高強(qiáng)頁巖陶粒在瀝青混凝土路面中的研究與應(yīng)用QC成果報告

1、高強(qiáng)頁巖陶粒在瀝青混凝土路面中的研究與應(yīng)用 小組名稱：湖北益通志遠(yuǎn)QC小組課題類型：創(chuàng)新型編 寫：張安玲 陳 潔發(fā) 布：陳 潔湖北益通建設(shè)工程有限責(zé)任公司二一二年二月十四日高強(qiáng)頁巖陶粒在瀝青混凝土路面中的研究與應(yīng)用湖北益通建設(shè)工程有限責(zé)任公司【摘 要】本QC課題針對陶粒與普通粗集料不同的特點、結(jié)合現(xiàn)有公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，系統(tǒng)引入并論證了體積-質(zhì)量轉(zhuǎn)化法，成功制備并大規(guī)模應(yīng)用了陶粒瀝青混合料，其各項性能指標(biāo)滿足設(shè)計要求。通過對路用性能的對比檢測和分析，與普通瀝青混合料相比，陶粒瀝青混合料具有優(yōu)良的持續(xù)抗滑性能、吸音降噪、低溫抗裂性、抗剝落性和經(jīng)濟(jì)性。研究和確定了適合陶粒的生產(chǎn)工藝和施工方法

2、，科技成果達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，對開發(fā)頁巖資源和陶粒代替普通粗集料在瀝青混合料中大規(guī)模應(yīng)用具有指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】頁巖陶粒 普通粗集料 瀝青混合料 路用性能 經(jīng)濟(jì)性一、QC課題背景1、選題背景普通瀝青混合料中粗集料一般采用石灰?guī)r、輝綠巖和玄武巖等天然集料。頁巖陶粒是由頁巖燒脹而成的輕集料，其內(nèi)部為蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)，外表為堅硬的釉質(zhì)層，密度小，強(qiáng)度高。內(nèi)部大量微孔外露，形成粗糙紋理；使路面具有優(yōu)良的耐磨和持續(xù)抗滑性能。封閉、獨立微孔多，使吸音能力強(qiáng)、模量低?？善鸬浇档驮胍?、抗凍融的作用。細(xì)小微孔多，增大了陶粒的比表面積，使陶粒與瀝青的粘附性強(qiáng)，瀝青混合料的抗剝落性更好。另外頁巖陶粒相對潔凈，在拌合中揚

3、塵少，能減輕對環(huán)境的污染。頁巖陶粒瀝青混合料在城市高速公路、隧道、橋面鋪設(shè)中具有很好的推廣應(yīng)用價值，這種面層材料不僅具有持續(xù)抗滑、降低噪音等性能，而且能大大減輕橋梁自重，有效降低工程成本。2、工程簡介宜昌市北門外正街綜合改造工程，位于宜昌市老城區(qū)北門，起點為東湖一路，終點為西陵一路，道路全長1.9km。該工程中首次大規(guī)模應(yīng)用高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青混凝土攤鋪技術(shù)。全段上面層1.9km鋪設(shè)高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青混凝土，下面層鋪設(shè)400m高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青混凝土。道路結(jié)構(gòu)層為新建砼基層+6cm厚AC-20瀝青混凝土下面層+4cm厚AC-13瀝青混凝土上面層。該工程是國內(nèi)首次在1.9km長的完整道路上鋪設(shè)高強(qiáng)頁巖陶

4、粒瀝青混合料，也是國內(nèi)首次在道路下面層采用高強(qiáng)陶粒瀝青混合料。很多學(xué)者和專家前來考察這條用陶粒鋪設(shè)的道路。產(chǎn)生了一定經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。二、QC課題成果1、陶粒瀝青混合料中頁巖陶粒與瀝青最優(yōu)匹配方式的研究在中國城市經(jīng)濟(jì)（國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN 114085/F、國際標(biāo)準(zhǔn)刊號：ISSN10089721）2011年第2期發(fā)表。2、頁巖陶粒在瀝青混凝土路面中的研究與應(yīng)用2010年宜昌市科技研究與開發(fā)指導(dǎo)性項目，經(jīng)專家鑒定評審，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。湖北省成果登記號：EK110802.3、高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青混凝土路面施工工法被批準(zhǔn)為企業(yè)級工法，并已完成省級工法的初審工作。三、主要內(nèi)容1、分析比較陶粒與普通集料的

