（机械工程专业论文）热沥青在搅拌过程中的不均匀性及其质量控制.pdf

摘要 随着高等级公路出现高温车辙 低温开裂和水损害等日益严重的早期病害 发现施 工过程中易出现的不均匀性是该类混合料的内在缺陷和隐患 严重影响了混合料的路面 质量和路用性能 虽然目前国内外已对不均匀性这一问题给予了足够的重视 但在施工 工艺与质量控制方面却缺乏系统的研究 本文针对热拌沥青混合料在搅拌过程中出现的 不均匀问题 对其产生原因及预防控制方法进行了专题的研究 文章从生产热拌沥青混合料的强制间歇式沥青混合料设备结构和骨料的物理特性 出发 分析了沥青混合料生产中产生各种不均匀性的主要原因 解决了搅拌设备的参数 标定和调整问题 同时根据具体的混合料形式 提出了相应的消除和减少离析的方法 并对各自的消除机理和效果分别进行阐述 指出要有效地消除和减少离析 须采用其它 辅助方式及对现有设备结构进行调整和改进等措施 通过对热拌沥青混合料在搅拌过程 中的产生不均匀性的分析 从强制间歇式沥青搅拌设备的设计和制造等方面 提出了减 少和防止不均匀性的具体措施方法 并从多个方面提出解决离析的实施方案 通过对施工设备结构的标定与调整 在现有混合料施工工艺的基础上 依据强制间 歇式沥青搅拌设备的工艺流程 因地制宜地制定了一套施工工艺和质量控制措施 对施 工过程中材料 设备等方面提出相应的离析控制与质量预防措施 并通过现场取样分析 与室内试验 对施工设备进行了整体优化及匹配 检验结果表明 合理的生产方法和施 工工艺能有效消除和减少混合料的离析 提高混合料的路用性能 关键词 热沥青混合料 搅拌过程 不均匀性 质量控制 a b s t r a c t w i t ht h eg r o w i n gp r o b l e mo fe a r l yd i s e a s ei nh i g h w a ys u c ha sh o tt r a c k c r a c k i n ga n dw a t e rd a m a g e a tl o wt e m p e r a t u r e w eh a v ef o u n dt h a tt h ei n h o m o g e n e i t ye a s i l yc a u s e di nt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s si st h e i n h e r e n tf l a w sa n dh i d d e nd a n g e r so fs u c hm i x t u r e s e r i o u s l ya f f e c t i n gt h eq u a l i t yo ft h er o a dm i x t u r ea n d r o a dp e r f o r m a n c e t h o u g hs u f f i c i e n ti m p o r t a n c ea t t e n t i o nh a v eb e e ng i v e nt ot h i si s s u ea th o m ea n da b r o a d b u tal a c ko fs y s t e m a t i cr e s e a r c hs t i l le x i s t si nt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s sa n dq u a l i t yc o n t r 0 1 i nt h i sp a p e r t h er e a s o n p r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e t h o d so fu n e v g np r o b l e mi nt h em i x i n gp r o c e s so fh o tm i xa s p h a l t m i x t u r ew i l lb eg i v e ns p e c i a lr e s e a r c h w i t hi n t e r m i t t e n ta s p h a l tm i x t u r ee q u i p m e n ts l x u c t u r ea n dt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so fa g g r e g a t e sf o rt h e p r o d u c t i o no