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成果名称: 基于矿料间隙率(VMA)的SMA混合料技术研究

成果登记号: 9612015Y0511

第一完成单位: 西安公路研究院

联 系 人: 马庆伟

成果类型: 应用技术

技术领域: 现代交通

应用行业: 交通运输、仓储和邮政业

成果简介:

   本课题通过理论分析和室内外试验,对影响SMA沥青混合料中VMA值的关键因素进行了分析、研究了VMA对SMA混合料路用性能的影响规律,并提出了适合陕西省SMA混合料的最小VMA建议值,可适用于陕西省今后SMA沥青混合料材料设计中,主要结论如下:   (1)通过对VMA计算公式的探讨,提出在套用《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中公式B.5.10-2计算SMA混合料中VMA值时,ps值的计算要考虑纤维部分,即ps=100-pb-px(px为纤维用量)。   (2)通过对比试验,建议用于SMA沥青混合料的粗集料中粒径大于9.5mm的集料的针片状含量宜<10%,粒径小于9.5mm的集料针片状含量宜<15%,集料综合针片状含量宜<12%。   (3)通过正交试验分析了关键筛孔通过率对VMA值的影响规律。结果表明:关键筛孔通过率对VMA的影响大小顺序为:0.075mm通过率>4.75mm通过率>9.5mm通过率>13.2mm通过率。并对设计级配中各关键筛孔的取值范围进一步明确为:0.075mm通过率应小于10.5%且大于9.5%;4.75mm通过率应小于27%且大于25%;13.2mm和9.5mm通过率应取规范规定级配范围中值附近。   (4)通过对集料密度及吸水率与VMA的影响关系分析,建议用于SMA混合料的粗集料(大于9.5mm)表观相对密度应不小于2.7;用于SMA混合料的粗集料(大于9.5mm)的吸水率应小于1%。   (5)通过对不同纤维类型在不同掺量下对SMA混合料中VMA的影响分析,确定出絮状木质素纤维的最小掺量不宜低于0.3%,颗粒状木质素纤维因较难分散,建议最小掺量不宜低于0.35%,矿物纤维的最小掺量不宜低于0.4%。聚酯纤维的最小掺量不宜低于0.3%,2合1纤维的最小掺量不宜低于0.3%。   (6)对击实功和击实温度对SMA混合料中VMA值的影响进行了分析,结果表明:双面击实75次更符合陕西省工程实际情况;为更好模拟现场实际和VMA值的要求,马歇尔击实温度宜控制在155~160℃范围之间。   (7)通过正交试验,研究了集料吸水率、纤维类型、4.75mm通过率和油石比等四项因素变化时,SMA混合料的VMA的变化规律。结果表明:吸水率>纤维类型>油石比>4.75mm通过率。   (8)VMA对混合料路用性能的影响规律表明:VMA取值在16.6%以上时,SMA混合料的高低温性能和水稳定性均较好;VMA值在16.4%附近时,SMA混合料的各项路用性能均较好;VMA取值在16.3%附近时,SMA混合料水稳定性较好,高温性能一般,低温性能较好。因此建议对于陕北地区,SMA混合料最小VMA建议值应为不小于16.6%,关中和陕南地区混合料最小VMA建议值应在16.0%-16.5%之间。   (9)通过对沥青膜厚指标的系统分析,发现沥青膜厚与矿料合成毛体积相对密度具有良好的相关性,即:当级配和沥青有效用量比例t一定时,矿料的合成毛体积相对密度与沥青膜有效厚度成反比,且乘积为一定值;根据沥青膜厚度与VMA指标的体积关系,推导出由空隙率VV、比表面积SA、矿料合成毛体积相对密度rsb和有效沥青膜厚度DA四个参数组成的最小VMA计算公式;并提出对于SMA沥青混合料,其最佳沥青膜厚度应在7.5?m~8.0?m之间。   (10)利用推导出的最小VMA计算公式,得到了陕北、关中和陕南三地区的SMA混合料最小VMA建议值分别为不小于16.6%、16.4%和16.2%。考虑陕西省标准的统一性,将陕西省SMA混合料的最小VMA建议值定为16.4%。   (11)建立了由矿料间隙率(VMA)、沥青的相对密度rb、矿料的合成毛体积相对密度rsb、空隙率VV和有效沥青用量比例t五个参数构成的最佳油石比预估公式。并根据实际工程数据,采用最佳油石比预估公式对最佳油石比进行预估,结果表明:预估的最佳油石比与实际工程中用的油石比非常接近,验证了预估公式的准确性。   (12)通过榆绥高速公路试验路铺筑效果及后期观测分析,得出四种纤维性能优劣排序为:木质素纤维>二合一纤维>矿物纤维>聚酯纤维。同时也验证了最小VMA建议值的合理性。