5、毛體積相對密度、壓碎值、洛杉磯磨耗值等性能指標(biāo)的差異，提出適于陶粒瀝青混合料的礦料配合比設(shè)計方法。2、針對陶粒表面的釉質(zhì)層結(jié)構(gòu)和不同的制作工藝，通過不同等級、不同燒成工藝的陶粒與普通瀝青、改性瀝青的粘附性試驗，抗車轍能力及水穩(wěn)性試驗初步確定陶粒與瀝青的最佳匹配方式。3、制備滿足現(xiàn)行公路規(guī)范要求的連續(xù)級配陶粒瀝青混合料、間斷級配陶粒瀝青混合料，通過試驗段的鋪設(shè)，提出適用于陶粒瀝青混合料的生產(chǎn)及施工工藝。4、對陶粒瀝青混合料與普通瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對比檢測和分析，挖掘陶粒瀝青混合料具有的優(yōu)良性能，并對上述兩種瀝青混合料的性價比進(jìn)行分析，論證陶粒瀝青混合料替代普通瀝青混合料大規(guī)模應(yīng)用的可行性。

6、四、主要創(chuàng)新點1、提出并驗證了適用于陶粒的瀝青混合料配合比設(shè)計方法-體積質(zhì)量轉(zhuǎn)化法。由于陶粒的毛體積密度只有普通集料密度的60%左右，采用現(xiàn)有施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計方法設(shè)計的陶粒瀝青混合料礦料間隙率偏大，導(dǎo)致油石比提高，高溫穩(wěn)定性降低，因此提出了體積-質(zhì)量轉(zhuǎn)化法，采用該方法設(shè)計并制備的瀝青混合料能很好的達(dá)到施工技術(shù)規(guī)范的要求。2、提出適合陶粒瀝青混合料的原材料最優(yōu)搭配。針對陶粒表面釉質(zhì)層結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和密度等級的不同，通過對不同類型陶粒與普通瀝青、改性瀝青的粘附性試驗，并結(jié)合連續(xù)級配陶粒瀝青混合料的馬歇爾試驗、水穩(wěn)定性試驗結(jié)果，確定陶粒與瀝青的最佳匹配方式。3、提出適用于陶粒的瀝青混合料的生產(chǎn)工藝和施

7、工方法。針對陶粒及陶粒瀝青混合料的特點，并根據(jù)試驗段鋪設(shè)陶粒瀝青混合料的經(jīng)驗，提出了原材料貯藏、拌合、運輸、攤鋪及碾壓方法，形成了路面施工工法。五、QC課題實施過程從2010年初開始，本QC小組分析了課題的重點、難點和關(guān)鍵點，制定了每個階段的實施計劃，組織公司各單位的技術(shù)骨干和管理專家分3個階段進(jìn)行研究和攻關(guān)。在實施課題過程中，QC小組重點關(guān)注課題本身的適應(yīng)性，堅持課題必須為生產(chǎn)和應(yīng)用服務(wù)，必須與現(xiàn)場需求相吻合，反復(fù)修改階段性的目標(biāo)，把握課題運行的方向。深入到相關(guān)工地，現(xiàn)場驗證課題的可行性，有效的實施了課題實施的過程管理，使項目成果按照計劃順利完成。先后解決了配合比設(shè)計計算、油石比增大成本提高

8、、陶粒含水率高、攤鋪碾壓過程中陶粒易碾壓破碎等難題，特別關(guān)注了課題實施過程中陶粒瀝青混合料路面浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性等道路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求。按照創(chuàng)新和改進(jìn)的要求不斷深化課題的內(nèi)容，堅持理論配合比試驗和施工現(xiàn)場攤鋪相結(jié)合，大大提高了課題的層次和水平。該課題成果經(jīng)專家鑒定達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平，為陶粒瀝青混合料新材料在市政道路的推廣和應(yīng)用提供了技術(shù)保障，并取得了一定經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。得到了相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)領(lǐng)導(dǎo)、專家和學(xué)者的高度評價。六、QC管理措施及效果1、目標(biāo)值的實現(xiàn)本QC小組邀請了武漢理工大學(xué)王發(fā)洲教授等專家學(xué)者進(jìn)行了技術(shù)指導(dǎo)，能在自己實驗室進(jìn)行大量的研究和檢測工作，同時我們具有全國最早

9、在白沙路試鋪陶粒瀝青混凝土路面的施工經(jīng)驗、檢驗參數(shù)；公司領(lǐng)導(dǎo)對小組活動大力支持，提供了必要的活動經(jīng)費；QC小組成員具有豐富的知識和經(jīng)驗，有很強(qiáng)的科研能力、創(chuàng)新能力。確保QC課題目標(biāo)值得以實現(xiàn)。2、目標(biāo)值的設(shè)定通過QC小組成員對課題進(jìn)行分析，確定本次QC課題的目標(biāo)為：提高瀝青混凝土路面的路用性能。設(shè)定目標(biāo)值為：（1）降低瀝青混凝土路面噪音2dB；（2）抗凍融破壞能力提高5%；（3）抗剝落能力增加10%；（4）一年內(nèi)道路摩擦系數(shù)無下降。3、提出課題方案邀請知名專家召開了研討會，對陶粒在瀝青混合料中的應(yīng)用方案進(jìn)行討論。根據(jù)陶粒的不同結(jié)構(gòu)類型，提出了如下方案：分別以圓球型800級、圓球型900級、破碎

