民用机场滑行道SMA-13沥青混合料配合比设计研究

孔凡东

(北京首都国际机场股份有限公司，北京 101300)

民用机场滑行道SMA-13沥青混合料配合比设计研究

孔凡东

(北京首都国际机场股份有限公司，北京 101300)

近年来，随着航空运输量的快速增长，机场跑道、滑行道长期处于满负荷运转状态，特别是近年来波音787、A380等重吨位飞机的广泛应用，使原沥青混凝土道面出现了不同程度的轮辙、痈包等病害，影响了道面的使用性能。科学合理的面层混合料配合比，可有效的改善此种现象，本论文结合首都机场某滑行道加铺改造工程，对上面层所用SMA-13型改性沥青混合料配合比进行试验研究。从原材料选取、混合料级配配比及外加剂掺入等方面进行分析研究，最终选出性能优良的沥青混合料。

机场道面；沥青混合料；马歇尔配合比；路用性能

引言

目前，国内大部分机场运行繁忙，加之F类等大体积飞机的应用，使道面受到的荷载及冲击力越来越大，很多机场都出现了不同程度的轮辙、痈包等现象，严重的影响了道面的安全使用，给飞机的正常运行带来较大安全隐患；本研究结合首都机场某滑行道加铺改造工程，对其上面层SMA-13改性沥青混合料配合比进行研究，希望找出路用性能优良的沥青混合料，提高道面的高温及水稳定性等性能。

1. 原材料

1.1 集料

选用玄武岩(10～15mm、5～10mm)和石灰岩(3～5mm)粗集料，集料相关试验指标测试参照《公路工程集料试验规程》(JTJ E42-2005)进行，测试结果汇总如下。

玄武岩粗集料磨光值(PSV)为43，坚固性为3.1%，压碎值为12.2%，洛杉矶磨耗损失为14.1%。粒径10～15mm玄武岩，毛体积相对密度为2.790g/cm3，表观相对密度为2.928 g/cm3，吸水率为1.70%，细长扁平颗粒含量为1.4%；粒径5～10mm玄武岩，毛体积相对密度为2.721 g/cm3，表观相对密度为2.922 g/cm3，吸水率为2.54%；粒径3～5mm玄武岩，毛体积相对密度为2.715g/cm3，表观相对密度为2.805 g/cm3，吸水率为1.18%。沥青粘附性等级为4级，水洗法<0.075mm颗粒含量为2.2%，软石含量为1.0%。

根据试验结果，粗集料的各技术指标基本都满足规范要求，可以用在本次配合比设计及工程中。

表1粗集料粒径级配

从表1可以看出10～15mm集料的级配与规范差别较大，从现场取料情况可以看出10～15mm粒径的集料细集料含量较多，所以筛分时，将该集料先通过4.75mm筛孔后再进行筛分。建议厂家向现场送料时减少10～15mm的细料含量。

5～10mm中4.75mm及3～5mm中2.36mm的通过率不满足规范要求，在工程施工中应严格控制该集料质量，使得各筛孔通过率满足规范要求。

对石灰岩细集料进行材料性能检测，其中视密度为2.794g/cm3，砂当量为78%，坚固性为3.6%，小于0.075mm颗粒含量为19.7%，材料指标均符合规范要求，细集料筛分结果见表2。

表2石灰岩石屑粒径级配

通过表2可以看出，细集料小于0.075mm颗粒含量及0～3mm中2.36mm、0.6mm和0.075mm的通过率不满足规范要求，在工程施工中应严格控制细集料质量，使得各筛孔通过率满足规范要求。

1.2 填料

本研究采用矿粉作为沥青混合料的填料，它的作用十分重要，其质量好坏将直接影响混合料的性能。矿粉必须由石灰岩类碱性岩石磨制而成。对所用矿粉进行检测，检测结果见表3。

表3石灰石矿粉检测结果

从表3可以看出，矿粉各技术指标都符合《民用机场沥青混凝土道面施工技术规范》(MH5011-1999)的要求，可以用在本次配合比设计研究中。

1.3 沥青

本论文在进行沥青性能试验时，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)的相关试验方法进行，检测结果如下所示。

针入度52.9(0.1mm)，软化点87.7℃，延度69.8cm，当量软化点T800为57.6℃，当量脆点T1.2为-16.3℃，闪点(COC)271℃，密度(25℃)1.002g/cm3，弹性恢复(15℃)97。对基质沥青进行薄膜加热试验，试验结果为质量损失0.022%，针入度比67.5%，延度66.6cm。

