文/齊魯交通發(fā)展集團有限公司蓬棲高速項目辦 張永選

蓬萊至棲霞高速公路瀝青瑪蹄脂碎石（SMA-13）配合比設計實例

文/齊魯交通發(fā)展集團有限公司蓬棲高速項目辦 張永選

SMA即瀝青瑪蹄脂碎石混合料，是由礦料和瀝青膠泥按照一定比例加熱拌和形成的骨架嵌擠密實結構混合料，經(jīng)攤鋪、碾壓成型后作為鋪筑瀝青上面層材料，因其抗車轍性能和抗滑性能優(yōu)良而被推廣。1993年山東通車的第一條高速公路濟青高速公路采用密級配瀝青混合料AC，后來幾年推廣抗滑表層AK。自1998年后，多條高速公路采用瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）混合料作為瀝青面層材料。其主要有以下特點：

粗集料用量高。瀝青瑪蹄脂碎石混合料是一種間斷級配，其骨料含量（SMA-13）4.35mm篩孔以上用量達到70%以上，細集料用量少，形成間斷級配。

瀝青膠泥即膠結料（瀝青）和礦粉用量高。其瀝青用量比普通瀝青混合料（AC類）提高1個百分點，礦粉用量達到8%～13%，突破普通瀝青混合料粉膠比0.8～1.2的限制。通常使用改性瀝青摻加纖維穩(wěn)定劑（木質(zhì)纖維素）。礦粉一般使用經(jīng)研磨的石灰?guī)r，比例一般為石灰?guī)r礦粉（8%～9%）+石灰或水泥（1%～2%）。

要求有較高的骨料質(zhì)量。骨料必須堅硬、有粗糙的表面（如玄武巖、輝綠巖等），針片狀顆粒含量少。細集料宜采用堅硬的機制砂。

瀝青瑪蹄脂碎石混合料最主要的特點是抗車轍性能、抗滑性能、抗磨損性能、抗老化耐久性能和水穩(wěn)定性能優(yōu)良。

蓬棲高速公路SMA路面概況

蓬萊至棲霞高速公路位于山東半島煙臺境內(nèi)，主線長39.89km，全線路面上面層采用SMA路面，路面結構形式為：下面層6cm厚AC-20C熱拌瀝青混合料，中面層5cm厚改性熱拌瀝青混合料，上面層4cm厚SMA-13抗滑磨耗層，路面總厚度15cm雙向四車道，設計時速120km/h。下面主要介紹SMA-13配合比設計情況。

瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13原材料的選擇

瀝青：該項目選用齊魯石化AH-70基質(zhì)瀝青摻加4.5%SBS改性劑。經(jīng)檢驗各項技術指標見表1，質(zhì)量符合瀝青瑪蹄脂碎石施工指南要求。

表1 改性瀝青試驗檢測數(shù)據(jù)

表2 粗集料主要技術指標檢測數(shù)據(jù)

表3 細集料主要技術指標檢測數(shù)據(jù)

表4 礦粉主要技術指標檢測數(shù)據(jù)

表5 纖維穩(wěn)定劑主要技術指標檢測數(shù)據(jù)

粗集料：山東境內(nèi)符合瀝青瑪蹄脂碎石用途的粗集料產(chǎn)地分部較廣，濰坊市昌樂縣、臨沂市沂水縣、日照市五蓮縣，以及煙臺市萊西、棲霞均有玄武巖碎石生產(chǎn)廠家。該項目依據(jù)就地取材的原則，決定選用棲霞恒發(fā)石子廠生產(chǎn)的玄武巖碎石。經(jīng)檢測各項指標見表2，符合瀝青瑪蹄脂碎石施工指南要求。

細集料：依然選擇棲霞恒發(fā)石子廠生產(chǎn)的玄武巖機制砂作為瀝青瑪蹄脂碎石混合料用細集料。其主要技術指標見表3，符合瀝青瑪蹄脂碎石施工指南要求。

填料：填料由兩部分組成，石灰石礦粉和水泥。礦粉采用煙臺匯捷新型建材有限公司生產(chǎn)的礦粉，水泥為冀東水泥（煙臺）有限責任公司生產(chǎn)的P.C32.5水泥比例為8.5%∶1.5%，經(jīng)檢測各項指標滿足要求，結果見表4。

纖維穩(wěn)定劑：纖維穩(wěn)定劑采用山東重諾新型材料有限公司生產(chǎn)的木質(zhì)纖維。經(jīng)檢測各項指標滿足要求見表5。

瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13配合比設計

目標配合比設計

蓬棲高速項目委托山東省交通科學研究院提供技術咨詢服務，配合比設計亦由該院指導完成。按照《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》的要求，目標配合比采用粗、中、細3種礦料級配，采用SBS改性瀝青，油石比初步擬為6.2%，按粗、中、細分別制作馬歇爾試件，進行馬歇爾試驗，測定各組試件各項指標,結果見表6。

表6 3種級配的馬歇爾試件各項技術指標

表7 各油石比馬歇爾試驗數(shù)據(jù)

按照《公路瀝青瑪蹄脂技術指南》的要求：礦料間隙率（VMA）≥17，粗集料間隙率應小于搗實空隙率。依據(jù)上述兩個條件，確定中級配作為目標設計級配。

確定目標級配后，選擇3個不同油石比6.0%、6.3%、6.6%再次試驗，因SMA級配已確定，油石比按照0.3%級差選擇。其馬歇爾試驗結果見表7。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求最終確定的目標配合比為：

碎石參配比例為10mm～15mm∶5mm～10mm∶0mm～3mm∶礦粉 =45%∶30%∶14%∶11%。

最佳瀝青油石比為6.3%，木質(zhì)纖維摻加量為0.3%（外摻）。目標配合比性能試驗，結果見表8。

生產(chǎn)配合比設計

根據(jù)目標配合比確定的碎石摻配比例，調(diào)節(jié)冷料倉各礦料流量，依據(jù)各熱料倉篩分結果，可采用電子表格法或繪圖法確定各熱料倉的用料比例，最終確定熱料倉比例為碎石參配比例為12mm～18mm∶6mm～12mm∶0mm～3mm∶礦粉=31%∶44%公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南 15%∶10%。

應注意的是：生產(chǎn)級配調(diào)試時熱料倉儲料情況應與生產(chǎn)級配用料比例大致吻合，防止待料、溢料現(xiàn)象的發(fā)生。

表8 目標配合比性能試驗結果

表9 混合料篩分結果

表10 生產(chǎn)配比驗證試驗結果匯總表

試拌試鋪階段，從熱拌混合料現(xiàn)場取樣進行高溫爐油石比含量試驗，經(jīng)檢測其油石比為6.36%，礦料篩分試驗結果見表9。

配合比設計檢驗中，采用熱拌混合料按試驗規(guī)程制作試件，進行馬歇爾、車轍、凍融劈裂、謝倫堡瀝青析漏試驗，以及肯塔堡混合料飛散試驗，試驗結果見表10。

從試驗段情況看，選用6.3%油石比是合適的，瀝青瑪蹄脂即瀝青膠泥部分與礦料部分比例恰當，各項性能指標達到《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》要求，該配合比適用于蓬棲高速路上面層施工。