SMA改良油田公路路面材料的试验研究

王 俊 吕学峰

SMA混合料在克拉玛依的实际应用几乎为零,笔者在总结和借鉴国内外研究的基础上,采用我国SMA混合料配合比设计方法和克拉玛依地区油田公路工程实践相结合的方法,经计算得到适用于克拉玛依地区特定环境下的SMA混合料配合比,为SMA混合料在克拉玛依油田公路的广泛应用提供了理论依据,对今后SMA路面的施工起到一定的指导作用。

1 原材料

1.1 沥青结合料

本次SMA沥青混合料采用克拉玛依石化厂生产的SBS(I-C)型改性沥青,以增强整个混合料的高低温性能,并加入0.2%瑞典WETFIXRBE抗剥落剂提高沥青与石料的粘附性。改性沥青的各项技术参数见表1。

1.2 粗集料

面层粗集料采用克拉玛依城投碎石料场所生产的火山碎屑岩碎石。

1.3 细集料

面层细集料采用克拉玛依永升公司碎石料场所生产的火山碎屑岩碎石、石屑、砂。

表1 SBS改性沥青技术指标

1.4 填料

填料采用火山碎屑岩磨细矿粉。

1.5 纤维稳定剂

本次试验采用北京垦特莱公司生产的纯木质素松散纤维,纤维相对密度为2.38 g/cm3,纤维用量为混合料质量的0.3%。

2 配合比设计

2.1 确定矿料初试级配

在目标配合比设计阶段,参考利用了国内相对成熟的SMA混合料级配范围,如表2所示。

表2 SMA-13设计级配及技术要求[1]

根据SMA-13标准级配建议范围,初步确定一组SMA矿料目标配合比为:碎石(10～15)24%,碎石(5～ 10)53%,砂 12%,矿粉11%。其中矿料合成毛体积相对密度按式(1)计算:

其中,P1,P2,…,Pn分别为各种矿料成分的配合比,其和为100;γ1,γ2,…,γn分别为各种矿料相应的毛体积相对密度。

矿料级配图见图1。

由于4.75 mm以上粗集料都集中在5 mm～10 mm,10 mm～20 mm及石屑三种材料中,按上述矿料级配比例配合,然后筛去4.75 mm以下部分测定4.75 mm以上粗集料松方密度1.577 g/cm3,4.75 mm以上粗集料骨架的毛体积密度为2.74 g/cm3,并由式(2)计算粗集料松装间隙率 VCADRC:

其中,VCADRC为粗集料骨架的松装间隙率,%;γCA为粗集料骨架的毛体积密度;γS为粗集料骨架的松方毛体积相对密度。

2.2 确定油石比OCA

本次工程所用集料毛体积密度为2.961 g/cm3,根据《沥青玛脂碎石混合料设计施工指南》及我国已铺SMA的经验,最佳油石比一般宜在5.7%左右。本次试验选取5.0%,5.5%,6.0%,6.5%和7.0%五个油石比作为对比研究,每组制作4个马歇尔试件,试件的击实次数为双面50次,用表干法测定试件的毛体积相对密度,然后按式(3)分别计算沥青混合料试件的空隙率 VV、矿料间隙率 VMA、有效沥青的饱和度 VFA等体积指标,进行体积组成分析,结果如表3所示。

其中,γf为试件毛体积相对密度;γt为沥青混合料的最大理论相对密度;γsb为矿料的合成毛体积相对密度。

以油石比为横坐标,以马歇尔试验的各项指标为纵坐标,将试验结果画入图中,连成圆滑曲线。

表3 马歇尔试验结果[1]

在曲线图上求取相应于密度最大值、稳定度最大值、目标空隙率(中值)、沥青饱和度范围的中值的沥青用量a1,a2,a3,a4。按式(4)取平均值作为OCA:

油石比为5.9%的试件的各项技术指标,经检验符合规范要求,结合克拉玛依的气候特点和交通状况,适当上调油石比到6.0%。

3 SMA施工中存在的问题

3.1 路面部分出现油斑

SMA混合料拌和生产过程中纤维稳定剂的漏加、少加、加入时间滞后、拌合时间不足以及纤维受潮结团不能充分在混合料中分散等均会造成SMA路表出现油斑。此外,碾压时使用轮胎压路机或组合式压路机,也会造成玛脂上浮,路表失去纹理。

3.2 路面起砂剥落

1)9.5 mm～13.2 mm范围内的粗骨料含量过高,导致路面结构空隙率增大;

2)抗剥落剂中的某些成分可能是与矿粉中的某些成分发生了化学反应,生成了有害于混合料粘结性的物质;

3)木质纤维素用量过高,有研究表明[2]松散木质纤维素吸油能力很强,导致混合料的空隙率 VMA增大,沥青饱和度下降;

4)沥青温度过高,导致沥青老化失效,粘结力降低;

5)行驶在石化大道二期的车辆多为荷载较大的重型车辆,荷载量大也是引起路面起砂剥落的原因之一。

4 结语

1)原材料的性能直接影响SMA的结构及性能,应该严格把关。

2)粗骨料间隙率 VCA、矿料间隙率 VMA、空隙率 VV和沥青体积百分率VFA等体积指标控制为SMA结构设计决定因素。

3)SMA整体质量应严格控制,对SMA路面起砂、易出油斑等特殊施工问题应给予足够的重视。

[1] JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[3] 薛 莲.浅谈SMA沥青路面施工控制[J].山西建筑,2008,34(15):265-266.