性 3、良好的表面特性、良好的表面特性 粗集料多，所用石料质量好，路面表面构造深度大 ；SMA路面具有吸收车轮滚动噪声的性能。 4、良好的耐久性、良好的耐久性 密实结构，空隙率小。 四、国外四、国外SMA配合比设计方法配合比设计方法 简介简介l 德国德国： 设计方法来源于浇筑式沥青混凝土，再加上德国的气候特点，夏天不太热，所以沥青用量普遍较多。l 美国美国： Superpave 的旋转式揉搓压实机的设计方法及马歇尔设计方法两种。并分成粗集料骨架和沥青马蹄脂填料两个部分设计 。 五、五、 我国我国SMASMA配合比设计方法配合比设计方法 （一）一般规定t 除另有规定外，应遵照热拌沥青混合料配合比设计方法的规定执行，即采用马歇尔试验配合比设计方法/马歇尔试件体积设计方法。t 但，马歇尔试验的稳定度和流值不作为配合比设计接受或否决的唯一指标。（二）材料标准和材料选择材料标准和材料选择t 沥青结合料：宜采用改性石油沥青t 粗集料：采用坚硬、粗糙的集料 t 细集料：最好使用坚硬的人工砂 ，必须采用一部分洁净的石质坚硬的石屑，不宜全部使用天然砂。粗细集料常用玄武岩。t 矿粉：必须使用磨细的石灰石粉，石粉的质量应符合要求。例如通过0.075mm的百分率应大于75%。且最好不用回收的粉尘。使用消石灰是容许的，但用量不宜超过2%3%。 t 纤维： 优先采用木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维，尽量不使用石棉纤维。（三）矿料级配设计（三）矿料级配设计t 拟定设计初始级配拟定设计初始级配 1 1、工程设计级配范围、工程设计级配范围 粗集料骨架分界筛孔尺寸（见下页表）： 公称最大粒径 9.5mm的混合料，取2.36mm； 公称最大粒径 13.2mm的混合料，取4.75mm。 2 2、设计、设计3 3组不同粗细的初始级配组不同粗细的初始级配 在工程设计级配范围内，设计3组不同粗细的初始级配，3组级配的粗集料骨架分界筛孔的通过率处于级配范围的中值、中值0.3%附近，矿粉数量均为10%左右。筛孔筛孔（mmmm）规格（按公称最大粒径分）规格（按公称最大粒径分）SMA-16SMA-16SMA-13SMA-13SMA-10SMA-1019191001001616909010010010010013.213.26565858590901001001001009.59.5454565655050757590901001002020323220203434282860601515242415152626202032321.181.181414222214142424141426260.60.61212181812122020121222220.30.31010151510101616101018180.150.159 914149 915159 916160.0750.0758 812128 812128 81313t参数的试验获取与相关计算1、在粗细集料、矿粉的相对密度测试基础上，分别计算3组初始级配的矿料的合成毛体积相对密度、合成表观相对密度、有效相对密度。2、把每个合成级配中小于粗集料骨架分界筛孔的集料筛除，按集料试验规程的规定，用捣实法测定粗集料骨架粗集料骨架的堆积密度堆积密度S S。3、计算粗集料粗集料骨架混合料的平均毛体积相对密度骨架混合料的平均毛体积相对密度和毛体积密度。nnncaPPPPPP221121n21PPP、n21、粗集料骨架部分各种集料在全部矿料级配混合料中的配合比；【因此，它们的和不等于100】各种粗集料相应得毛体积相对密度 粗集料骨架混合料的平均毛体积密度由平均毛体积相对密度乘以水的相对密度得到：wTcaca)(注：式中温度T应与捣实密度试验时标定容量筒容积的水的温度相同。 4、计算各组初始级配的捣实状态下的粗集料骨架的间隙率VCADRC1001caSDRCVCAVCADRCV aV b空隙空隙粗集料粗集料t预估新建工程SMA混合料的适宜的油石比Pa，作为马歇尔试件的初始油石比（应有3个）。t按照预估的初始油石比和相应的矿料级配制作SMA试件。 （1）击实次数双面50次，根据需要也可采用双面75次； （2）一组马歇尔试件的个数不得少于46个 （3）SMA马歇尔试件的毛体积相对密度由表干法测定。a1sbsb1aPPt计算不同沥青用量时SMA混合料的最大理论相对密度，其中纤维部分的比例不得忽略。xxaasexatPPPP100100纤维用量，以纤维用量，以 的百分数计，（的百分数计，（% %） xPt计算3个级配SMA马歇尔混合料试件中的粗集料骨架间隙率VCA mix。1001cacafmixPVCA75. 4PAPPsca75. 4PA为矿料级配中4.75mm筛余量筛余量，即100减去4.75mm通过率之差，。 t从3组初始级配的试验结果中选择设计级配，要求的条件是必须符合下列不等式：%5 .16VMAVCAVCADRCmixt当有1组以上的级配同时符合要求时，以粗集料骨架分界集料通过率大且VMA较大的级配为设计级配。说明：笔者计算论证表明，一般情况下，在设计级配范围说明：笔者计算论证表明，一般情况下，在设计级配范围内粗集料均能形成嵌挤。内粗集料均能形成嵌挤。tSMA马歇尔试件体积指标的计算1001tfVV1001ssbfPVMA100VMAVVVMAVFASMA混合料试件体积组成近似示意图混合料试件体积组成近似示意图VCA mixVMA细集料与矿粉细集料与矿粉粗集料粗集料有效沥青有效沥青空隙空隙V b纤维纤维注：粗、细集料开口孔隙吸收的沥青注：粗、细集料开口孔隙吸收的沥青 “集中展示集中展示”在一起。在一起。（四）确定设计沥青用量（四）确定设计沥青用量t 根据所选择的设计级配和初始油石比试验的空隙率结果，以0.2%0.4%为间隔，调整3个不同的油石比，制作马歇尔试件，计算空隙率等各项体积指标。一组试件数不宜少于46个。t 进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度和流值是否符合要求。t 根据期望的设计空隙率（3%4%），确定油石比，作为最佳油石比OAC。所设计的SMA混合料应符合规范规定的各项技术标准。如果初始油石比的混合料体积指标恰好符合设计要求时，可以省去上述过程，但宜进行一次复核。（五）配合比设计检验t 高温性能检验t 水稳性能检验t 低温性能检验t 渗水系数检验t 谢伦堡析漏试验谢伦堡析漏试验t 肯特堡飞散试验肯特堡飞散试验（六）配合比设计报告材料品种选择与材料质量试验结果矿料级配最佳沥青用量各项体积指标配合比设计检验结果