fh o tm i xa s p h a l tm i x t u r e t h em a i nr e a s o l lo fav a r i e t yo fi n h o m o g e n e i t yc a u s e di n t h e p r o d u c t i o no fa s p h a l tm i x t u r e i sf o u n di nt h i sa r t i c l e f o rt h es e t t l e m e n to ft h em i x i n ge q u i p m e n tc a l i b r a t i o n a n da d j u s t m e n to fp a r a m e t e r sp r o b l e m s a tt h es a m et i m e t h i n k i n go ft h em i x t u r ef o r m s m e t h o d so ft h e c o r r e s p o n d i n gr e d u c t i o na n dt h ee l i m i n a t i o no fs e g r e g a t i o na r ep r o p o s e d a n da l le x p l a n a t i o nt oe l i m i n a t i o n m e c h a n i s ma n de f f e c t si sg i v e nr e s p e c t i v e l y a n do t h e ra u x i l i a r ym a n n e ra n da d j u s t m e n tt oe x i s t i n g e q u i p m e n ts l r u c t u r em u s tb ea d o p t e di no r d e rt oe f f e c t i v e l ye l i m i n a t ea n dr e d u c es e g r e g a t i o n w i t ht h e a n a l y s i so ft h ei n h o m o g e n e i t yc a u s e db yt h em i x i n gp r o c e s so ft h eh o tm i xa s p h a l tm i x t u r e f o l l o w i n gt h e d e s i g na n dm a n u f a c t u r eo ft h em a n d a t o r ya s p h a l tm i x i n ge q u i p m e n t w ep r o p o s et h es o l u t i o n st or e d u c t i o n o fs e g r e g a t i o n b a s e do nc a l i b r a t i o na n da d j u s t m e n to ft h es t r u c t u r eo fc o n s l r u c t i o ne q u i p m e n t e x i s t i n gm i x t u r e c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dm a n d a t o r yb a t c ha s p h a l tm i x i n ge q u i p m e n tp r o c e s s as e to fc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g ya n dq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e si sd e v e l o p e ds oa st og i v em a t e r i a l s e q u i p m e n t a n do t h e r a s p e c t so fs e g r e g a t i o nc o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i v em e a s u r e sa n dq u a l i t yc o n t r o l a n dw i t hs a m p l i n ga n a