SMA-13上面层混合料配合比设计讲解

SMA-13上面层配合比设计

本项目沥青上面层采用4cm SMA－13细粒式沥青玛蹄脂碎石混合料（改性沥青），具有平整、密实、耐久及抗车辙、抗裂、抗滑、抗水害等多方面的综合性能。根据部颁标准JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》、SHC F40-01-2002《沥青玛蹄脂碎石混合料设计施工指南》设计规范及作业指导书，将试验原材料、混合料及配合比设计方面重点要求进行学习。

一、原材料

原材料自检合格认可的首要条件是必须经监理抽检确认并经总监办批准使用后方可使用。 1．改性沥青

（1）沥青采用经SBS改性的聚合物改性沥青，其技术要求应符合下表的规定。

（2）进场改性沥青每车都应进行取样和试验，取样和试验应符合《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052－2000）的规定。

（3）沥青性能整套检验应委托有关试验单位进行（每批检测一次），工地试验室对针入度、延度、软化点进行检验，还应检验老化后的质量损失、针入度比、延度、并留样备检。

改性沥青技术要求 试 验 项 目 单 位 技术要求 40–60 试验方法 T0604 T0604 T0605 T0606 T0625 T0619 T0611 T0607 T0662 T0661 T0603 T0610 T0604 T0605 针入度（25℃，100g，5s） 0.1mm 针入度指数PI 不小于 延度（5cm./min,5℃） 不小于 软化点（环球法） 不小于 运动粘度 135℃ 不大于 闪点（coc） 不小于 溶解度（三氯乙烯） 不小于 弹性恢复25℃ 不小于 离析,48h 软化点差 不大于 相对密度（25℃） 质量损失 不大于 RTFOT 后残留物 针入度比25℃ 不小于 延度（5℃） 不小于 cm ℃ pa•s ℃ % % ℃ % % cm 0 20 60 3 230 99 75 2.5 实测记录 ±1.0 65 15 2、粗集料

（1）上面层粗集料（>2.36mm）采用玄武岩碎石。

（2）所有面层石料要求采用反击式破碎机加工成近似立方体形状、洁净、干燥、无风化、无杂质，具有足够的强度、耐磨耗、耐磨光性能的碎石。

（3）集料粒径的规格分档建议采用表1建议值。技术质量应符合表2的规定。 （4）检测频率按照要求进行。

集料粒径加工规格分档建议值 表1 级 配 规范规格 1#料 13.2~9.5 S10 2#料 9.5~4.75 S12 3#料 4.75~2.36 S14 4#料 2.36~0 S16

SMA-13上面层用粗集料质量技术要求 表2 指 标 石料压碎值 不大于 洛杉矶磨耗损失 不大于 表观相对密度 不小于 吸水率 不大于 对沥青的粘附性(改性沥青) 不小于 坚固性 不大于 细长扁平颗粒含量 (混合料) 不大于 其中粒径大于9.5mm 不大于 其中粒径小于9.5mm 不大于 水洗法<0.075mm颗粒含量 不大于 软石含量 不大于 单 位 % % % 级 % 技术要求 24 28 2.60 2.0 5级 12 15 % 12 18 % % 1 3 T0310 T0320 T0312 试验方法 T0316 T0317 T0304 T0304 T0616 T0663 T0314 3．细集料

（1）细集料(<2.36mm)宜采用坚硬、洁净、无风化、无杂质的优质石灰岩采用专用的制砂机加工而成的机制砂。

（2）机制砂细集料的级配应符合S16的要求（表3）。

（3）细集料的技术要求应符合表4的规定。

SMA-13上面层用细集料规格 表3 规 格 S16 公称粒径 （mm） 0～3 9.5 4.75 100 通过下列筛孔（方孔筛，mm）的质量百分率（%） 2.36 80–100 1.18 50–80 0.6 25–60 0.3 8–45 0.15 0–25 0.075 0–10

SMA-13上面层用细集料质量技术要求 表4 指 标 表观相对密度 不小于 坚固性（大于0.3mm部分） 不大于 砂当量 不小于 亚甲蓝值 不大于 单 位 % % g/kg 标准 2.50 12 60 25 试验方法 T0328 T0340 T0334 T0349

