配合比设计——晏哲

1、沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）配合比设计作者：晏哲单位：陕西路桥集团路面工程有限公司（第一管理部试验室 职务：主任）沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）配合比设计及施工技术作者：晏哲 摘要:沥青玛蹄脂稳定碎石在国内已经有着比较成熟的设计与施工经验和成功的案例，但在我公司内部尚属首次接触和使用，为了能够更好的掌握和应用沥青玛蹄脂稳定碎石的配合比设计过程中的要点和难点，本文结合十天高速汉中-略阳路面一标上面层的配合比设计，对于沥青玛蹄脂稳定碎石（SMA-13）的配合比设计过程中的要点重点进行了比较详细的阐述，为今后的施工中准确有效的进行过程控制提供了依据。关键词: 沥青玛蹄脂稳定碎石; 配合比设

2、计; 施工技术概述组成原理及特点： 沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的混合料。其组成特征主要包括两个方面：含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性(抗变形能力强)的结构骨架；细集料矿粉、沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的柔性及耐久性。 SMA的结构组成即通常所指“三多一少”粗集料多、矿粉多、沥青多、细集料少。 SMA的特点：沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认(使用较多)的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能

3、力，同时由于沥青玛蹄脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善，抗滑、耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青路面的功能性。一、 工程简介国家高速公路十堰至天水联络线陕西境汉中-略阳段HL-M01标由我陕西路桥集团有限公司承建。我标段起讫桩号为：K330+890.908K362+000全长30.109km；路面结构形式：20cm水泥稳定碎石底基层、36cm水泥稳定碎石基层，12cmATB-30沥青下面层、6cmAC-20沥青中面层、4cmSMA-13沥青玛蹄脂上面层。二、原材料选取鉴于SMA路面的特殊性对于原材料要求也必须高于普通路面的要求，各种原材料不仅要符合项目的要求而且要有更

4、好的使用性能和经济效果。SMA-13路面上面层粗集料采用西乡树林坪碎石厂生产的两种规格的碎石，最大粒径为16mm。细集料及填料采用规格为9.5-19mm的石灰岩碎石在拌和站自主加工；沥青采用连云港佳乐沥青有限公司生产的 SBS（-C）改性沥青；木质纤维采用常州筑威建筑材料有限公司生产的絮状木质纤维素。三、目标配合比设计 目标配合比的设计是对于冷料仓比例的确定过程，准确的确定冷料仓比例对于成本控制和设计出更为准确、更为合理的生产配合比例是至关重要的，必须对原材料进行大量的、准确的、均匀的筛分试验，得到第一手最真实的原材料级配曲线，为合成比例试验提供准确的试验依据。 1、首先以4.75mm筛孔通过

5、率上下浮动2%初定三种不同级配，以每个级配的马歇尔指标进行级配的初选。目标配合比初选级配指标一览矿料指标规格9.5-16mm机制砂矿粉消石灰SBS改性沥青 产地汉中西乡树林坪碎石厂HL-M01标沥青拌和站南郑宏昌建材厂连云港佳乐不同级配通过百分率（%） 筛孔mm配合比例16 13.2 9.5 4.75 2.361.18 0.6 0.3 0.15 0.075 45：31：14：8.5：1.5100.0 97.660.928.821.7 18.315.5 13.012.0 10.0 47：31：12：8.5：1.5100.0 97.5 59.226.920.117.1 14.712.6 11.7

6、9.8 拟选级配48：32：10：8.5：1.5100.097.458.324.928.415.9 13.912.111.39.6不同级配马歇尔技术指标级配油石比（%）最大理论相对密度毛体积相对密度空隙率（%）间隙率（%）饱和度（%）稳定度（KN）流值（mm）45：31：14：8.5：1.56.0 2.485 2.4033.3 16.4 79.614.2 3.647：31：12：8.5：1.56.0 2.485 2.3953.716.579.013.1 2.8拟选级配48：32：10：8.5：1.56.0 2.485 2.3764.4 17.2 74.511.8 3.0目标配合比选定矿料级配的