10、型800級和破碎型900級這四種不同類型的陶粒研究和生產(chǎn)瀝青混合料。通過對原材料和馬歇爾試件的檢測，選定綜合性能優(yōu)異的某種陶粒瀝青混合料再對其進(jìn)行優(yōu)化和應(yīng)用。圖1 圓球型、破碎型陶粒表觀圖4、方案對比分析對以上四種方案分別進(jìn)行材料性能及配合比試驗，各試驗檢測指標(biāo)對比如下。表1陶粒與瀝青粘附性試驗粘附性等級圓球型800級破碎型800級圓球型900級破碎型900級SBS I-D改性瀝青4545表2陶粒瀝青混合料性能指標(biāo)方案陶粒瀝青混凝土浸水殘留穩(wěn)定度%凍融劈裂強(qiáng)度%高溫穩(wěn)定性N一C80091.484.13530二C90093.885.53822三S80085.579.73361四S90087.88

11、1.43526表3最佳方案確定表方案陶粒類型技術(shù)可行性目標(biāo)可行性施工合理性結(jié)論一C800不選二C900選用三S800不選四S900不選方案可行 方案不可行5、確定最佳方案通過對以上四種方案的對比分析，小組認(rèn)為方案二，即破碎型C900高強(qiáng)頁巖陶粒在技術(shù)可行性、目標(biāo)可行性、施工合理性等方面更具有優(yōu)勢，因此把破碎型C900級高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青混凝土作為最佳選擇方案及研究對象。6、制定對策（一）問題假想預(yù)測 本QC小組經(jīng)查閱相關(guān)資料，分析討論，根據(jù)實際情況預(yù)測在方案實施過程中可能出現(xiàn)以下3個問題。（1）陶粒含水率高。因陶粒多孔結(jié)構(gòu)，吸水性較強(qiáng)，導(dǎo)致骨料含水率偏高，拌制的瀝青混合料性能較差。（2）陶粒容易

12、被碾壓破碎。陶粒比普通石料強(qiáng)度小，陶粒瀝青混合料在碾壓成型過程中容易破裂，影響路用性能。（3）油石比增大，成本提高。與普通粗集料相比，陶粒占據(jù)了混合料中更多的體積，細(xì)集料在混合料中占有的體積更小，使混合料的礦料間隙率增大，這就需要更多的瀝青來填充礦料間隙，導(dǎo)致用油量增加，成本提高。（二）對策制定表4 對策制訂實施表序號預(yù)測問題對策目標(biāo)措施地點負(fù)責(zé)人1陶粒含水率高搭建防雨棚、降低充盈率陶粒干燥1.采用防雨布覆蓋等措施，減少陶粒與水份的接觸；2.降低烘干機(jī)的充盈率，使陶粒充分干燥。生產(chǎn)現(xiàn)場戴金淼2陶料容易被碾壓破碎縮短初壓區(qū)長度，盡快碾壓成型使其整體受力避免陶粒破碎 采用高溫緊跟、高頻低幅的原則，

13、初壓緊跟攤鋪機(jī)后碾壓，并保持較短的初壓區(qū)長度，盡快使表面壓實成型，使骨料整體受力，減小陶粒荷載，避免破碎發(fā)生。施工現(xiàn)場曹明亮3油石比增大，成本提高調(diào)整配合比、綜合成本分析油石比稍有增加，控制成本相差不大1.采用體積-質(zhì)量轉(zhuǎn)換法對配合比進(jìn)行調(diào)整，得到最佳油石比。2.進(jìn)行綜合成本分析，成本相差不大。試驗室陳潔7、對策實施對策實施一：對策實施二：對策實施三：表5 綜合經(jīng)濟(jì)成本分析表相關(guān)指標(biāo)AC-13C型陶粒瀝青路面AC-13C型輝綠巖瀝青路面粗集料單價（元/噸）240128油石比/%6.30%5.20%質(zhì)量百分比/%瀝青5.93%4.94%陶粒/輝綠巖粗集料31.66%51.29%輝綠巖細(xì)集料56.