棱角性（流动时间） 不小于

s 30 T0345 4、填料

（1）填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨制的矿粉，由专业生产厂家生产。为提高混合料的抗剥离性能，厂家生产过程中填料添加15%的磨细生石灰粉（填料总质量的百分比）。填料不应含泥土杂物和团粒，要求干燥、洁净，其质量应符合下表的技术要求。

（2）拌和机回收的粉尘严禁作矿粉使用，应运至指定地点存放处理，以防污染。

SMA-13上面层用矿粉质量技术要求

指标 表观密度 不小于 含水量 不大于 粒度范围 <0.6 mm <0.15 mm <0.075mm 外观 亲水系数 塑性指数 加热安定性 单 位 t/m3 % % % % % 规定值 2.50 1 100 90–100 75–100 无团粒结块 <1 <4 合格 T0353 T0354 T0355 T0351 试验方法 T0352 T0103烘干法 5、稳定剂

采用优良的木质素絮状纤维，掺加比例以沥青混合料料总质量的0.3%。木质素絮状纤维技术指标应满足下表的要求。

SMA-13上面层用木质素絮状纤维质量技术要求

指标 筛分析： 方法A：冲气筛分析 纤维长度 通过0.15mm 筛 方法B：普通筛分析 纤维纤维长度 通过0.85mm筛 通过0.425mm筛 通过0.106mm筛 灰分含量 PH值 吸油率 含水量 单位 (mm) (%) (mm) (%) (%) (%) (%) (%) 技术要求 < 6 70±10 < 6 85±10 65±10 30±10 18±5， 无挥发物 7.5±1.0 纤维质量的(5.0±1.0)倍 < 5 (以质量计) 6、集料的生产加工

集料的加工过程将直接影响到集料的质量，因此，在生产加工过程中应注意以下几点： （1）彻底清除采石场的泥土杂物的覆盖层。

（2）要随时去除已风化、变质等各种品质低劣的石料。

（3）采石场的基底必须保持洁净，以免泥土杂物混入料中（特别是用装载机装料时）。 （4）严禁在雨天或地面泥泞时开采加工石料。 （5）集料破碎应采用反击式破碎机。 （6）对各结构层的集料规格按要求分档。

（7）对破碎的集料应及时进行筛分，试组配矿料级配，若组配不够理想（或不成规格料）应及时对筛网进行调整或对集料进行二次筛分，直至组配合理稳定为止，方可为配合比设计提供原材料。 7、堆放环境与现场保护

（1）注意防止运料车辆轮胎沾带泥土进入矿料堆放场地。 （2）拌和场区域场地应提前硬化。

（3）拌和场区域场地应排水良好（特别是矿料堆放处）。 （4）不同规格集料必须采用固定隔墙相互隔开，以免混堆。

（5）细集料堆放后应采取覆盖措施，以免雨天影响，晴天可以去除覆盖。 （6）矿粉或生石灰粉的存放必须采取防雨、防潮措施。 二、试验仪器设备

沥青路面施工试验工作非常重要，必须配备性能良好、精度符合规定的质量检测仪器,并配备足够的易损部件。工地试验室主要仪器设备基本配置如下表。在施工前及施工过程中应进行必要的检查和标定以保持其完好性和精确性，以保证检测结果的可靠性。

工地试验室仪器设备配置 表3-1

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 仪器设备名称 沥青延度仪 沥青针入度仪 沥青软化点仪 旋转薄膜烘箱 强制式拌和机 自动马歇尔击实仪 马歇尔稳定度仪 沥青混合料抽提仪 摇筛机 标准筛 游标卡尺 恒温水浴 电子点温计 电子天平 路面回弹弯沉测定仪 规格型号 1.5M LR—3 2kg、6kg 5.4米 单 位 台 台 台 台 台 台 台 台 台 套 把 台 套 台 台 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 2 4 各2 2

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 连续式平整度仪 核子密度仪 钻芯机 砂当量仪 烘箱 电脑 渗水仪 弯沉仪 构造深度仪 摩擦系数摆值仪 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 1 1 1 1 大2，中1 1 1 1 1 1 三、SMA-13混合料技术标准