7、设计表施工项目十天高速汉中西合同段HL-M01级配类型SMA-13备注材料百分比16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075西乡县树林坪碎石厂原材料级配100%100.094.613.20.20.20.20.20.20.20.24.75-9.5100%100.0100.099.85.20.10.10.10.10.10.1机制砂100%100.0100.0100.0100.083.158.438.323.018.19.3HL-M01标自产矿粉100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.097092.885.2石灰100%100.01

8、00.0100.0100.0100.0100.0100.0100.098.695.1南郑县宏昌建材厂各种矿料在混合料中的比例47%47.044.56.30.10.10.10.10.10.10.14.75-9.531%31.031.030.91.60.00.00.00.00.00.0机制砂12%12.012.012.012.010.07.04.62.82.21.1矿粉8.5%8.58.58.58.58.58.58.58.27.97.2石灰1.5%1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.4合成级配100.097.559.226.920.117.114.712.611.79.8规范

9、要求级配中值100.095.062.527.020.519.016.013.012.010.0规范要求级配范围上限100.0 100.0 75.0 34.0 26.0 24.0 20.0 161512下限100.0 90.0 50.0 20.0 15.0 14.0 12.0 1098目标配合比选定矿料级配的筛分曲线 2、依据不同级配的马歇尔指标进行目标配合比的级配初选，最终选定的目标配合比例为9.5-16mm：4.75-9.5mm：机制砂：矿粉：消石灰=47:31:12:8.5:1.5 3、在选定目标配合比例的基础上以油石比6.0%为中值上下各浮动两个油石比以0.3%的间隔进行马歇尔试验最终选

10、定的油石比为:6.1%；（絮状）木质纤维素：外掺3.目标配合比马歇尔物理-体积指标：油石比（%）理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率(%)沥青饱和度(%)马歇尔稳定度(KN)流值（mm）间隙率VMA（%）选油试验5.42.5052.3844.870.412.03.416.45.72.4952.3944.075.112.73.016.36.02.4852.4013.779.213.52.516.56.32.4762.4003.181.413.92.316.96.62.4662.3923.082.312.83.217.1最佳油石比6.12.4822.3923.978.213.72.516.7指南要

11、求范围-3-4.575-8510-16.5-19油石比修正试验指标： 试验项目油石比 % 谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验6.10.09%0.09%0.09%1.22结论指标符合要求无需修正指南要求值0.1%15%目标配合比混合料性能检验指标：项目油石比残留稳定度%动稳定度次mm冻融劈裂试验残留强度比%低温弯曲试验破坏应变µ,-10渗水系数mlmin6.1%92.7933391.235080指南要求值90%500085300050经检测6.1%油石比各项指标均符合高速公路标准化施工技术指南的要求。四、生产配合比设计在目标配合比的基础上根据拌和设备的热料仓筛分结果进行合成试验，最终确定生产

12、配合比例如下图所示：表10、生产配合比例及合成级配通过率：热料仓规格mm11-167-114-70-4矿粉消石灰百分比%36347138.21.8筛孔mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配100.093.965.426.622.418.615.412.311.39.6级配中值100.095.062.527.020.519.016.013.012.010.0指南要求级配范围 100.090 10050 7520 3415 2614 2412 201016915812以目标配合比确定的最佳油石比6.1%为中值0.3的间隔上下各浮动一个油石比进行了室内马

13、歇尔试验，根据室内马歇尔试验的各项物理体积指标进行选油试验确定最佳油石比为6.0%。对于6.0%油石比再次进行马歇尔试验检验其各项性能指标，结果显示各项指标均符合高速公路标准化施工技术指南的要求。表11、油石比修正试验指标： 试验项目油石比 % 谢伦堡析漏试验肯塔堡飞散试验6.00.07%0.07%0.08%1.521.78结论指标符合要求无需修正指南要求值0.1%15%表12、生产配合比马歇尔物理-体积指标：油石比（%）理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率(%)沥青饱和度(%)马歇尔稳定度(KN)流值（mm）间隙率VMA（%）选油 试验5.82.4812.3854.075.514.83.31