l y s i s a n di n d o o re x p e r i m e n t s t h ec o n s t r u c t i o ne q u i p m e n ti so p t i m i z e da to v e r a l lm a t c h t e s tr e s u l t ss h o wt h a ta r e a s o n a b l ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t i o nm e t h o d sc a nb ee f f e c t i v ei ne l i m i n a t i n ga n dr e d u c i n g t h em i x t u r es e g r e g a t i o na n di m p r o v er o a dp e r f o r m a n c eo fm i x t u r e k e y w o r d s h o ta s p h a l tm i x t u r e s t i r r i n gp r o c e s s i n h o m o g e n e i t y q u a l i t yc o n t r o l 论文独创性声明 本人声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 除论文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均己在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 舡 屠 时吕年上月厶日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归属学 校 学校享有以任何方式发表 复制 公开阅览 借阅以及申请专利等权 利 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时 署名单位仍然为长安大学 论文作者签名 导师签名 咯球 冯乒嘭 姗年j 且知日 加矿彦 年厂月加e t 长安人学硕一i 学位论文 第一章概述 1 1 热沥青混合料基本概念 1 1 1 热沥青混合料定义及组成 按照现代沥青路面的施工工艺 沥青与不同组成的矿质集料可以建成不同结构的沥 青路面 最常用的沥青路面包括 沥青表面处治 沥青贯入式 沥青混凝土混合料和沥 青碎石混合料四种 按照我国现行国家标准 我们常说的沥青混凝土混合料是沥青混凝 土混合料 a s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e 简称a c 和沥青碎石混合料 a s p h a l tm a c a d a m m i x t u r e 简称a m 的总称 热拌沥青混合料 h o t m i xa s p h a l tm i x t u r e 简称h m a 是用具有一定黏度和适当用 量的沥青材料与一定级配的矿质集料 经过充分拌合形成的混合物 用保温运输工具运 送至施工现场 并在热态下进行摊铺和压实的混合料 即成为各种类型的沥青路面 通 称 热拌热铺沥青混合料 简称 热拌沥青混合料 或 热沥青混合料 热沥青混合 料是沥青混合料中最常用的品种 是目前高等级公路建设中用量最大的路用材料之一 主要应用于交通 市政和机场等公路建设工程中 在国民经济中占有重要地位 按照沥 青混合料的结合料 施工温度 最大粒径等可将其分成不同类型 其中常按矿质集料级 配类型组成特点及压实后剩余空隙大小 可将沥青混合料分为以下四类 连续密级配沥 青混凝土混合料 连续半开级配沥青混合料 开级配沥青混合料和间断级配沥青混合料 沥青混合料是一种由沥青 粗集料 细集料和矿粉 纤维等外加剂所组成的一种人 造复合材料 其中 沥青被称为结合料或胶结剂 在混合料中起到将各种粗细集料粘结 在一起的功用 而集料及填料在混合料中起在矿质骨架的支撑作用 促使混合料的级配 形成 近代沥青混合料胶浆理论认为 沥青混合料是由矿质骨架和沥青结合料所构成的 具有空间网络结构的一种多相分散体系 由于沥青混合料是一种复杂的多种成分组成的复合材料 它的结构组成也是很复杂 的 因为沥青混合料是靠沥青胶结剂将集料裹覆在其中而形成的粘弹性混合物 因此 集料的相对位置 集料不同粒径大小的分布 空隙率及其分布等都与混合料的结构组成 有关 1 1 2 热沥青混合料的基本要求和特性 高等级公路是一种承受频繁交通动载荷反复作用的结构物 同时又是一种无遮盖而 