钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂配合比设计与试验分析.pdf

总660期2023年第30期（10月 下）0 引言为更加有效地利用钢渣特点和优势，笔者进行了有关钢渣耐磨沥青混凝土路面的科技研究工作，开展了钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂配合比设计工作。供同行参考。1 沥青钢渣混凝土配合比设计方法王鑫1认为实际配合料设计时应采用体积法，杜海强2认为当以钢渣作为密度基准时，同样重量的细料和矿粉比同等质量下的钢渣具有更小的体积，因此若不进行密度换算会造成细料和粉料实际用量过少，从而影响SMA沥青混合料的骨架作用和相关体积性能。靳东辉3在配合比设计中给出了体积法设计与质量换算关系，实际配合比设计时采用体积法，而实际配料时应采用换算后的重量百分比。基于对S形沥青混合料级配形式进行马歇尔试验，分析了影响隔离膜厚度主要因素的同时证明了S形级配沥青混合料性能良好。当沥青用量增大时，隔离油膜厚度会随合成体积的增加而逐渐增加，关系曲线呈弧线变化。当合成毛体积密度增加则隔离油膜厚度增加，沥青用量较低的情况下基本呈线性变化，但当沥青用量较大时，随着合成毛体积密度逐步增加隔离油膜厚度也会逐渐增加。2 原材料试验检测情况钢渣粗集料和石灰岩细集料03 mm进行设计，其中钢渣粗集料经人工筛分钢渣混合料分成510 mm和1015 mm两种规格钢渣粗骨料。钢渣粗集料在使用前进行了人工水洗，减少钢渣表面粉尘污染。填料采用普通石灰岩磨细矿粉。纤维稳定剂为木质素纤维，矿料总量的 0.3%为纤维用量。SBS 改性沥青 I-D。各集料、填料试验结果见表13。表1 石灰岩细集料主要技术性能检测结果材料表观相对密度砂当量（%）水洗法0.075 mm含量（%）03 mm2.7327516.7设计要求2.506012.5试验方法T0328T0334T0333表2 钢渣主要技术性能检测结果材料表观相对密度毛体积相对密度吸水率（%）针片状含量（%）水洗法0.075 mm含量（%）压碎值（%）洛杉矶磨耗损失（%）磨光值黏附性510 mm3.3843.1472.53.20.314.813.5495级10153.3453.2341.92.50.2设计要求2.62.0101.02428424级试验方法T0304T0304T0304T0312T0310T0316T0317T0321T0616表3 矿粉（含钢渣粉）的筛分结果汇总矿料筛孔13.216 mm9.513.2 mm4.759.5 mm2.364.75 mm1.182.36 mm0.61.18 mm累计筛余方孔筛的百分率（%）16100.0100.0100.0100.0100.0100.013.286.588.590.698.699.8100.09.515.617.635.395.995.996.74.750.70.91.588.891.996.62.360.20.41.387.190.896.61.180.20.62.459.662.296.60.60.20.52.339.640.596.60.30.20.43.327.629.096.60.150.20.82.318.622.595.90.0750.21.20.315.116.795.5收稿日期：2023-01-07作者简介：解迎节（1971），男，山西平陆人，高级工程师，从事工程管理工作。钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂配合比设计与试验分析解迎节（山西路桥桥隧工程有限公司，山西 朔州 036000）摘要：提出控制天然集料、钢渣因比重差异而产生的级配变异方法，依据钢渣与石灰岩细料、矿粉存在较密度差异，实际配合料设计时采用体积法。研究表明，当以钢渣作为密度基准时，同样重量的石灰岩细料和矿粉比同等质量下的钢渣具有更大的体积，因此若不进行密度换算会造成细料实际用量过多，影响SMA沥青混合料的骨架作用和相关体积性能。