礦料級(jí)配對(duì)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(guó)高等級(jí)公路中，因此瀝青路面帶來(lái)的質(zhì)量控制問(wèn)題也引起越來(lái)越多的重視。這些問(wèn)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(jí)配尤為重要[1]。礦料級(jí)配是瀝青路面實(shí)測(cè)項(xiàng)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(duì)礦料級(jí)配有嚴(yán)格的質(zhì)量技術(shù)要求，應(yīng)滿(mǎn)足粗集料的含泥量、針片狀及細(xì)集料的砂當(dāng)量等標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要加強(qiáng)對(duì)路面礦料的質(zhì)量控制。而礦料技術(shù)指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)于母材，采石場(chǎng)內(nèi)存在夾層土、風(fēng)化石、綠皮植物等，生產(chǎn)的礦料含泥量比較多，導(dǎo)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(shí)，導(dǎo)致礦料粒徑變化過(guò)大，超出單粒級(jí)級(jí)配要求，很大程度上導(dǎo)致礦料級(jí)配無(wú)法達(dá)到瀝青路面施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[2-7]。針對(duì)以上出現(xiàn)的主要質(zhì)量問(wèn)題，汕湛高速公路一標(biāo)瀝青路面項(xiàng)目結(jié)合多年碎石場(chǎng)及瀝青混凝土拌合站生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)設(shè)備工藝、檢測(cè)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(biāo)路面工程汕頭至揭西段，全線瀝青混合料由兩個(gè)瀝青拌合站完成，起始里程為K0+000～K41+700，主線全長(zhǎng)41.7km。公路等級(jí)為一級(jí)，雙向六車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)車(chē)速為120km/h。項(xiàng)目位于廣東省東南沿海，氣候分區(qū)指標(biāo)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(lèi)型。全線中、下面層原材料本著“就地選材”的原則選用碎石場(chǎng)自產(chǎn)碎石；上面層原材料由于玄武巖的多孔特點(diǎn)不適應(yīng)本項(xiàng)目氣候特點(diǎn)，最終確定上面層材料為輝綠巖。綜上確定礦料來(lái)源為：機(jī)制砂及上面層輝綠巖碎石均為采購(gòu)，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(duì)采石場(chǎng)料源進(jìn)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(chǎng)地，安裝破碎機(jī)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(jī)的生產(chǎn)參數(shù)和產(chǎn)量；（4）根據(jù)篩分結(jié)果，反復(fù)地試驗(yàn)，確定篩子類(lèi)型、篩孔尺寸、篩子傾角、網(wǎng)片設(shè)置形式和尺寸，以滿(mǎn)足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求；（5）對(duì)母材進(jìn)行破碎，并定期進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定和維護(hù)。石料加工過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)主要有3方面：加工工藝流程、振動(dòng)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(jí)配質(zhì)量的主要原因，對(duì)其相關(guān)過(guò)程控制進(jìn)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(lèi)型：一是兩級(jí)破碎，顎式破碎→反擊式或圓錐式破碎→篩分；二是三級(jí)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(jí)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(jī)類(lèi)型的確定。礦料破碎機(jī)有很多類(lèi)型，最常用的為顎式、圓錐式或錘式、反擊式等，每種類(lèi)型都有其適用范圍，根據(jù)本項(xiàng)目礦料需要、母材性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)加工特點(diǎn)，中、下面層碎石選取三級(jí)破碎，石料破碎的組合方式和特點(diǎn)見(jiàn)表2，碎石加工工藝流程如圖1所示。同時(shí)生產(chǎn)集料時(shí)為控制成品的粉塵含量應(yīng)在生產(chǎn)過(guò)程中添加引風(fēng)除塵設(shè)備或者必要時(shí)將成品經(jīng)過(guò)水洗。表2破碎組合方式和特點(diǎn)

圖1碎石加工工藝流程（3）篩子類(lèi)型。常用的篩子類(lèi)型有振動(dòng)篩、拖篩和滾筒篩3種，篩分效果都比較理想，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地條件，本項(xiàng)目使用振動(dòng)篩。根據(jù)設(shè)定的產(chǎn)量，需要確定振動(dòng)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(dòng)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(chēng)粒徑大2～5mm，具體的設(shè)置，還要根據(jù)集料的粗細(xì)、含量和振動(dòng)篩的傾角作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。集料偏粗并且含量大，則適當(dāng)?shù)卦龃蠛Y網(wǎng)孔徑；振動(dòng)傾角大，也要適當(dāng)?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(dòng)篩，與瀝青拌合樓使用的振動(dòng)篩基本一致。