按沥青面层所选定的热拌沥青混合料种类，为间断密级配沥青混合料。根据JTG F40－2004的规定，上面层沥青混合料应符合下表规定的技术标准。其配合比检验应符合下表各项指标的要求。

SMA-13混合料马歇尔试验配合比设计技术要求 试验项目 马歇尔试件尺寸 马歇尔试件击实次数 空隙率VV 矿料间隙率VMA 粗集料骨架间隙率VCAmix 沥青饱和度VFA 稳定度 流值 ①单位 mm % % % % KN mm 技术要求 Ф101.6mm×63.5mm 两面各击75次 3-4 不小于17.0 不大于VCADRC 75~85 不小于6.0 2~5 试验方法 T0702 T0702 T0705 T0705 T0705 T0705 T0709 T0709 注：① 对重交通路段或炎热地区，VMA可放宽到16.5%。

SMA-13混合料配合比设计检验指标技术要求 检验项目 谢伦堡沥青析漏试验的结合料损失 肯塔堡飞散试验的混合料损失 (20℃) 车辙试验动稳定度 水稳定性：残留马歇尔稳定度 冻融劈裂试验残留强度比 渗水系数 ③②①单位 % % 次/mm % % ml/min 技术要求 不大于0.1 不大于15 不小于 4000 80以上 80以上 不大于 80 试验方法 T0732 T0733 T0719 T0709 T0729 T0730 注： ① 谢伦堡沥青析漏试验在施工最高温度下进行，没有明确规定时，非改性沥青混合料的试验温度为170℃，改

性沥青混合料的试验温度为185℃。

② 车辙试验试件不得采用经二次加热重塑成型的试件。 ③ 此渗水系数仅适用于配合比设计室内试验的压实试件检验。

四、沥青混合料组成设计

改性沥青SMA-13配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法，包括马歇尔试验设计和设计配合比检验两项内容。其矿料级配应符合下表的规定。

SMA-13矿料级配范围

筛孔（mm） 通过筛孔的百分率（%） 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 100 90~100 50~75 20~34 15~26 14~24 12~20 10~16 9~15 8~12

1、目标配合比设计阶段

（1）SMA目标配合设计按下式流程的步骤进行。

（2）按《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40附录B的方法计算初试级配矿料的合成毛体积相对密度γsb、合成表观相对密度γsa、有效相对密度γse。其中各矿料的毛体积相对密度、表观相对密度试验方法遵照该规范附录B的规定执行。

（3）设计初试级配：调整各种矿料比例，设计3个不同粗细的初试级配，必须符合标准级配范围的要求，3个级配的4.75 mm通过率宜分别为23%、27％、31%左右，3个级配矿粉数量宜相同，使0.075mm通过率为10%左右。按下式计算大于4.75mm粗集料的混合毛体相对密度γCA。

CA1p1p2

p1p22 式中: P1、P2——分别为1号料（9.5~13.2）和2号料（4.75~9.5）的配比； γ1、γ2 ——分别为1号料和2号料的毛体积相对密度。

（4） 用捣实法测定大于4.75mm的粗集料捣实密度ρs按（T0309）试验，由下式计算各组初试级配捣实状态下粗集料松装间隙率VCADRC。

sVCADRC1100

CAw式中：ρw——水的密度（g/cm3，常温下可取 0.999）。

（5） 选择制作马歇尔试件的初试油石比。初试油石比应根据矿料级配的平均毛体积相对密度选择。 （6）按照选择的初试油石比和矿料级配制作SMA马歇尔试件，一组马歇尔试件数目4~6个，试件毛体积相对密度γf，必须由表干法测定。

（7）供计算SMA混合料体积指标的最大相对理论密度γt按下式计算得到。

t100PaPx

PP100axsebx

式中：Pa——混合料油石比，％；

Px——纤维用量，以矿料质量百分率计，由占沥青混合料总量百分率换算得到，％： γse ——矿料合成有效相对密度； γb ——沥青的相对密度(25℃/25℃)： γx——纤维相对密度，由厂方提供或实测。