第一章概述 裸露于大自然的结构物 它不仅受到车辆复杂的力系作用 同时又受到各种自然因素的 恶劣影响 因此 对于常用作路面面层的沥青混合料 依据工程实践中高等级沥青路面 破坏的类型及原因分析 沥青混合料的路用性能应满足下列基本要求 足够的高温稳定 性 良好的低温抗裂性 良好的耐久性 足够的抗滑能力 良好的水稳定性和防渗水能 力 一般认为 沥青混合料是一种典型的弹 粘 塑性综合体 在低温小变形范围内接 近线弹性体 在高温大变形活动范围内表现为粘塑性体 而在通常温度的过渡范围内则 为一般粘弹性体 因此 尽管沥青路面通常处于固态或接近于固态的状态下工作 但沥 青混合料的强度与稳定性是不同于固态的 这是因为沥青混合料具有随温度及载荷加载 时间变化而变化的性质 这一点在设计路面时 要结合路面环境条件 路面交通量等因 素综合考虑 众所周知 沥青混合料是由沥青胶结料包裹骨料而形成的多项分散系混合物 生产 时当作为胶结材料的沥青在骨料颗粒周围形成一定厚度的沥青膜时 才促成沥青具有更 高的粘度 因而获得更大的粘聚力 而沥青混合料的粘聚力与沥青的性质 矿料的性质 以及沥青含量等有关 在沥青路面工程中 路面材料及其加工工艺 路面施工 施工技术及机械化作业是 其两大要素 共同构成一个有机的整体 符合有关标准要求的路面材料和科学合理的施 工工艺是铺筑良好沥青路面的基本保证 因此 为了满足沥青混合料的各种路用性能 应将上述因素综合考虑 从宏观和微观两方面考虑 对拌和过程中沥青混合料主要要求是 1 各个组成成分在混合料中分布均匀 2 改善吸附沥青和自由沥青的数量比 3 沥青更完全地裹覆矿料颗粒 4 各个组成部分要严格按照级配的要求有效混合 从产品的设计和整个施工过程考虑 应该将设计的理想混合料如实地摊铺到路面 反映出混合料的真实路用性能 这就要求施工单位在保证生产出符合质量的沥青混合料 的基础上 严格施工 2 太 钡 女 12 热沥青混合料的不均匀性及其危害 121热沥青混合料的均匀性的概念 热沥青混台料的均匀性是指热沥青混合料的组成及其性状在生产和铺筑过程中保 持一致 不变的性质 热沥青混合料是种在材质上极易受外界影响而变得不均匀的材 料 热沥青混合料在材质上不均匀性主要体现在 矿质级配的不均匀 混合料油石比的 不均匀 混合料粗细集料的分离 矿料的离析 混合料的温度的不均匀一温度的离析 混合料密度的不均匀空隙率和雎丈度的小均匀等 12 2 热沥青混台料的不均匀性对路面的影响 随着我国高速公路的发展 沥青混凝土路面以其表面平整 无接缝 行车舒适耐磨 震动小噪音低 施上期短 养护方便 维修简便 适用于分期修建等特点 获得越来越 广泛的应用 其使用量占到高速路面的8 0 以e 沥青路面新材料的出现和新技术的应 用大大地改善了路面使用性能 提高了沥青路面设计水平 但是不论是那种路面结构 在投入使用后一段时问内 部分路面仍然出现了车辙或坑槽等早期损害现象 经过研究发现 这种损坏一般情况下并非结构性的损坏 即小是路面结构强度不足 导致的疲劳破坏 而是沥青面层的功能性损坏 也就是沥青面层在环境和载荷的作用下 出现开裂 松散 坑槽 泛油 推挤 车辙等病害唧罔1 1 圈1 1 沥青面层的早期损害 大量的现场跟踪勘测与实验室研究表明 这种局部的损坏是凼为铡筑到路面的沥青 混合料出现了离析 离析处的混合料小能满足原设计的级配 不再具有设训的各种性能 在外界因素的影响下 出现局部的路面损坏 而出现离析的 要原因是沥青混合料生产 过程中存在诸多不合理的施工1 艺造成的 第章概述 沥青路而的不均匀性是目前国内外公路界研究最多的一种沥青路面损坏现象 根据 不均匀性的形式的不同可分为堆料的不均匀性 卸料不均匀性 摊铺不均匀性 碾压不 均匀性等十多种 但从目前国内外研究看 总体可分为材料离析 温度离析和碾压离析 三种 材料离析的表现形式是沥青混合料中耜集料与细集料分离 沥青含量波动和空隙率 的变化等 发生材料离析时 粗集料集中的部位空隙率偏大 沥青含量偏小 偏大的空 隙率使路面易渗水 路面水损害加剧 产生坑槽 松散等病害 见图12 并且粗集料 集中的混合料抗拉强度低 抗裂 抗疲劳性能差 易出现疲劳裂纹 见围l3 所示 篓鬻 1 圈12 水损坏导致的坑槽 翟繁骥 图1 3 疲劳裂纹图14 车辙 细集料集中的部位沥青含量高 空隙率小 高温稳定性能差 路面易出现车辙 捌 包 推移等病害 见图1 4 材料离析使沥青混合料沥青含量不均匀 沥青古量高的地 方泛油 构造深度小 抗车辙能力低 沥青含量低的地方 易渗水 开裂 抗水害能力 差 沥青混合料的温度离析是指原来经充分搅拌 温度均匀的沥青混合料 经过某一过 程后温度出现较大差异的现象 在沥青路面施工中 