SBS改性沥青配合比设计探讨

摘 要：结合江西省昌金高速公路AK-13A改性沥青的配合比设计,简要介绍SBS改性沥青的 配合比设计思路及技术指标要求,供大家参考。 关键词：道路工程；SBS改性沥青；配合比设计；探讨 0 前 言 昌金高速公路处于沪瑞高速公路江西境内西段，由昌傅至金鱼石，全长168km。根据昌金项目办及设计要求，上油面层4cm厚AK-13A型采用改性沥青部分标段中面层也采用改性沥青作为试点。基质沥青为韩国SK，AH-70沥青，改性剂为热塑性橡胶共聚物，并制定了基质沥青、SBS改性沥青的技术指标。 1 SBS改性沥青及原材料 1.1SBS改性沥青 昌金高速公路使用的基质沥青为韩国SK，AH-70沥青，改性剂为热塑性橡胶共聚物，并制定了基质沥青、SBS改性沥青的技术指标，见表1： 表1 试验项目 基质沥青 技术指标 SBS改性沥青技术指标 备注 针入度(100g,5s,25℃，0.1mm)mm 60-80 ＞40 延度(5cm/min,15℃) cm ＞150 ＞30 5℃ 软化点(环球法) ℃ 46-55 ＞70 溶解度（三氯乙烯） % ＞99.5 ＞99 闪点 ℃ ＞300 ＞230 密度 g/cm3 ＞1.01 蜡含量(蒸馏法) % ≤2 粘度 60℃ Pas ≥160 135℃ mm2/s ≥300 ≤3 单位Pas TF0T薄膜 加热试验 质量损失 % ＜0.5 ≤1.0 RTFOT旋转薄膜烘箱试验 针入度比 % ＞60 ≤70 延度(20℃) cm ＞100 延度(15℃) cm ＞65 ≥20 5℃ 针入度指数PI +0.2-2 离析，软化点差 ℃ ≤2.5 弹性恢复(25℃) % ≥80 PG分级（高温等级） ≥PG76 1.2集料 昌金B段上面层粗集料采用辉绿岩，各项技术指标均满足规范要求。 3mm-5mm、0mm -3mm也有用石灰石的，总的要求是不掺河砂。3mm -5mm材料，0.075mm的通过率应不大于5%，0mm -3mm材料，0.075mm的通过率应不大于15%。砂当量大于60%。 1.3填料（矿粉） 1.3.1应洁净，干燥，质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》。 1.3.2宜采用石灰石加工，0.075mm的通过率应不小于70%。 1.3.3采用不超过矿料总量2%的水泥，以改善集料的粘附性。 1.3.4不使用回收粉。 1.4各种材料检测指标(表2) 表2 试验项目 检测 结果 规范 要求 试验项目 检测 结果 规范 要求 压碎值(%) 15.4 ≤28 0.075mm通率率(%) ≤0.54 ≤1.0 磨耗值(%) 13.1 ≤30 砂当量 75 ≥50 视密度(g/cm3) ≥2.819 ≥2.5 磨光值PSV 54 ≥42 吸水率(%) ≤1.34 ≤2.0 冲击值(%) 17.4 ≤28 粘附性(等级) 5级 ≥4级 软石含量(%) ≤3.3 ≤5 坚固性(%) 0.1 ≤12 抗压强度(等级) 1级 ≥Ⅲ 细长扁平含量(%) ≤12.0 ≤15 2 沥青混合料配合比设计 2.1合成级配 为了保证上面层有达到设计构造深度,磨擦系数,渗水要求.我们通过多种级配组合,最终确定级配控制范围13.2mm通过率91%-95%,4.75mm通过率38%-42%,2.36mm通过率28%-32%,0.075mm通过率5%-7%左右较为合适。 表3 生产配合比各档材料筛分及合成级配表 材料 比例 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 4#仓 28 100 80.3 7.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 3#仓 25 100 100 95.0 5.5 1.7 1.5 0.4 0.4 0.4 0.4 2#仓 16 100 100 100 62.0 14.6 10.4 9.2 7.0 1.2 0.6 1#仓 25 100 100 100 100 81.7 49.6 35.9 18.3 9.2 4.3 矿粉 4 100 100 100 100 100 100 100 100 95.8 84.1 水泥 2 100 100 100 100 100 100 100 100 99.9 85.0 合成级配AK-13A 100 94.5 72.9 42.4 29.3 20.5 16.6 11.9 8.5 6.4 规范 AK-13A 要求 中值 100 95 70 41.5 30 22.5 16.5 12.5 8.5 6 上限 100 100 80 53 40 30 23 18 12 8 下限 100 90 60 30 20 15 10 7 5 4 Superpasc 禁区 上限 39.1 31.6 23.1 15.5 下限 39.1 25.6 19.1 15.5 2.2粉胶比 通常简单认为是0.075mm通过率与最佳油石比的比例,规范在1.0-1.2之间.