崔文博 郝培文

（天津市市政工程設(shè)計研究院1） 天津 300051）（長安大學(xué)公路學(xué)院2） 西安 710064）

機(jī)場道面與公路路面相比，需要承載更大荷載及飛機(jī)頻繁起降的反復(fù)作用，因此對道路鋪筑混合料有更為嚴(yán)苛的要求.間斷級配瀝青混合料比密級配瀝青混合料具有更好的高溫抗車轍能力，但低溫性能有所降低，從發(fā)展趨勢來看，兼具高低溫性能的骨架密實(shí)型瀝青混合料是今后的發(fā)展方向.SMA 是一種骨架密實(shí)型瀝青混合料，其骨架結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的抵抗永久變形能力［1］，瀝青瑪蹄脂使混合料具有很好的耐久性和低溫抗拉能力［2］，粗糙的表面構(gòu)造使路面具有優(yōu)良的抗滑性和較低的交通噪聲，更好滿足機(jī)場道面使用性能要求.目前機(jī)場SMA 混合料設(shè)計主要參照《民用機(jī)場瀝青混凝土道面技術(shù)規(guī)范》（H-5010-1999）及文獻(xiàn)［3］的要求，試驗(yàn)過程中試驗(yàn)工作量盲目性大［4］.本文通過貝雷法和SMA 體積參數(shù)優(yōu)化研究機(jī)場SMA 混合料的設(shè)計方法，以確保其使用性能，提高施工性能及設(shè)計效率.

1 級配分析優(yōu)化

1.1 體積參數(shù)

SMA 混合料設(shè)計過程中，為確保粗集料骨架結(jié)構(gòu)形成，混合料VCAmix≤VCADRC，粗集料骨架間隙由瀝青瑪蹄脂剩余空隙率組成.由瀝青混合料的體積參數(shù)可知：

式中：VMA為礦料間隙率；Pk為關(guān)鍵篩孔通過率；Vf＝V1＋V2，V1為細(xì)集料體積；V2為填料體積.

國內(nèi)大量研究表明，SMA10，SMA13 的VCADRC一般為40.0%～40.5%之間［5］，文獻(xiàn)［6］中對5種SMA-16級配進(jìn)行干搗試驗(yàn)，得到相近結(jié)論，并得到級配變化對VCADRC值的變化并無顯著影響的結(jié)論，因此，可認(rèn)為SMA-16 的VCADRC范圍為40.0%～40.5%.《民用機(jī)場瀝青混凝土道面技術(shù)規(guī)范》（H-5010-1999）及文獻(xiàn)［3］中 要 求VMA不小于17%，VCAmix≤VCADRC，取VMA下限值17%，VCAmix＝VCADRC＝40.5%代入式（2）中，得到Pk＝28.3%，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定4.75篩孔通過量為20%～29%，縮小規(guī)范關(guān)鍵篩孔通過率范圍，避免級配在較大的范圍內(nèi)波動.

1.2 貝雷法參數(shù)

貝雷法是美國伊利諾伊州的Robert D.Bai-ley于20世紀(jì)80年代初發(fā)明的一套設(shè)計確定瀝青混合料級配的設(shè)計方法，并提出CA，F(xiàn)Ac，F(xiàn)Af3個參數(shù)來評價集料級配，這些參數(shù)的變化，將引起瀝青混合料的體積特性、施工特性以及使用性能變化［7］，其計算公式為

式中：PNMPS／2為最大公稱尺寸的1／2所對應(yīng)的篩孔通過率；PPCS為第一控制篩孔（PCS＝0.22NMPS）的通過率；PSCS為第二控制篩孔（SCS＝0.22PCS）的通過率；PTCS為第三控制篩孔（TCS＝0.22SCS）的通過率.

《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F4-2004）及《民用機(jī)場瀝青混凝土道面技術(shù)規(guī)范》（MH-5010-1999）推薦級配見表1，用CA，F(xiàn)Ac及FAf3個參數(shù)對其進(jìn)行分析，3個參數(shù)計算結(jié)果見表2.

表1 SMA-16型瀝青混合料級配范圍

表2 3種SMA-16型瀝青混合料級配貝雷參數(shù)結(jié)果

由表2可見，公路級配與機(jī)場級配FAc，F(xiàn)Af值范圍幾乎相同，而CA值差異較大.CA比的變化在很大程度上決定了粗集料的嵌擠程度和混合料的施工特性［8-10］，它反映了粗集料中大粒徑顆粒與NMPS／2～PCS粒徑顆粒間的均衡關(guān)系.隨著CA比增加，粗集料中NMPS／2～PCS粒徑顆粒含量增加干涉級配，混合料中的粗細(xì)級骨架從強(qiáng)骨架向弱骨架發(fā)展；當(dāng)CA比接近1.0時，混合料粗集料顆粒之間容易產(chǎn)生移動而不易嵌擠成型，施工中難以壓實(shí)；當(dāng)CA比大于1.0時，NMPS／2～PCS粒徑顆粒占據(jù)主要地位，控制骨架結(jié)構(gòu)形成，粗顆粒少，處于懸浮狀態(tài).當(dāng)CA值過小時，由于粗、細(xì)集料比例失調(diào)，粗料成分往往不均勻，混合料易發(fā)生離析.SMA混合料CA值建議取值范圍為0.35～0.5.