测试结果表明，改性沥青技术指标均满足要求。

1.4 纤维

采用聚丙烯腈纤维进行试验，其主要技术指标检测结果如下。

直径为12.7μm，长度6mm，抗拉强度为522 MPa，断裂伸长率为17.5%，耐热性210℃烘2小时，体积无变化。

聚丙烯腈纤维的各指标都满足规范要求，可以用在本次配合比设计研究中。

1.5 抗车辙剂

添加沥青混合料质量0.5%的抗车辙剂能获取较高的混合料动稳定度。抗车辙剂基本指标如下。

密度为0.92 g/cm3，熔体质量流动率(190℃，2.16kg)为7～10g/10min，吸水率为0.2%，软化点为147℃。

抗车辙剂的各指标都满足技术要求，可以用在本次配合比设计及工程中。

2. SMA-13沥青混合料配合比设计

2.1 集料级配设计

配制粗、中、细3组级配的沥青混合料，配比如下。

粗级配中10～15mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm以及矿粉比例分别为51%、26%、5%、7%、11%；中级配中10～15mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm以及矿粉比例分别为50%、25%、6%、8%、11%；细级配中10～15mm、5～10mm、3～5mm、0～3mm以及矿粉比例分别为49%、24%、7%、9%、11%；

合成矿料级配见表4，级配曲线见图1。

表4 SMA-13矿料的合成级配

图1 SMA-13级配曲线

根据以往类似机场工程的实践经验，选用油石比6.0%作为初试油石比，采用马歇尔设计方法，按照规范要求成型试件，测定试件的各项物理指标。具体数据见表5。

表5初试级配的性能指标

按照我国《公路沥青玛蹄脂碎石路面施工技术指南》(SHC F40-01-2002)的建议，选用级配的体积指标VCAmix必须小于VCADRC，且VMA宜大于16.5%。在空隙率满足规范要求的情况下，采用更粗的集料级配更能提高沥青混凝土的高温稳定性(抗车辙性能)，通过分析上表可确定粗级配为矿料设计级配。

2.2 最佳油石比的确定

选取3个油石比进行马歇尔试验，分别为5.7%、6.0%、6.3%。

计算结果见表6。

表6采用不同油石比的马歇尔试验结果

由表6中数据分析，考虑设计空隙率为3～5%，决定采用6.1%作为最佳油石比。

2.3 路用性能验证

采用国内某品牌沥青，选取最佳油石比6.1%，对SMA-13沥青混合料进行路用性能验证，结果如下。

析漏试验试验结果为0.07%，飞散试验(-10℃)试验结果为3.5%，车辙动稳定度为10299次/mm，残留马歇尔稳定度比为86.6%，冻融劈裂强度比为84.8%，渗水系数为36.7mL/min，构造深度为0.82mm。

从以上结果分析，在最佳油石比6.1%时，用此品牌改性沥青混合成型的SMA-13沥青混合料性能检验结果和马歇尔试验结果均达到相应的技术要求；添加沥青混合料质量0.5%的抗车辙剂，沥青混合料动稳定度达到10299次/mm。

3.主要结论

通过此次对SMA-13沥青混合料配合比设计研究，为了提高沥青混合料的高温性能，可以得出以下方法结论：

(1)选取优质集料，严格控制各项指标，使其在规范要求范围内。

(2)为了提升沥青混合料的路用性能，可以合理添加外加剂，如抗车辙剂。

(3)骨料选取尽可能选用骨架密实的粗级配。

[1]MH5011-1999.民用机场沥青混凝土道面施工技术规范[S].

[2]JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]JTJ E20-2011.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[4]JTG E42-2005.公路工程集料试验规程[S].

[5]黄晓明.沥青与沥青混合料[M].

StudyonMixProportionDesignofRoadSurfaceSMA-13AsphaltMixtureforCivilAirport

KONG Fan-dong
(Beijing Capital International Airport Co. Ltd, Beijing 101300, China)

In recent years, due to the rapid growth of the aviation industry, the airport runways and taxiways are running at full capacity for a long time, especially such as the Boeing 787 and A380 heaviest aircraft widely used make the original asphalt concrete pavement appear the wheelmark, carbuncles with different degrees and other diseases, affecting the use of pavement performance. Scientific and rational surface layer mixture can effectively improve this phenomenon. This paper, combining the capital airport taxiway reconstruction project, carries out the mix proportion test of SMA-13 modified asphalt mixture on the upper layer. From raw material selection, mixture distribution ratio and additives, making analysis, finally selecting the excellent asphalt mixtures.

airport pavement; asphalt mixture; Marshall mixture ratio; road performance

U414

A

1671-3974(2017)04-0060-04

2017-09-02

孔凡东(1986- )，男，硕士，北京首都国际机场股份有限公司工程师，负责机场场道工程管理。