14、6.56.12.4712.3883.879.714.53.316.66.42.4612.3853.181.613.14.117.0最佳油石比6.02.4782.3833.778.312.72.916.5指南要求范围-2.38575-8510-16.5-19生产配合比矿料级配的设计表施工项目十天高速公路工程汉中西合同段HL-M01级配类型SMA-13备注材料百分比16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075拌合楼热料仓 筛分原材料级配11-16100%100.083.015.82.51.81.21.21.21.21.27-11100%100.0100.087.42

15、.20.80.20.20.20.20.24-7100%100.0100.0100.019.41.40.30.00.00.00.00-4100%100.0100.0100.0100.088.062.437.613.87.05.5矿粉100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.099.798.887.1HL-M01标自产石灰100%100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.098.695.1南郑宏昌建材厂各种矿料在混合料中的比例11-1636%36.029.95.70.90.60.60.60.60.60.67-1134%34.03

16、4.029.70.70.30.10.10.10.10.14-77%7.07.07.01.40.10.00.00.00.00.00-413%13.013.013.013.011.48.14.91.80.90.3矿粉8.2%8.28.28.28.28.28.28.28.28.17.1石灰1.8%1.81.81.81.81.81.81.81.81.81.7合成级配100.093.965.426.622.418.6 15.412.311.39.6规范要求级配中值10095.062.527.020.519.016.013.012.010.0规范要求级配范围上限100.0 100.0 75.0 34.0

17、26.0 24.0 20.0 161512下限100.0 90.0 50.0 20.0 15.0 14.0 12.0 1098生产配合比矿料级配的筛分曲线生产配合比混合料性能检验指标：项目油石比残留稳定度%动稳定度次mm冻融劈裂试验残留强度比%低温弯曲试验破坏应变µ,-10渗水系数mlmin6.0%93.7858390.534770指南要求值90%500085300050五、生产配合比验证 1、在室内确定的生产配合比基础上以最佳油石比OAC=6.0%为中值上下各浮动0.2%分别进行了三个油石比的试拌。对于成品沥青混合料进行了外观目测、温度测量、室内马歇尔、路用性能等检测验证试验并且对

18、于当天的热料仓再次进行筛分合成，验证拌合设备的稳定性；经过室内马歇尔和抽提筛分试验,6.0%油石比试拌各项技术指标均与确定的生产配合比接近，其中4.75mm筛孔的通过率是满足工程级配27±1%（0.075mm筛孔10±1%）偏差的要求。试拌与生产级配比较：筛孔尺寸mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075生产配合比100.093.965.426.622.418.615.412.311.39.6试拌100.093.964.826.122.119.016.112.912.09.8指南要求 100.090 10050 7520 3415 2614

19、 2412 201016915812试拌与生产马歇尔指标比较： 项目阶段油石比（%）理论最大相对密度毛体积相对密度空隙率(%)沥青饱和度(%)马歇尔稳定度(KN)流值（mm）矿料间隙率VMA（%）生产配合比6.02.4782.3833.778.312.72.916.8试拌6.02.4782.3883.878.613.02.816.8指南范围-3-4.575-8510-16.5-19试拌与生产混合料性能检验指标比较：项目阶段油石比（%）残留稳定度%动稳定度次mm冻融劈裂试验残留强度比%低温弯曲试验破坏应变µ,-10渗水系数mlmin生产配合比6.093.7858390.534770试拌

20、6.094.1925091.5-20指南要求值90%500085300050 2、在各项技术条件已具备的基础上于2011/7/16在K344+000K345+000左幅进行了试验路的铺筑。试验路检测项目汇总表：项目检查频度质量要求检测位置；取样地点实测结果外观随时无油斑、离析、轮迹现场目测混合料均匀无离析、无花白、无纤维结团；压实表面无油斑、无轮迹施工温度1次车、时深度验摊铺温度 ：不低于160摊铺机前、后；初压前169、180、170、171、172、172、174、173、173、173、175、176、175、178、177、178、178、179、180、177、178、178、179