沥青混合料的温度是保证路面施工 质量的关键 如果混合料温度较低或温度变化较大 出现温度离析 不同地方压实度不 同 温度高的地方压实得到保障 但温度低的地方压实困难 压实度难以达到设计要求 长安大学硕士学位论文 材料离析是改变了混合料的原有级配 严重影响到沥青混合料的均匀性 同时混合 料级配变化还影响到沥青路面的路用性能 降低路面的摊铺质量 已引起人们的密切关 注 1 3 本文研究内容及方法 1 3 1 研究内容 本课题是以热拌沥青混合料的生产过程和沥青搅拌设备的设计为主要内容 以强制 间歇式沥青搅拌设备搅拌的沥青混合料为对象来研究沥青混合料搅拌过程中的不均匀 及质量控制 本课题结合国内现有使用的搅拌设备 原料 施工工艺和环境条件情况 对该混合料的材料特征和施工工艺过程进行研究 对保证路面质量具有重要的意义 研究的主要内容如下 1 混合料材料离析 温度离析的产生机理 2 机械与材料相互作用特性研究 3 材料离析和温度离析的预防与控制方法研究 4 混合料机械化施工与质量控制技术研究 5 搅拌设备设计方法的改进研究 本课题中 通过大量的理论分析和调查研究 我们将沥青混合料产生不均匀性的根 源和质量控制主要分为两个方面 一是沥青混合料不均匀性对路面质量的影响 二是沥 青混合料的不均匀性的质量控制 1 3 2 研究方法 研究主要采用理论分析和现场试验数据研究相互结合 互为补充的方法 一方面通 过理论分析 在新施工理念的基础上 针对离析产生的各种原因 从集料生产 混合料 的搅拌 运输等提出消除和减少温度离析与材料离析的措施 另一方面 利用提出的预 防方法和措施实际应用在现场施工中 验证和完善理论分析 确定不同机械工作参数的 取值范围和合理匹配关系 最后 根据从现场的施工检测和完工后的验收检测等 进一 步验证和完善各关键技术 得出一套现场施工和搅拌设备设计方法指导准则 为搅拌设 备的设计 改进和新施工技术应用提供依据 第一章概述 1 4 课题研究目的及意义 1 4 1 研究目的 随着新技术和新材料的不断推广 沥青混合料的施工方法正进行改进和修正以适应 材料的各种特性 搅拌设备的设计也在根据施工工艺水平和施工中出现的问题在不断改 进 但综合目前的研究发现 近年来虽对施工过程中造成路面质量变异性 离析发生的 原因以及相应的处理措施进行了研究 但这些研究大多只停留在沥青路面损坏特征和一 些较粗放型的预防措施上 没有从出现问题的根源上提出有效的解决方案 在目前沥青 路面建设中 还没有一个贯穿于沥青混合料设计 拌和 运输 检测等全过程的控制质 量保证体系 难以对热沥青混合料的搅拌过程进行合理的 定性的甚至定量的质量控制 标准 控制和减少沥青搅拌过程中的各种不利影响 同时也从设备设计和制造加强对沥 青混合料不均匀性的控制 通过两方面的工作 最终提高路面质量 本课题以现有沥青混合料生产和设计为主要内容 开展沥青混合料搅拌过程中的不 均匀性产生机理与质量控制技术研究 具有很强的针对性和实用性 研究的目的是通过控制和消除沥青搅拌设备在设计 沥青混合料在拌和 运输等过 程中出现的不均匀性及对沥青路面质量的不利影响 解决沥青混合料在生产和质量控制 过程中的技术问题 减少不均匀性导致路面的早期损害 确保路面质量 即通过研究沥 青混合料的拌合过程 分析沥青混合料的不均匀性产生的机理和规律 分析其产生的原 因 针对常见的问题 寻求控制与预防的措施 总结出一套在搅拌过程中控制沥青混合 料不均匀性的有效方法 提出沥青混合料机械化施工与质量控制措施 指导施工和沥青 搅拌设备的设计 进一步达到提高工程质量的目的 1 4 2 研究意义 1 控制材料离析 减少材料损耗 提高设备效率 按照常规的方法进行材料管理 不可避免地存在集料离析 较粗集料经常在底部 较细集料在上部 由于沥青混合料拌和过程中不可能随意调整冷料配比 更不可能改变 生产配合比 因此往往导致沥青拌和机出现待料和溢料现象 降低了拌和机产量 根据 本课题研究成果 合理进行原材料质量控制和堆料管理 可以有效改善集料均匀性 减 少材料离析 提高沥青混合料质量 2 合理控制沥青混合料的生产过程 有的放矢的减少不均匀性 根据热拌沥青混合料的工艺流程 强制间歇式沥青混合料搅拌设备生产的混合料要 6 长安人学硕上学位论文 经过原材料的存放 冷配料 皮带输送 干燥 提升 筛分 热料储存 称量 搅拌 成品料储存等多个环节 任何一个环节的不规范管理都最将最终影响沥青混合料的均匀 性 从而最终影响沥青路面的综合性能 因此通过对搅拌过程的分析 合理使用搅拌设 备 可减少和避免不均匀性的产生 3 改进搅拌设备的设计 从设计源头降低混合料的不均匀性 本课题研究的根本目的是解决沥青路面早期损坏的质量通病 