（8）按式（1）、式（2）、式（3）和式（4）计算SMA马歇尔试件的矿料间隙率VMA、粗集料骨架间隙率VCAmix、空隙率VV和沥青饱和度VFA。

VCAmix

VMA1fps100 （1） sb100fPCA1100 （2） 100CA100 （3） f VV1t

VFA

VMAVV100 （4）

VMA式中：Ps——沥青混合料中除沥青外全部矿料占沥青混合料的质量百分率，即(100-沥青用量)，%； PCA——沥青混合料中粗集料的比例，即大于4.75mm的颗粒占沥青混合料的质量百分率，％；

材料选择

纤维稳定剂

沥青

图 SMA-13目标配合比设计流程图

（9） 从3组初试级配试验结果中选择设计级配时，必须符合VCAmix< VCADRC及VMA＞17的要求，当有1组以上的级配同时符合要求时，以4.75mm通过大且VMA较大的级配为设计级配。

（10） 马歇尔试件的设计空隙率VV应符合要求，根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率结果，以0.2%~0.4%为间隔，调整3个不同油石比，制作马歇尔试件。

（11） 进行马歇尔稳定度试验，检验稳定度和流值是否符合要求。表中稳定度和流值并不作为配合比设计可以接受或否决的唯一指标，容许根据同类型改性沥青SMA-13工程的经验予以调整。 （12）根据希望的设计空隙率（通常为4％），确定最佳油石比OAC。 （13） 按规定的项目进行配合比设计检验。

粗集料、细集料 矿粉 材料试验 选择初试级配 测定粗集料的VCADRC 设计粗集料骨架，以4.75mm通过率为关键性筛孔，选用高、中、低3个档次，设计三组配比 选择初试沥青用量，制作马歇尔试件

分析VMA、VCA，确定设计级配 合格 不合格 对设计级配变化沥青用量制作马歇尔试件 不合格 分析VV、VFA等，确定最佳沥青用量 合格 不合格 进行马歇尔试验，检验稳定度、流值 合格 进行各种配合比设计检验，确定配合比 2．生产配合比设计阶段

（1）确定各热料仓矿料和矿粉的用量。必须从二次筛分后进入各热料仓的矿料取样进行筛分，根据筛分结果，通过计算，使矿质混合料的级配符合设计级配和规范规定，并特别注意使0.075mm、4.75mm、9.5mm的筛孔通过量控制接近目标配合比设计级配，以确定各料仓和矿粉的用料比例，供拌和机控制室使用。同时反复调整冷料仓进料比例，以达到供料均衡。

（2）确定最佳油石比。取目标配合比设计的最佳油石比OAC和OAC±0.2％三个油石比，取以上计算的矿质混合料，用试验室的小型拌和机拌制SMA，制备马歇尔试件，计算 SMA试件VMA、VCAmix、VV和VFA，按目标配合比设计方法，选定适宜的最佳油石比。

(3) 生产配合比设计检验。用以上生产配合比，进行沥青析漏试验和残留马歇尔稳定度检验。 3．生产配合比验证阶段

用生产配合比在生产拌和机上进行试拌，经检验，改性沥青SMA-13技术性能符合规定后铺筑试铺段。取试铺的改性沥青SMA-13进行体积指标分析、马歇尔检验和沥青含量、筛分试验检验，由此确定正式生产用的标准配合比。

4．关于SMA混合料马歇尔室内试验中几点要点

(1) 配合比设计时拌制改性沥青SMA-13需采用小型沥青混合料拌和机，以模拟生产实际情况。每组试件4~6个。

(2) 试件成型温度应符合下表规定：

改性沥青SMA-13试验拌和与击实温度 (℃)

矿料加热温度 改性沥青加热温度 改性沥青混合料拌和温度 试模预热温度 试件开始击实温度 180~190 165~175 170~180 160~170 160~165 (3) 改性沥青SMA-13试件毛体积相对密度用表干法测定。 (4) 改性沥青SMA-13混合料的最大理论相对密度采用计算法。 (5) 试件的配料、拌和均应单个进行，以确保试验结果的一致性。

(6) 改性沥青SMA-13生产检验时，从拌和机上取样后立即制备试件，不许试样冷却后再次加热成型试件。