SMA混合料配合比設(shè)計(jì)及二維結(jié)構(gòu)模型生成策略
摘要：通過(guò)對(duì)SMA混合料配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，得出混合料的二維結(jié)構(gòu)模型建立策略，最后建立了模型，解決了SMA混合料的配合比設(shè)計(jì)、礦料級(jí)配等問(wèn)題存在的一些爭(zhēng)議。
關(guān)鍵詞：SMA混合料；配合比設(shè)計(jì)；二維結(jié)構(gòu)模型
0 引言
瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是一種非常引人注目的瀝青混合料結(jié)構(gòu)，它以?xún)?yōu)良的路用性能而聞名于世。在我國(guó)引入SMA技術(shù)后在國(guó)內(nèi)又有了進(jìn)一步的發(fā)展，SMA混合料能夠綜合改善瀝青混合料的高溫抗車(chē)轍能力、低溫抗裂性能、耐疲勞性能、水穩(wěn)定性等路用性能，而且能夠保持表面功能好的優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)過(guò)去多年的高等級(jí)公路以及民航機(jī)場(chǎng)跑道的建設(shè)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。雖然SMA在國(guó)外已有30多年的應(yīng)用歷史，但是在我國(guó)還處于發(fā)展之中，仍需完善。我國(guó)幅員遼闊地域環(huán)境差異較大，因而不同的地方往往有不同的認(rèn)識(shí)，關(guān)于SMA混合料的配合比設(shè)計(jì)、礦料級(jí)配等問(wèn)題目前也存在不少的爭(zhēng)論，本文將對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探討。
1 SMA混合料配合比設(shè)計(jì)
SMA混合料組成設(shè)計(jì)的內(nèi)容就是確定粗集料、細(xì)集料、礦粉和瀝青材料相互配合的最佳組成比例，使之既能滿足瀝青混合料的技術(shù)要求又符合經(jīng)濟(jì)的原則。
瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)包括:實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)和試拌試鋪配合比調(diào)整的三個(gè)階段。
1.1實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)
(1)初試級(jí)配
按照SMA-16的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配建議，先確定三組級(jí)配，使4.75mm的通過(guò)率大體上為23%,26%,29%}0.075mm的通過(guò)率為10%左右，三種級(jí)配材料的配比如下：
甲：1#料:2#料:3#料:礦粉=51:33:6:100。乙：1#料:2#料:3#料:礦粉=47:34:9:100。丙:1#料:2#料:3#料:礦粉=36:43:11:100。
�。�2）確定最佳油石比
按級(jí)配丙的初試油石比，分別使用6.3%,6.5%,6.7%的油石比進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定各項(xiàng)體積指標(biāo)及穩(wěn)定度、流值，結(jié)果見(jiàn)表1。
VCAmix—馬歇爾試件的粗集料骨架間隙率；VV—空隙率，即為除去礦料和瀝青以外的體積；VMA—礦料間隙率；VFA為瀝青混合料的飽和度，即為瀝青體積占有礦料間隙率的百分比。
1.2生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)
生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)以二次篩分后的熱料倉(cāng)材料級(jí)配進(jìn)行，設(shè)計(jì)方法與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)方法相同，礦料級(jí)配與瀝青用量應(yīng)力求與目標(biāo)配合比相近，以減少試驗(yàn)工作量。通過(guò)鋪筑乍嘉蘇試驗(yàn)段，檢驗(yàn)了生產(chǎn)配合比的可行性。按目標(biāo)配合比確定的冷料比例上料，經(jīng)過(guò)拌和機(jī)4級(jí)振動(dòng)篩(19mm,16mm,8.5mm,4.5mm)二次篩分，再?gòu)臒崃蟼}(cāng)取樣篩分，進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，04.75mm通過(guò)率為26.4%，0.075mm通過(guò)率為10.0%，9.5mm通過(guò)率為55.8%，與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)稍有偏差，但級(jí)配仍然較為理想。
1.3生產(chǎn)配合比驗(yàn)證