14、39%39.01%石灰?guī)r礦粉6.02%4.76%壓實后單價(元/噸)瀝青58005.93%=343.9458004.94%=286.52陶粒/輝綠巖粗集料24031.66%=75.9812851.29%=65.65輝綠巖細(xì)集料12856.39%=72.1712839.01%=49.93石灰?guī)r礦粉1406.02%=8.431404.76%=6.66毛體積相對密度（t/m3）1.9902.465材料成本(元/噸)500.52408.76材料成本(元/立方米)500.521.990=996.03408.762.465=1007.59成本(4cm厚)元/平方米39.8440.30陶粒瀝青混合料比輝綠巖

15、瀝青混合料（厚度4cm）低0.46元/m2（注：礦粉140元/噸、改性瀝青5800元/噸、輝綠巖128元/噸、陶粒240元/噸。）8、實施效果檢查宜昌市北門外正街陶粒瀝青混凝土路面施工完成后,對現(xiàn)場陶粒瀝青混凝土路面的進(jìn)行試驗檢測，檢查結(jié)果如下：表6 路面檢測結(jié)果表檢測指標(biāo)設(shè)計值檢測值合格率厚度4cm+6cm4.1cm+6.2cm100%壓實度98%平均值99.6%100%平整度2.51.1100%抗滑性45 65100%滲水性 300ml/min113ml/min100%符合設(shè)計規(guī)范要求、質(zhì)量等級達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)（1）噪聲指標(biāo) 委托宜昌市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站進(jìn)行道路噪聲監(jiān)測。監(jiān)測依據(jù)：城市區(qū)域環(huán)境振動

16、測量方法(GB10071-88)。在同側(cè)路邊離車行道的路沿20cm處設(shè)3個監(jiān)測點，監(jiān)測時3臺噪聲統(tǒng)計分析儀同時進(jìn)行監(jiān)測，測量時封閉3段路段，為同一組試驗車勻速通過。檢測結(jié)果如下。表7 噪聲指數(shù)檢測結(jié)果路面噪聲檢測指標(biāo)上層單層陶粒瀝青混合料路面上下雙層陶粒瀝青混合料路面輝綠巖瀝青混合料路面檢測結(jié)果/dB76.875.178.2從表中分析得出，上下雙層陶粒瀝青路面與普通輝綠巖瀝青路面相比，前者降噪3.1dB。（2）低溫抗裂性能 依據(jù)T0716-1993進(jìn)行瀝青混合料劈裂試驗。試驗溫度-100.5，加載速率50mm/min，檢測結(jié)果見如下。表8 低溫抗裂性能檢測結(jié)果破壞應(yīng)力陶粒瀝青混合料輝綠巖瀝青混

17、合料技術(shù)指標(biāo)/N2500檢測結(jié)果/N35003100從上表可以看出陶粒瀝青混合料抵抗劈裂破壞的最大應(yīng)力為3500N，而輝綠巖瀝青混合料為3100N，比普通瀝青混合料抗凍融破壞能力提高12.9%。（3）抗剝落性 依據(jù)T0709進(jìn)行瀝青混合料浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗。一組試件的數(shù)量為4個, 檢測結(jié)果見下表。表9 抗剝落性能檢測結(jié)果浸水殘留穩(wěn)定度（%）陶粒瀝青混合料輝綠巖瀝青混合料規(guī)范要求80%檢測結(jié)果（%）94.3%85.6%從表中可以看出，陶粒瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度比普通輝綠巖瀝青混合料大10.2%，陶粒瀝青混合料受水損壞時抵抗剝落的能力更強(qiáng)。因此，陶粒瀝青混凝土路面的抗剝落性更強(qiáng)。（4）抗滑性

18、能依據(jù)JTG F80/1-2004進(jìn)行瀝青混合料路面抗滑性能檢測，檢測結(jié)果見下表。表10 抗滑性能檢測結(jié)果摩擦系數(shù)高強(qiáng)頁巖陶粒瀝青路面2010年11月2011年10月技術(shù)要求/BPN45檢測結(jié)果/BPN6567從表中可以看出，經(jīng)過一年時間的運行，頁巖陶粒瀝青混凝土路面的摩擦系數(shù)，不但沒下降，反而增加了2BPN。這與普通瀝青混凝土路面越磨越光滑的缺點截然相反，體現(xiàn)了陶粒瀝青混合料獨特的優(yōu)點。為驗證其持續(xù)抗滑性能，我們對2006年成型，通車四年半的白沙路 進(jìn)行抗滑性能對比檢測。依據(jù)JTG F80/1-2004進(jìn)行瀝青混合料路面抗滑性能檢測。 檢測指標(biāo)：摩擦系數(shù)；檢驗頻率：每200m測1處。表11 白沙路玄武巖瀝青混合料路面抗滑性能檢測結(jié)果路面抗滑性能2006年12月玄武巖瀝青路面2011年5月玄武巖瀝青路面技術(shù)要求/BPN45檢測結(jié)果/BPN6348表12 白沙路陶粒瀝青混合料路面抗滑性能檢測結(jié)果路面抗滑性能2006年12月陶粒瀝青路面2011年5月陶粒瀝青路面技術(shù)要求/BPN45檢測結(jié)果/BPN6266從上表對比可以看出，歷經(jīng)