提高沥青路面质量 延长使用寿命 课题针对沥青路面质量通病及病害原因进行研究 探索处理质量通病的 具体措施 改进施工工艺 使研究成果具有较强的实用性和一定的新颖性 4 提高工程质量 节约养护费用 采用课题研究成果 可降低沥青路面早期损坏的概率和程度 路面更均匀 行车更 舒服 安全 路面使用寿命延长 养护费用降低 具有较好的经济效益和社会效益 主 要体现在以下几个方面 1 养护费用降低 2 节约了乘客旅途时间 3 提高了路面 质量 减少了汽车损耗和油耗 4 提高了路面行驶性能 减少了交通事故 7 第二章矿质集料的不均匀性及质量控制 2 1 矿质集料特性 第二章矿质集料的不均匀性及质量控制 热拌沥青混合料中嵌挤力和内摩擦阻力的大小 主要取决于矿质集料的尺寸均匀 度 颗粒形状及表面粗糙度 用较大的均匀的矿质集料较用尺寸较小而不均匀的矿料所 组成混合料具有更大的嵌挤力和内摩擦阻力 有棱角且表面粗糙的集料较之圆球形而表 面光滑的集料所形成的混合料具有较大的嵌挤力和内摩擦阻力 矿质集料在混合料中起到一个整体作用来抵抗路面的变形 因此对集料的特性有特 别的要求 并将集料性质分两类 认同特性及料源特性 2 1 1 集料的认同特性 美国公路战略研究计划 s h r p 的路面专家认为集料的一些特定性质对性能优良 的h m a 相当重要 这些性质称之为集料的认同特性 这些特性包括 粗集料棱角性 细集料棱角性 扁平与细长颗粒以及粘土含量 这些集料认同特性的标准是建立在交通 量水平和路面结构层位置的基础上 靠近路面受载荷作用较大的层面需要具有更严格的 认同特性的集料 这些标准不是针对单个的集料组成成分 而是对于整个混合料而言 粗集料应该洁净 干燥 无风化 不含杂质 在力学性质方面 压碎值和洛杉矶磨 耗率应符合相应道路等级的要求 细集料宜采用优质的天然砂和人工砂 在缺砂地区 也可使用石屑 但用于高速公路 一级公路 城市快速路 主干路混凝土面层及抗滑表 层的石屑用量宜不超过砂的用量 粗集料棱角性和细集料棱角性这两种特性可确保集料 内部具有较高的摩擦力以及很好的抗车辙能力 这种特性受集料形状 表面纹理以及级 配的影响 扁平与细长颗粒特性是指粗集料中最大与最小比大于5 的集料的百分比 在 施工和以后的交通中这种集料易于压碎 粘土含量是集料小于4 7 5 m m 的部分中粘土含 量百分率 沥青混合料的高温稳定性和低温变形能力主要取决于沥青胶结料 影响沥青混合料 高温强度的因素主要有两个 矿料之间的嵌挤力与内摩擦力和沥青与矿料之间的粘聚 力 其中 嵌挤力和内摩擦阻力的大小 主要取决于矿质集料的尺寸均匀度 颗粒形状 及表面粗糙度 此外沥青含量也会影响摩阻力的大小 沥青混合料的粘聚力主要取决于 沥青与矿料间的相互作用力和沥青材料本身的粘结力 长安大学硕 e 学位论文 2 1 2 集料的料源特性 除了认同特性 s h r p 研究者认为集料其他的特性也很重要 但是这些特性的要求 值难以取得一致 因为这是由料源所决定的 这些特性在做配合比设计时对配合比有很 大的影响 它们也可能用作料源的控制值 这些特性是坚固性 安定性和有害物质含量 坚固性指的是在洛杉矶磨耗试验 从s h t ot 9 6 或a s t mc 1 3 1 或c 5 3 5 中集料 混合料损失百分率 这个试验估计在运输 施工和使用中粗集料抵抗磨耗和机械破坏的 能力 安定性指的是集料混合料在硫酸钠或硫酸镁溶液中浸泡损失的百分率 a a s h t o t 1 0 4 或a s t mc 8 8 这个试验估计了集料在路面使用过程中的抵抗风化的能力 有害 物质含量定义为污染物 泥块 页岩 木块 云母 煤 等的质量百分率 可采用粗集 料和细集料来进行分析 2 2 矿质集料的不均匀性 2 2 1矿质集料的生产造成的不均匀性 没有优质的原材料就生产不出优质的混合料 矿料在沥青混合料抵抗路面变形中起 到一个整体的作用 对集料的要求除了粗 细集料棱角性 扁平与细长颗粒含量 粘土 的含量 以及坚固性 安定性 有害物质的含量等之外 对原材料的来源 生产与贮存 等问题也应有明确的规定 目前集料的机械压碎有四种不同的方法 冲击 研磨 剪切与压缩 大多数破碎机 都综合利用了这四种方法 冲击是指一物体对另一物体瞬时的剧烈碰撞 在破碎作业中 冲击可借助于重力或 动力冲击 图2 1 大多数破碎机用冲击作为压碎的一种机理 研磨是指借助于两个坚硬表面的摩擦作用使材料变小 基本上为磨碎方法 图2 2 锥磨机 旋回破碎机 圆锥破碎机都应用了这类方法 剪切破碎为 图2 3 单滚破碎生产的剪切或劈裂作用的结果 剪切破碎通常与其 它破碎机理如冲击和压缩混合在一起使用 压缩是靠两表面间的压力提供机械压碎 