礦料級配對瀝青混合料質(zhì)量的影響與控制

引言現(xiàn)今瀝青混凝土路面被廣泛應(yīng)用在我國高等級公路中，因此瀝青路面帶來的質(zhì)量控制問題也引起越來越多的重視。這些問題既與施工本身相關(guān)，也與瀝青混合料組成相關(guān)，其中瀝青混合料的礦料級配尤為重要[1]。礦料級配是瀝青路面實測項目的關(guān)鍵因素，它直接影響瀝青混合料的質(zhì)量。目前JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對礦料級配有嚴格的質(zhì)量技術(shù)要求，應(yīng)滿足粗集料的含泥量、針片狀及細集料的砂當量等標準，因此有必要加強對路面礦料的質(zhì)量控制。而礦料技術(shù)指標常常與碎石生產(chǎn)工藝息息相關(guān)。一些碎石廠家為了提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)標準，比如對于母材，采石場內(nèi)存在夾層土、風化石、綠皮植物等，生產(chǎn)的礦料含泥量比較多，導致同瀝青的黏附性差，礦料中軟弱顆粒含量較多，使路用性能較差；還有為了降低成本，生產(chǎn)設(shè)備、篩網(wǎng)磨損、破壞后更換不及時，導致礦料粒徑變化過大，超出單粒級級配要求，很大程度上導致礦料級配無法達到瀝青路面施工建設(shè)標準[2-7]。針對以上出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題，汕湛高速公路一標瀝青路面項目結(jié)合多年碎石場及瀝青混凝土拌合站生產(chǎn)管理經(jīng)驗，不斷改進設(shè)備工藝、檢測方法，提高生產(chǎn)技術(shù)。1、工程概況

中鐵二局廣東汕湛高速公路主線一標路面工程汕頭至揭西段，全線瀝青混合料由兩個瀝青拌合站完成，起始里程為K0+000～K41+700，主線全長41.7km。公路等級為一級，雙向六車道高速公路，設(shè)計車速為120km/h。項目位于廣東省東南沿海，氣候分區(qū)指標為夏炎熱冬溫潮濕區(qū)（1-4-1）。表1為該路面各結(jié)構(gòu)層厚度及類型。全線中、下面層原材料本著“就地選材”的原則選用碎石場自產(chǎn)碎石；上面層原材料由于玄武巖的多孔特點不適應(yīng)本項目氣候特點，最終確定上面層材料為輝綠巖。綜上確定礦料來源為：機制砂及上面層輝綠巖碎石均為采購，其余層次碎石均為自產(chǎn)。表1路面各層次結(jié)構(gòu)形式

2、碎石加工工藝原理與關(guān)鍵技術(shù)

工藝原理：（1）對采石場料源進行挑選，剔除夾層土、綠皮植物等，確保母材符合要求；（2）合理規(guī)劃加工場地，安裝破碎機和篩子；（3）根據(jù)各檔集料的規(guī)格和大體比例，確定破碎機的生產(chǎn)參數(shù)和產(chǎn)量；（4）根據(jù)篩分結(jié)果，反復地試驗，確定篩子類型、篩孔尺寸、篩子傾角、網(wǎng)片設(shè)置形式和尺寸，以滿足規(guī)范和設(shè)計要求；（5）對母材進行破碎，并定期進行試驗檢測，根據(jù)實際情況對生產(chǎn)設(shè)備進行標定和維護。石料加工過程關(guān)鍵技術(shù)主要有3方面：加工工藝流程、振動篩的配置、設(shè)備調(diào)試。這3方面關(guān)鍵技術(shù)也是影響礦料級配質(zhì)量的主要原因，對其相關(guān)過程控制進行分析如下。（1）破碎工藝的確定。石料加工常用的工藝流程有3種類型：一是兩級破碎，顎式破碎→反擊式或圓錐式破碎→篩分；二是三級破碎，顎式破碎→反擊式、錘式或圓錐式破碎→反擊式或錘式破碎（顆粒整形）→篩分；三是四級破碎，顎式破碎→反擊式、錘式或圓錐式破碎→反擊式或錘式破碎（顆粒整形）→沖擊式破碎→篩分。（2）破碎機類型的確定。礦料破碎機有很多類型，最常用的為顎式、圓錐式或錘式、反擊式等，每種類型都有其適用范圍，根據(jù)本項目礦料需要、母材性質(zhì)和現(xiàn)場加工特點，中、下面層碎石選取三級破碎，石料破碎的組合方式和特點見表2，碎石加工工藝流程如圖1所示。同時生產(chǎn)集料時為控制成品的粉塵含量應(yīng)在生產(chǎn)過程中添加引風除塵設(shè)備或者必要時將成品經(jīng)過水洗。表2破碎組合方式和特點