每種混合料應(yīng)控制關(guān)鍵篩孔包括其公稱(chēng)最大粒徑對(duì)應(yīng)的篩孔，通常中、下面層用集料在生產(chǎn)時(shí)用同一組篩網(wǎng)，抗滑磨耗層集料加工時(shí)用單獨(dú)一組篩網(wǎng)。常用的篩網(wǎng)設(shè)置見(jiàn)表3。表3瀝青混合料用粗集料常見(jiàn)篩網(wǎng)設(shè)置同時(shí)篩網(wǎng)網(wǎng)片長(zhǎng)度要根據(jù)各檔集料的粗細(xì)程度和含量設(shè)置。先在第一級(jí)傳送帶（即破碎后的第一級(jí)傳送帶）截取一段集料，進(jìn)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(dāng)加長(zhǎng)網(wǎng)片長(zhǎng)度；較細(xì)的集料也要加長(zhǎng)網(wǎng)片長(zhǎng)度。反之則縮短網(wǎng)片長(zhǎng)度。網(wǎng)片的設(shè)置方式為靠近集料入口處為細(xì)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(duì)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(guò)程中需要幾種措施聯(lián)合實(shí)施，根據(jù)實(shí)際的篩分情況進(jìn)行某一項(xiàng)或者某幾項(xiàng)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(dòng)篩的配篩有密切關(guān)系外，還與反擊破碎機(jī)械結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。反擊破碎機(jī)上有兩塊反擊板，形成兩個(gè)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(xì)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(yù)定粒徑通過(guò)率。通常加工中、下面層集料時(shí)，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(shí)，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(chǎng)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(xiàng)目一標(biāo)碎石加工場(chǎng)為例，調(diào)整間隙與各材料之間的粒徑（見(jiàn)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(jí)配要求，粒徑偏粗，表明反擊破碎石機(jī)的中、細(xì)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(guò)3次調(diào)整，4種規(guī)格集料均符合要求。表明通過(guò)調(diào)整破碎機(jī)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(jí)配。在碎石生產(chǎn)過(guò)程中能否生產(chǎn)出預(yù)期粒徑與級(jí)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(diǎn)（1）考察料源，掌握料源質(zhì)量、運(yùn)距等信息；（2）場(chǎng)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(jī)儲(chǔ)料倉(cāng)和料場(chǎng)存料倉(cāng)時(shí)，充分考慮生產(chǎn)的集料運(yùn)輸至料場(chǎng)的運(yùn)距，根據(jù)每種單粒級(jí)集料的產(chǎn)量合理分配儲(chǔ)料倉(cāng)；（4）按照已定的產(chǎn)量，設(shè)計(jì)合理的篩孔尺寸、篩片長(zhǎng)度，保證單粒級(jí)集料符合規(guī)范要求；（5）為降低揚(yáng)塵、分級(jí)徹底，安裝排風(fēng)除塵裝置，必要時(shí)加入適量的水；（6）雨季生產(chǎn)時(shí)，做好振動(dòng)篩的覆蓋，防止破碎時(shí)分級(jí)不徹底。如雨后進(jìn)場(chǎng)的料源含水量過(guò)大，破碎時(shí)需水洗，并設(shè)置沉淀池，對(duì)用過(guò)的水沉淀后回收重復(fù)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(shí)可節(jié)約燃料能源；（8）集料加工時(shí)，按照調(diào)試時(shí)的產(chǎn)量進(jìn)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(shí)驗(yàn)室控制試驗(yàn)人員應(yīng)參與集料生產(chǎn)的全過(guò)程，從原材料的考察到成品集料的指標(biāo)檢測(cè)，均嚴(yán)格按要求進(jìn)行控制。生產(chǎn)前通過(guò)大量的試驗(yàn)，調(diào)整篩孔尺寸、篩片長(zhǎng)度和設(shè)備參數(shù)；生產(chǎn)過(guò)程中按照頻率對(duì)粗、細(xì)集料進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，確保生產(chǎn)的集料滿(mǎn)足質(zhì)量要求。對(duì)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(dāng)提高壓碎值、含泥量等標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)使用花崗巖等酸性石料時(shí)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(xiàng)目按設(shè)計(jì)要求摻加水泥。當(dāng)單一規(guī)格集料級(jí)配不符合要求，但經(jīng)摻配合成后符合要求時(shí)，工程上允許使用。對(duì)于細(xì)集料加工控制關(guān)鍵指標(biāo)之一是控制0.075mm的通過(guò)率。細(xì)集料生產(chǎn)過(guò)程中通常存在以下問(wèn)題：（1）石場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備上未安裝引風(fēng)除塵設(shè)備，導(dǎo)致小于0.075mm的含量超過(guò)15%（規(guī)范要求值）；（2）加工過(guò)程中采用整形設(shè)備來(lái)滿(mǎn)足針片狀以及細(xì)集料棱角性指標(biāo)技術(shù)要求，但是用了沖擊破時(shí)往往小于0.075mm的含量會(huì)大于15%導(dǎo)致合成級(jí)配中粉料含量過(guò)大，級(jí)配的礦料間隙率難滿(mǎn)足要求；（3）碎石場(chǎng)在生產(chǎn)細(xì)集料時(shí)沒(méi)采用引風(fēng)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(xì)集料中的粉塵含量，使用了水洗設(shè)備的生產(chǎn)的細(xì)集料反而不利于路面施工質(zhì)量控制。