图2 4 应用压缩原理的颚式破碎机对于 压缩大颗粒坚硬耐磨石料是十分有效的压缩方法 不同的破碎机理其产品的针片状含量不同 根据生产要求应采用不同的破碎机理 但一般情况下 为了保证产品质量符合要求 减小针片状含量 颚式破碎机只放在一道 9 第一 矿质集科的十均匀性 质量羟制 工序 总之 在破碎设备作业时 最终产品特性的一致性十分重要 这就要求送进破碎机的母 岩具有一致的物理特性 如密度与吸水性 当从采石场不同地点获取岩石时 集料特 性可能有重大变化 因而在聊a 中就很难保持空隙率均匀 破碎作业的质量控制必须保 一 圈21 采用冲击的机械压碎机理罔罔2 2 锥辟冲击与磨碎综合作用的压碎原理 睡趋 图2 3 借助于单滚破碎 剪仞与 图2 4 借助于颚式破碎机压缩与 压缩综合作用的压碎原理 冲击作用的压碎躁理 持集料物理特性不得有过大变化 送到破碎作业的材料数量理论上应大致恒定 如材辩 喂送率增大或减小 则各个筛孔的溢出量变化 特别足作业接近备筛满负荷时 这种影 响更加明显 例如通过破碎机的材料流量增大 将引起各个筛孔较细集料溢出较多 这 种溢科导致集料绒配偏细 送辩率一定要超过较细集科开始溢筛的最小数量 初级破碎 机将毛辩进行初步机械压碎 从最大尺寸开始减小 次级与三级破碎机进行补充压碎 要求将集料压碎到期望尺寸 在我国公路建设中多家料场向一个标段供料的现象十分普遍 由于不同料场采用的 碎石机原理和结构形式不一样 生产时会产生材料规格的变化 如采用飘式 锤式或反 k 安大学硕 学惋论女 击式破碎机破碎的矿料针片状古量 粒度分布等存在着差异 生产同一规格的矿料即使 采用同一个名义规格的筛网 由于不同厂家生产的筛网实际尺寸也有很大差异 再加上 不同石料厂原材料材质的差异 导致碎石场名义上规格相同的碎石 其粒径组成变异性 变大 2 22 矿质集料的堆放造成的不均匀性 即使上述生产设备规格均达到要求 但由于矿料母岩的物理特性 密度与硬度 不 一致和集料规格的不同 当从破碎机里被破碎抛出时也会因为自重和料堆的变大而产生 抛料离析 如图2 5 所示 图2 5 生产时集料的抛料离析 对于进场的原材料如果堆放不正确也容易产生离析 如图2 6 所示 采用大型卡车 从料场将集料运送到拌和站的过程中 如果装载与卸载方法不当也会产生材料离析 在 生产过程中 如果料场将加工好的集料按照图2 6 中的 图所示正确堆放 这种装载的 离析会大大的减小 但是反之 如果料场没有将集料如图2 6 中的b 所示那样一层一层 正确堆放 而是像图曲所示仅仅保持生产时由破碎机输送带将料抛出而形成的料堆 当 用装载机向运输仁车中装载时 由于生产时的抛料离析 料堆下部的周围大多是大颗粒 的集料 装载机从底部向上装载 而大颗粒的集料又不停的向下滚落 装到卡车内的榘 料会出现料细不均匀 a e 的堆放方法 碲 堆放方 图2 6 原材料正确与不正确的堆放方法 第一 r 质集村的f 均匀性世质谴拉制 卡车在运输的过程巾由于振动 摇摆等作用 易使车内的集料出现车厢周围大料聚 集的现象 到达拌和站后 从一定高度向下卸料 大颗粒下落速度较快 会滚动到料堆 外侧 细颗粒则会留在内侧使粗细料发生离析 同时卡车在高位卸料也同样会发生类似 的不均匀现象 图27 这种不均匀称为落差离析 影响卜述两类不均匀现象的程度的因素主要取决于三个方面 一是粒径差异 粗细 集料粒径相差越大离析越严重 二是落差 卸料点愈高 落差越大 发生离析的现象越 严重 三是卸料速度 料斗举升越快或供料皮带转速越高 集料发生离析的程度越严重 尊 丛 坊 另 固2 j 卡车鄞科产生的菩差酉析 2 3 矿质集料的不均匀 l 生的质量控制 2 31 矿质集料生产离析的控制措施 集料生产过程的一个最基本的要求是集料产品特性的一致性 因此对材料的管理应 从原材料的生产开始 目前公路施工中缺少大型碎石场 一条公路由多家小型碎石场供 料 为生产供沥青混凝土用的集料 最理想的是采用三级破碎的流程 初破采用预式破 碎 中破采用圆锥破碎 细破采用冲击破碎 中破也可用冲击破碎机取代 但产量将降 低 如采用较小的块石作为原料也可采用二级破碎的流程 如图28 为了避免材料规格的过人离析 应统一碎石机的型号规格 配置同一尺寸规格 同 生产厂家的筛网 并尽量避免采用颚式破碎机 特别是二级破碎应采用反击破碎机或 锤式破碎机 以减少碎石中的针片状含量 保持原材料物理 力学和矿物学特性的一致性 应将同一开采面上开采的原石送给 破碎机 当改变开采面或在不同地方丌采原石时应重新调整生产流程和设备参数 应随 时对原石的特性进行质量监控 长安大学硕上学位论文 图2 8 二级破碎的生产流程 保持原材料供给量的恒定性 