而Superpase方法是指0.075mm以下用量与有效沥青用量的比值,应在1.0-1.6之间.通过近年来实践,规范要求的粉胶比偏低,用油量大,保证了泌水性,但抗车辙能力明显不足,近观这几年各地高速公路的路面破坏形式就可以说明这个问题.因此建议规范粉胶比在1.0-1.4之间较为合适。 2.3混合料技术指标(见表4) 击实温度应在基质沥青粘温曲线确定的最佳碾压温度的基础上增加15℃-20℃，并与施工碾压时温度一致，控制在160℃-165℃之间。 表4 试验项目 规范要求 项目要求 备注 击实次数(次) 双面各50 双面各75 采用骨架密实型 稳定度(KN) ＞7.5 ＞8.0 流值(0.1mm) 20～40 20～50 空隙率VA（%） 4～10 3.5～4.5 指目标空隙率 饱和度VFA（%） 60～75 60～75 矿料间隙率VMA（%） ＞14.5 14～16 应与空隙率相对应 残留稳定度（%） ＞70 ＞80 劈裂强度比（%） ＞80 ＞80 车辙试验（次） ＞3000 ＞3000 2.4理论密度 理论密度一般采用计算法和实测法，实测法针对普通沥青更为恰当，改性沥青采用计算法。由于改性沥青其粘度大许多，测量精度难于保证，但可以作为参考对比。马歇尔试件密度通常用表干法，计算法为了与试件密度相一致，规范规定粗集料用毛体积相对密度，细集料用表观相对密度；而部分专家及科研院校偏向于粗集料用毛体积相对密度与表观相对密度的平均值，这里争论的焦点在于集料对沥青的吸附作用有多少。表5是3种理论密度的计算及实测数据，仅供参考。 表5 油石比 规范计算法 专家计算法 真空法 4.5 2.602 2.619 2.602 4.8 2.590 2.608 2.592 5.1 2.579 2.597 2.585 2.5矿料间隙率 无论是马歇尔设计方法还是Superpase设计方法,都是沥青混合料的体积性质指标的确定,只是一个是击实法,一个是旋转压实法,相比之下Superpase设计方法更反映实际碾压情况。体积指标有3项:空隙率VA、饱和度VFA、矿料间隙率VMA。我国现行规范没有把VMA作为一个强制性指标，事实上VMA是影响沥青路面使用品质最主要的体积性质指标，在新规范讨论稿中已有描述，并与VA、集料最大公称粒径建立了对应关系。表6中12.5mm孔径采用Superpase方案与现规范13.2mm孔径不一致，供大家参考。 表6 密级配沥青混凝土配合比设计最小VMA技术要求 空隙率（%） 相应于以下最大公称粒径(mm)的最小VMA值(%) 50 37.5 31.5 26.5 19 16 12.5 9.5 4.75 2 8.5 9 9.5 10 11 11.5 12 13 15 3 9.5 10 10.5 11 12 12.5 13 14 16 4 10.5 11 11.5 12 13 13.5 14 16 17 5 11.5 12 12.5 13 14 14.5 15 16 18 6 12.5 13 13.5 14 15 15.5 16 17 19 2.6混合料生产配合比试验结果一览表(见表7) 表7 油 石 比 （%） 密 度 (g/cm3） 空 隙 率 （%） 沥青体积率 (%) 矿料间隙率 (%) 饱 和 度 （%） 稳 定 度 （KN） 流 值 (0.1mm) 残留稳定度 (%) 动 稳定 度 (次/mm) 冻融劈裂强度比 （%） 4.5 2.485 4.5 10.3 14.8 69.6 18.47 26.3 4.8 2.493 3.8 11.0 14.8 74.6 18.55 29.2 90.7 >6000 84.3 5.1 2.500 3.0 11.7 14.8 79.4 18.84 32.7 技术指标 3.5-4.5 14-16 65-75 >8.0 15-50 ≥80 ≥3000 ≥80 3 施工中的几个问题 SBS沥青是一种弹性塑胶类改性沥青，正确使用可以显著提高沥青面层的抗车辙性能，增加耐久性，增强抗老化能力，延长公路的使用寿命。