細(xì)集料的棱角性指標(biāo)對(duì)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(xì)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(xì)集料要求0.075mm的通過(guò)率為0%~15%（見(jiàn)表5）。但是通過(guò)試驗(yàn)摻配發(fā)現(xiàn)，當(dāng)0.075mm含量控制在8%~12%時(shí)最佳，這樣有利于減少細(xì)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(shí)的級(jí)配合成曲線。表5瀝青混合料細(xì)集料級(jí)配范圍要求3.2常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及改進(jìn)措施（1）集料力學(xué)性能不能滿(mǎn)足要求。主要是由于料源質(zhì)量檢測(cè)和控制不嚴(yán)，導(dǎo)致不合格的母材進(jìn)場(chǎng)。需加強(qiáng)試驗(yàn)監(jiān)管力度，適當(dāng)增加抽檢頻次，杜絕不合格材料進(jìn)場(chǎng)。（2）各檔集料的比例產(chǎn)生較大波動(dòng)。一般情況下表現(xiàn)為粗集料比例越來(lái)越大，細(xì)集料比例越來(lái)越小。主要原因是總產(chǎn)量增大且不穩(wěn)定或者破碎機(jī)破頭磨損過(guò)大，達(dá)不到破碎效果。對(duì)此首先要穩(wěn)定總產(chǎn)量，并檢查破碎機(jī)的情況，如破頭磨損過(guò)大，須及時(shí)更換。（3）某一檔或者幾檔集料產(chǎn)生混料現(xiàn)象，導(dǎo)致單粒級(jí)不符合要求。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：一是某檔網(wǎng)片開(kāi)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(zhǎng)度不夠，篩分不充分。對(duì)此首先要穩(wěn)定產(chǎn)量，然后檢查各檔篩孔是否開(kāi)焊或者撐大，最后檢查網(wǎng)片長(zhǎng)度和破碎機(jī)的磨損情況。（4）集料0.075mm的通過(guò)率偏高。母材強(qiáng)度降低，母材含水量偏大、除塵排風(fēng)口堵塞或者破碎機(jī)磨損等都可能導(dǎo)致集料0.075mm的通過(guò)率偏高。應(yīng)首先排查原因，針對(duì)具體問(wèn)題采取換料、遮擋、增大除塵排風(fēng)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(biāo)對(duì)比通過(guò)對(duì)自產(chǎn)和外購(gòu)?fù)N碎石做對(duì)比檢測(cè)（其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6），經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)碎石場(chǎng)自產(chǎn)碎石集料指標(biāo)更具有優(yōu)異性，說(shuō)明碎石場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)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(gòu)集料和自產(chǎn)碎石的集料檢測(cè)主要指標(biāo)對(duì)比3.4瀝青拌合樓生產(chǎn)及配合比設(shè)計(jì)在目標(biāo)配合比確定后，利用施工實(shí)際要使用的拌合機(jī)進(jìn)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(jìn)、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(jī)（如圖2所示）。圖2間歇式拌合機(jī)示意圖瀝青混合料的礦料級(jí)配是配合比設(shè)計(jì)的重要部分。級(jí)配良好的混合料具有密實(shí)、強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)等特點(diǎn)。為此，在滿(mǎn)足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)既往成功工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)汕湛高速公路設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定要求各面層生產(chǎn)時(shí)設(shè)置熱料倉(cāng)篩孔。拌合樓振動(dòng)篩篩網(wǎng)尺寸應(yīng)充分考慮各熱料倉(cāng)供料平衡，不同級(jí)配必須配置不同篩孔組合，篩孔設(shè)置見(jiàn)表7。表7間隙式拌合樓用振動(dòng)篩的等效篩孔應(yīng)嚴(yán)格控制公稱(chēng)最大粒徑、4.75mm、2.36mm和0.075mm等關(guān)鍵篩孔的通過(guò)量。拌合溫度及時(shí)間取試驗(yàn)段確定的拌合參數(shù)，拌合時(shí)間以瀝青均勻裹覆集料為度，一般每盤(pán)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(jìn)行礦粉投放原則。確定熱料倉(cāng)篩孔尺寸，安裝振動(dòng)篩，啟動(dòng)拌合樓，按冷料倉(cāng)設(shè)計(jì)流量向拌合樓供料，待供料穩(wěn)定后停機(jī)，分別從各熱料倉(cāng)取樣，進(jìn)行篩分試驗(yàn)。根據(jù)各熱料倉(cāng)礦料的篩分結(jié)果，以目標(biāo)合成級(jí)配為參照進(jìn)行礦料組成設(shè)計(jì)，使合成級(jí)配最大限度地與目標(biāo)級(jí)配接近，確定各熱料倉(cāng)礦料的配合比例。在目標(biāo)配合比最佳油石比±0.3%以?xún)?nèi)進(jìn)行控制，成型3組油石比的馬歇爾試件，并進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，由此確定生產(chǎn)配合比。按照確定的生產(chǎn)配合比進(jìn)行拌合樓試拌，觀察混合料級(jí)配和油石比，取樣對(duì)混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、抽提試驗(yàn)，檢查礦料級(jí)配和油石比是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4、建立路面質(zhì)量檢測(cè)管理辦法

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