圖1碎石加工工藝流程（3）篩子類型。常用的篩子類型有振動篩、拖篩和滾筒篩3種，篩分效果都比較理想，根據(jù)現(xiàn)場的場地條件，本項目使用振動篩。根據(jù)設(shè)定的產(chǎn)量，需要確定振動篩的轉(zhuǎn)速、篩子的傾角，傾角大、轉(zhuǎn)速快相應(yīng)的集料產(chǎn)量就高，反之就低。（4）振動篩各參數(shù)設(shè)置方式的確定。根據(jù)集料的規(guī)格要求設(shè)置篩網(wǎng)孔徑，一般要比規(guī)范要求集料的最大公稱粒徑大2～5mm，具體的設(shè)置，還要根據(jù)集料的粗細、含量和振動篩的傾角作適當?shù)恼{(diào)整。集料偏粗并且含量大，則適當?shù)卦龃蠛Y網(wǎng)孔徑；振動傾角大，也要適當?shù)卦龃蠛Y網(wǎng)孔徑。反之則減小篩網(wǎng)孔徑。礦料生產(chǎn)線上的篩網(wǎng)使用振動篩，與瀝青拌合樓使用的振動篩基本一致。每種混合料應(yīng)控制關(guān)鍵篩孔包括其公稱最大粒徑對應(yīng)的篩孔，通常中、下面層用集料在生產(chǎn)時用同一組篩網(wǎng)，抗滑磨耗層集料加工時用單獨一組篩網(wǎng)。常用的篩網(wǎng)設(shè)置見表3。表3瀝青混合料用粗集料常見篩網(wǎng)設(shè)置同時篩網(wǎng)網(wǎng)片長度要根據(jù)各檔集料的粗細程度和含量設(shè)置。先在第一級傳送帶（即破碎后的第一級傳送帶）截取一段集料，進行篩分，確定每一檔集料的含量和規(guī)格，如果某檔集料含量高，則適當加長網(wǎng)片長度；較細的集料也要加長網(wǎng)片長度。反之則縮短網(wǎng)片長度。網(wǎng)片的設(shè)置方式為靠近集料入口處為細料篩，按從小到大的順序依次排列網(wǎng)片；再根據(jù)產(chǎn)量的大小，確定采用幾層網(wǎng)片。以上幾種參數(shù)對集料成品規(guī)格的影響并非單一作用，而是互相影響，所以在調(diào)整過程中需要幾種措施聯(lián)合實施，根據(jù)實際的篩分情況進行某一項或者某幾項參數(shù)調(diào)整，直至生產(chǎn)出合格的集料。2.1設(shè)備調(diào)試

生產(chǎn)的集料規(guī)格除了和振動篩的配篩有密切關(guān)系外，還與反擊破碎機械結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。反擊破碎機上有兩塊反擊板，形成兩個破碎腔，調(diào)節(jié)套筒螺母，可改變反擊板和板錘之間的間隙，從而改變生產(chǎn)的集料粒徑。通常第一反擊板間隙較大，作為粗碎部分；第二反擊板間隙較小一些，作為中細碎部分。正常生產(chǎn)前調(diào)整兩塊反擊板間間隙，使生產(chǎn)的石料符合預定粒徑通過率。通常加工中、下面層集料時，第一反擊板間隙調(diào)整為35mm，第二反擊板間隙調(diào)整為25mm；加工上面層集料時，第一反擊板間隙為30mm，第二反擊板間隙為20mm。有的碎石加工場為加大碎石產(chǎn)量把反擊破破碎腔的反擊板與板錘之間的間隙調(diào)整得很大。以汕湛高速項目一標碎石加工場為例，調(diào)整間隙與各材料之間的粒徑（見表4）。由表4可以看出，第一次生產(chǎn)的集料僅10~25mm規(guī)格的集料符合級配要求，粒徑偏粗，表明反擊破碎石機的中、細破碎腔的反擊板與板錘之間的間隙偏大，應(yīng)調(diào)小。經(jīng)過3次調(diào)整，4種規(guī)格集料均符合要求。表明通過調(diào)整破碎機破碎腔的反擊板與板錘之間的間隙可改變集料的粒徑與級配。在碎石生產(chǎn)過程中能否生產(chǎn)出預期粒徑與級配的集料，調(diào)整好適合的反擊板與板錘之間的間隙是至關(guān)重要的。表4反擊板間隙與集料粒徑的關(guān)系2.2操作要點（1）考察料源，掌握料源質(zhì)量、運距等信息；（2）場地硬化，并設(shè)置排水邊溝，防止集料二次污染；（3）安排破碎機儲料倉和料場存料倉時，充分考慮生產(chǎn)的集料運輸至料場的運距，根據(jù)每種單粒級集料的產(chǎn)量合理分配儲料倉；（4）按照已定的產(chǎn)量，設(shè)計合理的篩孔尺寸、篩片長度，保證單粒級集料符合規(guī)范要求；（5）為降低揚塵、分級徹底，安裝排風除塵裝置，必要時加入適量的水；（6）雨季生產(chǎn)時，做好振動篩的覆蓋，防止破碎時分級不徹底。如雨后進場的料源含水量過大，破碎時需水洗，并設(shè)置沉淀池，對用過的水沉淀后回收重復利用，節(jié)約水資源；（7）成品集料要覆蓋或搭建遮雨棚，保持集料干燥，從而使用時可節(jié)約燃料能源；（8）集料加工時，按照調(diào)試時的產(chǎn)量進行生產(chǎn)控制，以確保生產(chǎn)的集料規(guī)格穩(wěn)定。