21、、180、178、179、177、179、181、179、180、182、181、179、178、177、178、180开始碾压温度：不低于150162、170、165、167、168、168、170、168、169、168、170、172、170、172、172、173、172、173、175、172、173、172、173、176、173、174、172、174、175、175、175、177、177、174、172、173、172、174Marshal1台拌和机1次日稳定度8.0KN拌合楼取样；现场取样第一组：13.48、13.16、13.33、12.93； 第二组13.08、13.23

22、、12.99、12.87抽提级配2次日上午、下午各一次拌合楼取样；现场取样筛孔mm161329.54.752.361.180.60.30.150.075上午抽提10094059.227.019.216.414.612.511.09.1下午抽提10094.260.527.820.417.615.213.011.09.4级配要求100.90 10050 7520 3415 2614 2412 201016915812路用性能残稳 1次日车辙 1次2日冻融 配合比验证残稳80%；车辙3000次mm；冻融劈裂拌合楼取样残稳：932%； 车辙：7280次mm； 冻融：91.9%渗水单幅5点km渗水宜不大

23、于50mlminK344+070左距中1m、 4m、 7mK344+180左距中2m、 4m、 7mK344+480左距中2m、 4m、 8mK344+720左距中2m、 4m、 7mK344+900左距中1m、 3m、 7m 15.0、13.3、16.7 0.0、0.0、0.0 20.0、20.0、13.3 8.3、10.0、11.7 11.7、8.3、8.3压实度%单幅5点km98%马氏密度（单点）344+860 左幅 距中8.15m344+620 左幅 距中4.45m344+520 左幅 距中8.15m344+390 左幅 距中4.45m344+260 左幅 距中8.15m344+160

24、 左幅 距中4.45m344+060 左幅 距中8.15m 99.1 98.9 99.0 98.5 98.9 99.0 99.3最大理论密度压实度为94-96（空隙率4-6） 95.5 (4.5) 95.3 (4.7) 95.3 (4.7) 94.9 (5.1) 95.2 (4.8) 95.4 (4.6) 95.7 (4.3)平整度每日铺筑路段全线每车道连续测定不大于0.7mmK344+000k345+000行车道 ；超车道 0.46； 0.56； 0.51； 0.46； 0.55； 0.46； 0.46； 0.49 0.50； 0.46； 0.48； 0.51； 0.49； 0.45； 0.

25、48； 0.50构造深度1处200mK344+070左幅 K344+720左K344+180左幅 K344+900左K344+480左幅 1.02 1.08 0.95 0.90 1.10沥青拌和楼逐盘称量明细一览（截选2011/7/16 12:47:4413:01:33共十盘）类别各档热料仓每盘实际称量值及每盘计算配比矿粉kg消石灰kg沥青kg每盘重量kg日期、时间生产配比%4#:3#:2#:1# =36:34:7:138.21.85.93706.5-称量kg1259119324245000288.362.1206.73685.12011-07-16 12:47:44每盘配比%36.234.3

26、7.012.9008.31.85.942称量kg1259118824545400288.063.5205.63670.12011-07-16 12:49:15每盘配比%36.334.37.113.1008.31.85.934称量kg1257118824445000286.664.0206.53726.12011-07-16 12:50:47每盘配比%35.733.86.912.8008.11.85.867称量kg1259118524345300288.363.2206.83685.32011-07-16 12:52:20每盘配比%36.234.17.013.0008.31.85.945称量kg1260119324445500288.363.8206.23714.32011-07-16 12:53:51每盘配比%35.934.07.013.0008.21.85.878称量kg1255119224245100287.463.8205.83700.02011-07-16 12:55:24每盘配比%35.934.16.912.9008.21.85.890称量kg1255118924045800285.761.4206.63059.72011-07-16 12:56:56每盘配比%36.334.47.013.3008.31.85.983称量kg126111842414550