SMA配合比解析

1、SMASMA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41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

2、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3040mm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%，选才?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（%）343层厚（mm）3040304.2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SMAT料级配建议范围如孔尺寸（mm）规格26.5191613.29.54

3、.752.361.180.60.30.150.075SMA-19100901007292628240551830132212201016914813812SMA-1610090l006585456520321524142212181015914812SMA-1310090l00507520341526142412201016915812SMA-101009010028602032142612221018916813初试矿料级配的配合比设计步骤:(1)以4.75mm(公称最大粒径09.5mm时，为2.36mm)通过率为关键性筛孔，选用中值及中值土4%还包才S一个S型级配曲线，共4个档次。级配乙是

4、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(mm0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216.19范围SMA-16812914101512181422152420324565658590100100级配甲Pi10131417202430577797100A90878683807670432330ai31334627202030级配乙Pi1011.512.5151819.526557595100A9088.587.5858280.574452550ai1.512.531.56.5

5、29202050级配丙Pi10121314161822557492100A90888786848278452680ai21122433191880级配丁Pi1091113141528607695100A90918987868572402450ai122111332161950注：P1过百分率，;Ai：累计筛余百分率，；a分计筛余百分率，。各个矿料级配和上下限的级配曲线如下:(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0.0750.150.30.61.182.364.759.513.216毛体

6、积相对密度pb一2.7272.6092.6092.7272.7332.6332.5922.5792.6762.635表观相对密度Pa2.6292.6992.7222.752.746合 成 毛体 积 相对密度Psb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psa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pse筛分曲线0.0750.150.30.61,182.364.759.513.21619筛孔尺寸（mm率分百过通(4)计算粗集料的毛体积平均相对密度pCA(5)测定大于4.75mm的粗集料松方毛体积密

7、度pS、干捣实空隙率VCADRC(6)测定沥青pa和纤维稳定剂的密度px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VCADRCO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

8、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。：sVCADRC=(1一片/100%(4-1)-ca式中：VCADRC捣实状态下粗集料骨架间隙率，;Ps捣实法测定的粗集料骨架的松方毛体积密度，g/cm3;Pa粗集料的平土毛体积密度，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

9、的粗集料；对于SMA-10粗集料是指粒径2.36mm的粗集料。VCAmin=1-bcaX100%(4-2)PX、P.cawy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，%;Pca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;Pw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

10、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。VCAmixWVCADRC(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(1)混合料理论最大相对密度pt100PaPXrrPPP-se-a-X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，;pse矿料的有效相对密度，无纲量；pa沥青

11、的相对密度(25C/25C),无纲量；Px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。(2)空隙率VV(3)混合料的矿料间隙率VMA100PaPx7t(4-4)VV=1P Pt tJ100(4-5)VMA=1黑100(4-6)(4)混合料有效沥青的饱和度(有效沥青含量占VMAVMA-VVVFA=100的体积比例)VFA式中：pfPtPs-VMA-测定的试件的毛体积相对密度，无纲量；-沥青混合料的最大理论相对密度，无纲量；各种矿料占沥青混合料总质量的百分数之和，即(4-7)Ps=100-Pb%;psb矿料的合成毛体积相对密度SMA混合料配合比设计马歇尔试验规范要求表4-5S

12、MA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WT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向各击实50次空隙率VV(%)341矿料间隙率VMA(%)集料的最大公称尺寸(mm)9.517.513.217.01616.51916.0混合料粗集料间隙率VCAmix,(%)5.56.0流值(0.1mm)20502050配合比设计检验指标谢伦堡沥青析漏量()0.200.10肯塔堡飞散损失量(20C)(%)15003000水稳定性检验残留稳定度(%)7580冻融劈裂强度比(%)7580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

13、率取高限，也可放宽到4.5%;VFA允许放宽到70%。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Psb合成表观相对密度psa(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Ps(3)计算合成矿料的有效相对密度psePse=C%a1-ClbC0.0332X-0.2936X+0.9339CL)x(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Pf(g/cm3)理论最大密度Pt(

14、g/cm3)空隙率VV(%)矿料间隙率VMA(%)捣 实 状 态 下的 粗 集 料 间隙率VCA)RC(%)稳定度MS(kN)流值FL(0.1mm混合料粗集 料 间 隙率VCAIIX沥青有效饱和度VFA(%甲302.3752.4493.014.4537.406.126.036.3979乙262.3642.4463.414.6838.405.050.033.0477丙222.3422.4484.315.5439.135.636.229.2072丁282.3642.4393.114.5939.705.840.834.8879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

15、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。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(4-8)100式中：pseCpsbp

16、sa一矿料的有效相对密度；合成矿料的沥青吸收系数，可以按矿料的合成吸水率求出;合成矿料的吸水率，%；一矿料合成毛体积相对密度，无纲量；一矿料合成表观相对密度，无纲量。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昆合料马歇尔试验数据油石比(为理论最大密度pt(g/cm3)实测密度pf,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(%)5.42.4642.3636.057.014.672.029.44.15.82.4512.3755.621.014.47

17、8.631.23.16.22.4392.3764.518.014.882.732.52.6马歇尔试验结果曲线如下图所示:SMA配合比设计检验SMA1标配合比设计完成后，进行设计的检验，其技术标准如下表:图43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。油石比6,26,2另 4 4J3题盘 2 25.45.5.B B油石比 d)d)各项指标不使用改性WT改性沥青配合比设计检验指标谢伦堡沥青析漏量(%)0.200.10肯塔堡飞散损失量(20C)(%)10003000水稳定性检验残留稳定度(%)7580冻融劈裂强度比(%)7

18、580渗水系数(mL/mix)30000.18080从表上可以看出试验结果满足设计规范要求试验结果分析原因分析在进行试验的整个过程中存在以下一些问题：(1)在测定集料的表观相对密度和毛体积相对密度时，由于实验仪器的不完善，导致实验数据的精确度不高。(2)由于使用的集料质量不好，含有大量的针片状。这对本次试验有很大的影响。因为在配合比设计的过程中，进行马歇尔试验测得的数据中，发现矿料间隙率(VMA)未达到标准，对此分析各种原因，首先调整级配后，仍然能达到标准，这排除了是级配不合理这种因素；随后发现，成型好的试件表面有击碎的情况，但是我们进行击实试验测压碎值得到要求的。这就说明是集料问题，另外可能是击实时温度的因素。因为在击实成型后的马歇尔试件内部和表面的集料有击碎的情况。(3)在混合料的拌和过程中，由于试验设备有限等问题，集料的温度控制和成型时的温度控制不严格情况。(4)在进行冻融劈裂试验时由于缺乏真空干燥箱而不能进行真空抽吸空气，从而没有达