3、質(zhì)量控制

3.1實驗室控制試驗人員應(yīng)參與集料生產(chǎn)的全過程，從原材料的考察到成品集料的指標檢測，均嚴格按要求進行控制。生產(chǎn)前通過大量的試驗，調(diào)整篩孔尺寸、篩片長度和設(shè)備參數(shù)；生產(chǎn)過程中按照頻率對粗、細集料進行檢測，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整，確保生產(chǎn)的集料滿足質(zhì)量要求。對于粗集料應(yīng)潔凈、干燥、表面粗糙，在高溫多雨地區(qū)瀝青路面用集料可適當提高壓碎值、含泥量等標準。當使用花崗巖等酸性石料時應(yīng)采取措施提高混合料的水穩(wěn)定性，如摻加水泥或消石灰、使用高黏度的瀝青、在瀝青中摻加抗剝落劑等。汕揭項目按設(shè)計要求摻加水泥。當單一規(guī)格集料級配不符合要求，但經(jīng)摻配合成后符合要求時，工程上允許使用。對于細集料加工控制關(guān)鍵指標之一是控制0.075mm的通過率。細集料生產(chǎn)過程中通常存在以下問題：（1）石場生產(chǎn)設(shè)備上未安裝引風除塵設(shè)備，導致小于0.075mm的含量超過15%（規(guī)范要求值）；（2）加工過程中采用整形設(shè)備來滿足針片狀以及細集料棱角性指標技術(shù)要求，但是用了沖擊破時往往小于0.075mm的含量會大于15%導致合成級配中粉料含量過大，級配的礦料間隙率難滿足要求；（3）碎石場在生產(chǎn)細集料時沒采用引風除塵設(shè)備而采用水洗設(shè)備，水洗設(shè)備只適用于清洗2.36mm以上的粗集料，不能解決0~2.36mm細集料中的粉塵含量，使用了水洗設(shè)備的生產(chǎn)的細集料反而不利于路面施工質(zhì)量控制。細集料的棱角性指標對混合料的施工性能和使用性能起著至關(guān)重要的作用；在細集料中0.15~0.3mm及0.3~0.6mm部分的棱角性最小，這就是瀝青混合料最忌諱在這部分出現(xiàn)“駝峰”的原因。規(guī)范中S16規(guī)格0~3mm細集料要求0.075mm的通過率為0%~15%（見表5）。但是通過試驗摻配發(fā)現(xiàn)，當0.075mm含量控制在8%~12%時最佳，這樣有利于減少細集料中的含泥量、增加集料與瀝青的黏附性，而且還利于控制瀝青混合料生產(chǎn)時的級配合成曲線。表5瀝青混合料細集料級配范圍要求3.2常見質(zhì)量問題及改進措施（1）集料力學性能不能滿足要求。主要是由于料源質(zhì)量檢測和控制不嚴，導致不合格的母材進場。需加強試驗監(jiān)管力度，適當增加抽檢頻次，杜絕不合格材料進場。（2）各檔集料的比例產(chǎn)生較大波動。一般情況下表現(xiàn)為粗集料比例越來越大，細集料比例越來越小。主要原因是總產(chǎn)量增大且不穩(wěn)定或者破碎機破頭磨損過大，達不到破碎效果。對此首先要穩(wěn)定總產(chǎn)量，并檢查破碎機的情況，如破頭磨損過大，須及時更換。（3）某一檔或者幾檔集料產(chǎn)生混料現(xiàn)象，導致單粒級不符合要求。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：一是某檔網(wǎng)片開焊，網(wǎng)片孔徑增大;二是產(chǎn)量增加，篩分不充分;三是網(wǎng)片長度不夠，篩分不充分。對此首先要穩(wěn)定產(chǎn)量，然后檢查各檔篩孔是否開焊或者撐大，最后檢查網(wǎng)片長度和破碎機的磨損情況。