关键词：钢渣；配合比设计；沥青玛蹄脂中图分类号：U414文献标识码：B28交通世界TRANSPOWORLD0.30.6 mm0.150.3 mm0.0750.15 mm00.075 mm土100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.097.899.699.8100.0100.097.899.699.9100.0100.097.898.999.999.9100.097.898.999.999.9100.097.898.999.999.9100.097.898.999.999.9100.097.198.098.999.199.996.097.298.198.999.9表3（续）3 钢渣SMA-13沥青马蹄脂配比3.1 钢渣SMA-13沥青玛蹄脂配比设计方法分析SMA沥青混合料进行配合比设计和试验时采用体积法，力学强度形成机理、材料所起的作用、SMA混合料材料组成等方面的研究说明：当以钢渣作为密度基准时，同样重量的细料和矿粉比同等质量下的钢渣具有更小的体积，对SMA混合料的特性理论分析后验证，若不进行密度换算会造成细料和粉料实际用量过少，从而影响SMA沥青混合料的骨架作用、相关体积性能。通过改变SMA-13沥青混合料的拌和温度、击实次数等条件，在配合比设计中给出了体积法设计与质量换算关系，实际配合比设计时采用体积法，而实际配料时应采用换算后的重量百分比。进行不同条件下沥青混合料室内实验来研究击实次数及拌和温度对沥青混合料性能的影响，提出SMA-13适合的拌和温度、击实次数。SMA-13沥青混合料合理的击实次数范围为7580次，比普通的马歇尔试验击 实 的 50 次 高 出 51%61%，最 佳 拌 和 温 度 则 为176。基于对S形沥青混合料级配形式进行马歇尔试验，在最佳拌和温度与合理击实次数条件下制成的马歇尔试件具有更佳的物理力学性质，交通量变大的实际情况也验证了影响隔离膜厚度的主要因素，同时证明了S形级配沥青混合料性能良好。根据确定的拌和温度、SMA-13混合料的级配，分别在最佳沥青用量与设计沥青用量下拌制SMA-13混合料并成型试件，当沥青用量增大时，隔离油膜厚度会随合成体积的增加而逐渐增加，关系曲线呈弧线变化。进行浸水马歇尔试验、车辙试验、小梁低温弯曲试验、冻融劈裂试验发现，当合成毛体积密度增加且隔离油膜厚度增加，沥青用量较低的情况下基本呈现线性变化，根据拌和温度、合理击实次数确定最优油石比的SMA-13沥青混凝土配合比，比按传统方法确定最优油石比混合料的路用性能更为优秀。需要注意的是，沥青用量较大时，随着合成毛体积密度逐步增加，隔离油膜厚度也会逐渐增加4-6。最终确定配合比设计见表46。3.2 钢渣SMA-13沥青玛蹄脂配比的工程验证3.2.1 工程情况介绍表 6所示配合比为 2022年在山西省吕梁国道改线工程，主线起点位于方山县北武当镇韩庄村北侧约800 m 处，起点桩号为 K20+500，然后路线向南布设，跨越X466（峪松线）及峪口河后至碌碡梁，设碌碡梁隧道，出碌碡梁隧道后路线沿界沟东侧往南布线至于家梁，然后换岸至界沟南侧并折向东南方向布线至滴水崖，此后设羊走岭隧道往南穿越羊走岭至东皇背塔，终点桩号为K29+092，路线全长8.619 km。连接线起点LK0+000，接主线K20+300处，路线沿沟往西布线至圪针湾村，避开厂房向北布线，与旧209互通式立体交叉之后向南，至花家坡村背后，设花家坡隧道，接原起点（LK4+505断链后），路线向西经峪口镇至石板梁，而后布设2 070 m长隧道（分离式隧道）穿越黑里山至闫家峁上跨太中银铁路吕临支线后进入临县境，临县境路线经黄家坡至新舍窠接入省道218线。3.2.2 应用情况介绍实际应用中发现，传统SBS或SBR改性乳化沥青综合性能与改性沥青差距较大，只能做黏结层或薄层罩面，见图1。单组分水性环氧树脂是一种新型乳化沥青改性剂，可明显提升乳化沥青的力学性能、温度稳定性、光稳定性，可提高乳化沥青应用性能和领域。常表4 目标配合比体积法设计与密度差异质量换算关系材料名称1015 mm钢渣510 mm钢渣03 mm矿粉合计毛体积密度3.2343.1472.7322.758体积法级配设计（%）4632148100密度差异转换（%）4630.911.86.895.5重量百分比换算（%）48.132.312.47.1100表5 沥青玛蹄脂钢渣耐磨SMA-13检测汇总表试验检测项目毛体积相对密度理论最大相对密度空隙率（%）VMA（%）VFA（%）稳定度/kN流值/mm析漏损失率（%）飞散损失率（%）动稳定度/（次/mm）浸水残留稳定度（%）冻融劈裂强度比（%）低温弯曲断裂应变/m实测值2.7312.8283.418.280.913.63.50.044.56 