与AH-70基质沥青相比，其粘度、软化点明显增加，因此决定了SBS沥青与普通沥青在运输储存与面层施工等方面有不同的要求，只有正确使用才能达到预期效果。 3.1改性沥青运输要求 SBS沥青出厂装车温度≥1600C，采用有保温设施的沥青专用车运输，运到现场应大于1400C，温度过低将导致无法卸车。 3.2改性沥青储存要求 SBS沥青应使用单独的储存罐，避免与其它沥青混合，降低改性沥青的性能；储存温度不宜超过1500C，若高于1500C长期储存（1周或更长时间），会破坏SBS结构，导致性能下降；如果因雨季或其它原因，需长期储存（1个月之内），应降致1300C以下，使用时建议采用加热盘管或导热油加热，并加于搅拌；SBS沥青在正常贮存条件下，保质期一般为30天。 3.3改性沥青泵送要求 当生产沥青混合料时需要将沥青泵送到混合料拌和楼中，由于改性沥青粘性较大，为了确保过滤网眼不被堵塞，建议使用网眼较大的过滤器（9.5mm以上），同时加强沥青管线的保温措施。 3.4施工温度要求 根据改性沥青与基质沥青的粘温曲线，SBS沥青比基质沥青的温度要提高150C-200C，及试验路的铺筑情况，建议出料温度1850C左右，前2车出料温度提高50C，初压不低于1650C，碾压终了不低于1200C。 3.5碾压要求 初压：1台钢轮紧跟摊铺机碾压，复压：1台钢轮紧接着碾压2-3遍，胶轮1遍，终压：1台钢轮静压光面2遍。钢轮碾压时喷水量以保持钢轮湿润就行，不宜过大。坚持“紧跟慢压，高频低幅”的碾压八字方针，不少压漏压，力争在高温下碾压密实。 3.6压实度检测及取芯频率 为了路面整洁美观，防止取芯位置早期破坏，及时掌握上面层压实度、厚度及面层总厚度，建议正式开工第一个工作日按单幅300m取芯一个，以后500m一个。压实度按理论密度的93%，当天马歇尔密度的97%为控制指标。 4 需要探讨的几个问题 4.1上面层材料材质尽可能采用玄武岩、辉绿岩等材质坚硬的基性石料，应尽量采用规模化、工厂化生产。 4.2上面层材料加工应人工挑检片石破碎，并附带除尘设施，须有利于环保要求，确保各档材料质量满足规范要求。集料生产按四档进行加工。 4.3加强改性沥青检测，以“粘温曲线”指导施工。 4.4改性沥青上面层摊铺过程中，温度下降很快，一般摊铺过程温度下降200C-300C左右，所以压路机必须紧跟慢压，为防止温度下降太快，还应将初压、 复压连起来碾压。 4.5上面层除了要满足车辙、冻融劈裂强度比、残留稳定度、压实度、平整度、厚度等指标外，尚应检测构造深度、磨擦系数及渗水系数。确保在急刹车情况下有足够的滑行距离和水稳定性。 5 结 语 随着SBS改性沥青在我国进一步的推广应用，改性沥青必将在我国高等级公路路面中发挥越来越重要的作用，本文通过SBS改性沥青配合比设计探讨，希望对以后有所帮助，若有不足之处，望各位同仁提出宝贵意见。 参考文献： [1] JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. [2] 吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].上海:同济大学出版社,2000. [3] JTJ032-94,公路沥青路面施工技术规范[S]. [4] JTJ036-98,公路改性沥青路面施工技术规范[S]. [5] 黄晓明,朱湘.沥青路面设计[M].北京:人民交通出版社,2002. 4.3.2锚索施工 基本上同锚索框架。采用MD-50锚杆钻机，Φ89mm钻杆，Φ168mm套管跟管钻进。锚索采用9束Φ15mm钢绞线。 5 结 语 自2000年4月12日至2001年12月进驻云南昭麻公路边坡治理项目施工以来，由于施工工艺技术先进，共签约七份合同，治理边坡总里程自K53+500至K89+80共36.37km ,完成边坡治理十七段，挂网锚喷面积为 11.3万m2 ,预应力锚索框架2370m ,预应力锚索抗滑桩9747.4m3，锚索4433m。工程总造价约3000万元，利税近700万元。整个工程得到业主和监理单位的认可和好评。从一年多的治理效果看，该边坡无滑动，无掉块等现象，公路运行良好。取得了较好的社会效益和经济效益。 参考文献： [1] 培训教材.边坡工程[M].1998. [2] 昭麻公路边坡治理设计[Z].2000. [3] 昭麻公路边坡治理工程师竣工报告[R].2001.