此階段即試拌、試鋪階段。施工單位進(jìn)行試拌、試鋪時(shí)應(yīng)報(bào)告監(jiān)理部門(mén)和業(yè)主，工程指揮部會(huì)同設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工人員一起進(jìn)行鑒別。進(jìn)行了抽提篩分、馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、測(cè)定空隙率等體積指標(biāo)，并進(jìn)行了車(chē)轍試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)�；旌狭铣樘峒暗V料級(jí)配篩分結(jié)果的平均值見(jiàn)表2，實(shí)際油石比為6.5%，4.75mm通過(guò)率為25.1%。馬歇爾殘留穩(wěn)定度為98%，凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比為95%，車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度(二次加熱)為10325次//mm，瀝青析漏試驗(yàn)析漏量為0.04%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面設(shè)計(jì)施工指南》的要求，具體見(jiàn)表2。
經(jīng)試拌、試鋪過(guò)程中相關(guān)試驗(yàn)的檢驗(yàn)，結(jié)合所鋪試驗(yàn)段的實(shí)際觀測(cè)，確定本文設(shè)計(jì)的SMA符合要求，可以進(jìn)入正常生產(chǎn)階段。
2 SMA混合料的二維結(jié)構(gòu)模型建立策略
SMA從引進(jìn)至今，混合料的級(jí)配經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展以及在我國(guó)各地區(qū)的運(yùn)用變化，混合料的結(jié)構(gòu)和最初的結(jié)構(gòu)類(lèi)型雖然沒(méi)有質(zhì)的改變，但是級(jí)配的變化必然會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的改變。我們希望通過(guò)建立混合料級(jí)配的二維離散單元模型，并通過(guò)模型的受力虛擬試驗(yàn)，分析混合料結(jié)構(gòu)的變化和級(jí)配變化的關(guān)系，以及混合料結(jié)構(gòu)受力后的顆粒重組變化。
2.1模型建立策略
離散元細(xì)觀模擬集料的生成需要通過(guò)初始集料顆粒集合體的建立，集料顆粒集合體平衡和穩(wěn)定狀態(tài)的形成，最終集料顆粒集合體的生成三個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。
以一定孔隙度將顆粒填充到給定空間的顆粒集合體生成方法，除了規(guī)則顆粒(等粒徑相同形狀顆粒)以外，不是唯一的。當(dāng)前顆粒集合體生成方法的很多研究中，為了確保生成的顆集合體緊密排列，同時(shí)具備給定的結(jié)構(gòu)，通常使用一系列規(guī)則和算法，將每個(gè)即將生成的顆粒安排在已經(jīng)生成顆粒相關(guān)的位置。為了使建立的二維模型比較貼近實(shí)際級(jí)配，必須使混合料模型實(shí)現(xiàn)從三維到二維的轉(zhuǎn)變。在SMA混合料三維模型中我們主要考慮的是因級(jí)配變化而變化的混合料骨架結(jié)構(gòu)，所以，在混合料的各種指標(biāo)中VCA是我們考慮的重要指標(biāo)。ＳＭＡ混合料二維模型的建立也是根據(jù)與VCA密切相關(guān)的由2.36mm以上為主要組成集料的混合料間隙率的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
2.2模型的建立
下面以推薦級(jí)配混合料設(shè)計(jì)級(jí)配為例介紹其二維模型的建立，按一個(gè)馬歇爾式件用量約1000集料用量計(jì)算，馬歇爾試模的體積約為514814.3639mm3。
假定給定區(qū)域面積A為10000mm2。
由于SMA骨架結(jié)構(gòu)只由4.75mm篩孔以上的粗集料構(gòu)成，0.6mm以下的集料對(duì)混合料的骨架結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)沒(méi)有多大的意義，為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間，在SMA13模型中將不考慮0.6mm篩孔以下的集料。SMA16模型中不考慮1.18mm篩孔以下的集料。
3 結(jié)語(yǔ)
瀝青瑪蹄脂碎石混合料((SMA)是近代國(guó)際上出現(xiàn)的一種非常引人注目的新型混合料，以其良好的高溫穩(wěn)定性、抗滑性、低噪音、耐久性等優(yōu)點(diǎn)在公路建設(shè)中被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，尤其是在重交通道路、機(jī)場(chǎng)和鋼橋面鋪裝等方面。但由于種種原因在SMA技術(shù)的推廣應(yīng)用方面起步較晚，鑒于SMA的良好路用性能，如何利用當(dāng)?shù)夭牧祥_(kāi)展SMA的配合比設(shè)計(jì)及模型的建立等研究工作將具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]張登良，瀝青與瀝青混合料，人民交通出版社，1993
[2]張宗濤，瀝青混合料級(jí)配優(yōu)化的研究，碩士學(xué)位論文，2000.6
[3]沈金安，李福普編著SMA路面設(shè)計(jì)與鋪筑.北京:人民交通出版社，2003