71393.184.33011设计要求34.51775-856.02-50.1154 00085802500试验方法T0709T0709T0709T0709T0709T0732T0733T0719T0709T0729T0728表6 钢渣SMA-13目标配合比混合料类型SMA-13下列各种矿料所占比例（%）101648.1510 mm32.30312.4矿粉7.1纤维0.3油石比（%）6.229总660期2023年第30期（10月 下）规的乳化沥青在施工过程中存在一些问题，特别是高速公路车流量大，中、重型车辆多，使用过程中存在和原路面黏结不牢，路面容易脱落等问题，其力学性能较差，需要一种新型的乳化沥青改性剂。同时作为改性剂，其温度稳定性、稳定性方面也有改进提升空间。经过分析，可以通过添加新型改性剂，不断调整配方，增强乳化沥青的黏结性能。图1 钢渣SMA-13沥青玛蹄脂配比工程应用施工图积极推进开发新型改性乳化沥青的改性剂、开发新型改性乳化沥青应用技术，采用自生产方式，能够高质量地实现改性乳化沥青微表处较好的功能性和耐久性，总体服役效果和服役时间优于同类改性乳化沥青微表处应用技术，同时也有利于公路养护企业更好地服务于高速公路与市政道路养护。另外，传统的乳化沥青改性剂包括SBS和SBR，其中SBS改性乳化沥青根据制备工艺的不同分为固体SBS及SBS胶乳。固体SBS改性乳化沥青加工工艺为先制备改性沥青，再乳化SBS改性沥青，这类改性剂主要产自大型的石油化工企业，主要产地为岳阳巴陵石化和北京燕山石化。SBS胶乳是一种新型的沥青改性剂，可直接加入乳化沥青对其进行改性。另外，日本也研究出JSR型SBS胶乳，但未见工业化报道，国内市场也没有规模化应用。SBR类乳化沥青改性剂主要是SBR胶乳，可以直接加入乳化沥青进行改性，国内主产区在山东，国外进入中国市场的主要有美国壳牌以及德国瓦克等品牌。但利用这两种改性剂对乳化沥青改性后，依然与改性沥青的力学性能有一定差距，只能做功能层应用，包括透层油、雾封层、黏层油、同步碎石封层、稀浆封层、微表处的施工。4 钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂配比的研究价值钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂配比的研究，对于道路行业以及冶金行业的资源转型具有深远的意义。相较于传统沥青改性铺装路面而言，采用钢渣耐磨SMA-13沥青玛蹄脂路用技术可以有效降低工程所增加的费用，上面层及中面层改性沥青路面结构增加费用将降低40%50%。立足国家资源型经济转型综合配套改革试验区，响应国家提出的新要求，项目对标道路基础设施建设和冶金固废资源化利用的重大需求，采用基础理论研究、工艺与装备优化、产业化工程技术示范全链条集成攻关，研究冶金残渣分级梯级路面工程高价值利用。基于沥青流变性能，利用物理-化学方法研究冶金残渣复合改性石油沥青，研制温度敏感性低、耐老化及耐疲劳性能强的改性沥青；针对冶金残渣特征属性，研发冶金残渣改性石油沥青制备工艺与装备优化；考虑降低天然矿料的破坏及使用，研究高掺量冶金残渣混合料物理力学特性，形成冶金残渣增强沥青混合料技术；深化冶金残渣改性石油沥青与集料性能研究，建立冶金残渣改性石油沥青养护磨耗层提升技术；深入宏-细-微观多尺度条件下性能研究，开发冶金固废绿色梯级路面工程产品及产业化工程示范，以推进资源型经济转型的有效改革和发展。5 结束语基于矿料间隙率确定最佳沥青用量的方法，按照预估的VMA与混合料空隙率3.5%时计算AC系列最小沥青用量。经过原材料试验、配合比设计、混合料性能验证和现场铺筑等一系列科学研究，试验得出一套钢渣耐磨沥青混凝土配合比满足沥青混凝土技术要求，供同行参考。参考文献：1 王鑫.钢渣应用于路面磨耗层的研究J.交通世界，2015（11）：100-101.2 杜海强.钢渣在道路工程基层中的应用J.交通世界，2008（9）：90-91.3 靳东辉.二灰钢渣基层配合比设计J.交通世界，2010（8）：162-164.4 申铁军.基于RAP的新型热再生设备性能评价与优势分析J.北方交通，2023（1）：63-66.5 申铁军.浅析流动性车辙的影响因素J.山西建筑，2008（4）：306-307.6 申铁军.如何防治沥青路面流动性车辙J.山西建筑，2008（3）：317-318.30