（4）集料0.075mm的通過率偏高。母材強度降低，母材含水量偏大、除塵排風口堵塞或者破碎機磨損等都可能導致集料0.075mm的通過率偏高。應(yīng)首先排查原因，針對具體問題采取換料、遮擋、增大除塵排風口等措施，降低0.075mm以下粉塵含量。3.3碎石質(zhì)量主要指標對比通過對自產(chǎn)和外購同種碎石做對比檢測（其檢測結(jié)果見表6），經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)碎石場自產(chǎn)碎石集料指標更具有優(yōu)異性，說明碎石場的優(yōu)勢在工藝技術(shù)和質(zhì)量控制管理方面得到體現(xiàn)。表6外購集料和自產(chǎn)碎石的集料檢測主要指標對比3.4瀝青拌合樓生產(chǎn)及配合比設(shè)計在目標配合比確定后，利用施工實際要使用的拌合機進行試拌以確定生產(chǎn)配合比。瀝青混凝土拌合樓應(yīng)采用工藝先進、品牌成熟的間歇式拌和樓，優(yōu)先選用瑪連尼、日工、阿斯泰克、安曼等成熟品牌拌和樓等。瀝青混合料在施工生產(chǎn)中通常采用間歇式拌合機（如圖2所示）。圖2間歇式拌合機示意圖瀝青混合料的礦料級配是配合比設(shè)計的重要部分。級配良好的混合料具有密實、強度高、抗變形能力強等特點。為此，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)既往成功工程經(jīng)驗，根據(jù)汕湛高速公路設(shè)計圖紙規(guī)定要求各面層生產(chǎn)時設(shè)置熱料倉篩孔。拌合樓振動篩篩網(wǎng)尺寸應(yīng)充分考慮各熱料倉供料平衡，不同級配必須配置不同篩孔組合，篩孔設(shè)置見表7。表7間隙式拌合樓用振動篩的等效篩孔應(yīng)嚴格控制公稱最大粒徑、4.75mm、2.36mm和0.075mm等關(guān)鍵篩孔的通過量。拌合溫度及時間取試驗段確定的拌合參數(shù)，拌合時間以瀝青均勻裹覆集料為度，一般每盤不少于45s（其中干拌5～10s），改性瀝青不少于50s，投放次序應(yīng)遵循粗集料同瀝青充分拌合后再進行礦粉投放原則。確定熱料倉篩孔尺寸，安裝振動篩，啟動拌合樓，按冷料倉設(shè)計流量向拌合樓供料，待供料穩(wěn)定后停機，分別從各熱料倉取樣，進行篩分試驗。根據(jù)各熱料倉礦料的篩分結(jié)果，以目標合成級配為參照進行礦料組成設(shè)計，使合成級配最大限度地與目標級配接近，確定各熱料倉礦料的配合比例。在目標配合比最佳油石比±0.3%以內(nèi)進行控制，成型3組油石比的馬歇爾試件，并進行馬歇爾試驗，由此確定生產(chǎn)配合比。按照確定的生產(chǎn)配合比進行拌合樓試拌，觀察混合料級配和油石比，取樣對混合料進行馬歇爾試驗、抽提試驗，檢查礦料級配和油石比是否滿足設(shè)計要求。4、建立路面質(zhì)量檢測管理辦法

（1）嚴格按JTGF40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》檢查項目與頻度，對各種原材料進行抽樣試驗，其質(zhì)量應(yīng)符合本規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求。每個檢查項目的平行試驗次數(shù)或一次試驗的試樣數(shù)必須按相關(guān)試驗規(guī)程的規(guī)