FAc建議范圍0.60～0.85，反映了細(xì)集料中粗料部分與細(xì)料部分的嵌擠情況，F(xiàn)Ac增大，表明細(xì)集料中起填充作用的細(xì)料部分比例增大，從而使細(xì)集料形成更為緊密的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)Ac值對混合料的VMA有很大影響，隨其值減小VMA將不斷增大.

優(yōu)化的級配范圍按照貝雷設(shè)計方法的要求，限制13.2m 和9.5mm 篩孔通 過率，選取CA值的范圍為0.38～0.48，F(xiàn)Ac值選取0.70～0.72，有利于混合料形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，防止離析，便于施工壓實(shí)，提高混合料使用性能.

2 配合比設(shè)計

2.1 材料

試驗(yàn)瀝青為SBS 改性瀝青，其中SBS 為1301-1型，基質(zhì)瀝青為110 號瀝青，SBS 摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的5%，試驗(yàn)瀝青技術(shù)指標(biāo)見表3.

表3 瀝青技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)粗料采用內(nèi)蒙古通遼地區(qū)玻璃山玄武巖碎石廠生產(chǎn)的玄武巖，礦粉為通遼蒙東水泥廠生產(chǎn)的石灰石礦粉，集料及礦粉試驗(yàn)結(jié)果見表4.

表4 集料及礦粉試驗(yàn)結(jié)果

纖維選用聚丙烯晴纖維，其密度為1.18 g／cm3，摻量為集料質(zhì)量的0.4%.

2.2 級配

試驗(yàn)級配采用優(yōu)化級配范圍，4.75mm 篩孔通過率分別取27.5%，24.5%，21.5%3組級配，集料篩分結(jié)果和級配見表5.優(yōu)化級配CA 比范圍為0.38～0.48之間，見表5，而公路級配和機(jī)場級配CA 比范圍大，優(yōu)化級配混合料更易形成骨架結(jié)構(gòu)，并避免離析.

表5 集料篩分結(jié)果及3組比選級配

2.3 最佳油石比預(yù)估

SMA 混合料配合比設(shè)計中，初試油石比很重要，如果初試油石比為所選級配最佳油石比，有利于級配的篩選并可減少馬歇爾試驗(yàn)工作量，SMA混合料中的瀝青可以分為集料吸收的瀝青（P1）和有效瀝青（P2）2部分，本文中采用文獻(xiàn)［5］中方法預(yù)估SMA-16混合料最佳油石比.從下式可以看出，當(dāng)確定材料、級配及目標(biāo)VMA和VV后，預(yù)估最佳油石比只受Px影響，而Px又通過油石比計算得到.表6為不同纖維摻量、不同試算油石比條件下級配2最佳油石比預(yù)估結(jié)果，試算油石比對預(yù)估結(jié)果影響非常小，而直將Px1代入式（4）的得到預(yù)估結(jié)果與代入Px結(jié)果僅相差0.03，因此，可忽略試算油石比影響，通過纖維摻量預(yù)估SMA 最佳油石比，3 種級配的預(yù)估最佳油量5.62%，5.64%，5.65%.

式中：Pa為油石比；dsb和dse分別為礦料混合料的合成毛體積相對密度和有效密度；db為瀝青相對密度；VMA為礦料間隙率；VV為空隙率；Px和Px1分別為纖維占礦料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和纖維摻量；dx為纖維相對密度.

表6 級配2最佳油石比預(yù)估結(jié)果（VMA＝17.5%，VV＝4%） %

2.4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

在預(yù)估最佳油量下，分別對3種級配進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7.3種級配VMA均大于17%，VCAmix均小于VCADRC＝40.8%，表明優(yōu)化后級配更易形成骨架結(jié)構(gòu)，使SMA 體積指標(biāo)滿足要求，避免反復(fù)調(diào)整級配；預(yù)估最佳油石比，減少確定混合料最佳油量試驗(yàn)量.以4%士0.1%為目標(biāo)孔隙率范圍進(jìn)行級配篩，確定級配2 為SMA-16 混合料的最佳級配，最佳油石比為5.65%.此次試驗(yàn)僅通過3 組共12 個馬歇爾試件，2d時間完成配合比設(shè)計，而常規(guī)設(shè)計至少需要28個馬歇爾試件和1周試驗(yàn)時間，同時避免反復(fù)調(diào)整級配和油石比，提高設(shè)計效率.

表7 3種級配馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)

瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)結(jié)果見表8，SMA16混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具有較高的抵抗水損壞、高溫變形、低溫開裂能力.

表8 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

1）利用混合料體積參數(shù)VMA和貝雷法參數(shù)，提出機(jī)場SAM-16 混合料優(yōu)化級配范圍，使其更易形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu).

2）合理選取貝雷參數(shù)值范圍能夠確?；旌狭系捏w積指標(biāo)滿足要求，且其值對混合料的施工特性有重要影響.

3）確定材料、級配、目標(biāo)VMA和VV后，可直接通過纖維摻量對SMA 混合料最佳油石比進(jìn)行預(yù)估.

4）級配優(yōu)化確定的SMA-16瀝青混合料，路用性能滿足規(guī)范要求.

5）采用優(yōu)化級配可在設(shè)計中避免反復(fù)選擇級配和油石比，減少試驗(yàn)量，提高設(shè)計效率.

［1］沈金安.改性瀝青與SMA 路面［M］.北京：人民交通出版社，1999.

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