材料供给量的忽高忽低使生产率与筛分效率变化 导 致破碎粒度的变化 材料供给量的忽高忽低导致筛分颗粒尺寸的变化 这些都会使料堆 中集料的级配发生变化 要保持破碎一筛分系统良好的技术状态和工艺的一致性 经常检查和调整破碎和筛分设 备 以保证产品粒度的均匀性 在生产过程中 应定期检查衬板和筛网的破损和堵塞情 况 及时进行维修 保养或更换 定期检查易损零件的磨损情况 及时更换磨损的零部 件和破损的筛网 为控制原材料来料的变异性 对每种规格的材料进场时应进行筛分检验 其变动量 应符合表2 1 表2 2 的规定 如l o 2 0 m m 的碎石 其通过1 9 m m 1 6 m m 1 3 2 m m 9 5 m m 筛孔的材料允许变化量分别为 1 0 8 8 5 对于石屑 人工机 制砂等材料通过规定筛孔尺寸的质量百分比也应满足要求 如人工机制砂通过4 7 5 m m 2 3 6 m m 0 6 m m 0 3 m m o 0 7 5 m m 筛孔的允许变化量分别为 5 1 0 8 5 5 在条件允许的情况下 应由一个大型的碎石场供料以保持原材料尺寸规 格的一致性 减小变异性 研究发现 合理的材料分级极其重要 不合理的分级不仅引起目标配合比设计困难 而且施工过程中容易造成材料离析 首先 由于集料粒径的不同引起动力特性的差异 往往粒径小的集料在上 而粒径粗的集料在下 第二 材料分级要方便质量的控制 特 第 二章矿质集料的不均匀性及质量控制 别是对沥青路面结构影响显著的筛孔 如4 7 5 r a m 2 3 6 m m 筛孔 其级配微小的偏差 将引起路面性能显著不同 第三 材料分级要根据各级材料实际用量 确保用量的均衡 以免个别料斗供不应求而造成配合比波动 或降低生产效率 例如 对于最大公称尺寸 为1 9 m m 的路面结构 其原材料分级应为4 级或5 级 在冷料仓多的情况下 应尽可能 设置5 级 其规格应为1 撑 1 3 2 2 6 5 m m 2 毋 4 7 5 1 3 2 m m 3 撑 2 3 6 4 7 5 m m 鲥 0 2 3 6 m m 也可根据材料用量对1 挣料和2 料进行调整 1 1 纯6 5 m m 2 4 7 5 1 6 m m 这种分级方法不仅有利于目标配合比设计 而且有利于减少原材料离析 表2 1 粗集料颗粒组成的允许变化量 筛孔尺样品颗粒组成的允许质量误差筛孔尺寸样品颗粒组成的允许质量误差 寸 m 瑚 m m 3 7 5 1 01 6 0 8 3 1 5 1 01 3 2 8 2 6 5 1 09 5 5 1 9 o 1 04 7 5 5 表2 2 细集料颗粒组成的允许变化量 筛孔尺寸样品颗粒组成的允许质量误差筛孔尺寸样品颗粒组成的允许质量误差 m m m m 2 3 6 1 00 3 0 0 5 1 1 8 1 00 1 5 0 5 0 6 0 0 8 0 0 7 5 5 2 3 2 矿质集料的区场管理 不正确的集料堆放会导致材料粗细颗粒的分离导致集料的级配变化 从而严重影响 搅拌设备的稳定生产和成品料组成的稳定性 因此 施工企业应加强对进场材料的管理 使材料清洁干净 不得混杂 尽量减少材料的离析 对于进场材料除了做好检查 验收 工作外 还应进行合理的堆放 合理堆放 良好的堆放对于材料保持均质至关重要 否则碎石颗粒就会发生离析 集料级配就 可能发生变化 对于砂子和细集料或仅含一种规格粒径的集料 可以放宽 堆放的要求 但是对于碎石 特别是粒径变化大的碎石 由于对大料堆比较敏感 料堆 愈高 离析愈严重 则需要采取一定的措施 应控制粒堆高度 粒堆过高 粗集料中的 大料会沿着边坡滚向料堆底部 产生上小下大的严重离析 1 4 砼安大学碗 学位论立 为了解决这类问题应采用分层堆放的方法如图2 9 图21 0 所示 一层一层地堆 积 根据2 2 节中对不同堆垛高度集料的筛分分析得出 对于细集料 47 5 r a m 可堆 垛高度小于6 米 租集料 47 5 r a m 堆垛高度小于4 米 堆垛时推土机对集料的扰 动应尽可能少 推土机不应在同一平面上将料堆推成槽状 这样既可以减少由重力引起 的离析 也可以将不同卡车运送的材料做进一步的混合 使其更加均质 在进科之前搅拌站的料场应做硬化处理并有利于排水 以保持集料清洁和干燥 防 止含水量不一致引起温度的离析 集料的堆放场地应保证雨水不滞留 堆放场地尤其砂 等细集料的堆放场地应设有雨棚或遮雨的蓬布 对每种规格的材料要分隔堆放 隔离墙 要有足够的高度 避免不同规格的材料交错混杂 矿粉在贮存中最主要的问题是要防止受潮和结块 通常以袋装或散装的形式供应 并用斗式提升机或压缩空气系统输送至搅拌设备的粉料罐 粉料罐应装各有破拱装置 把氍料卸收堆雄4 j r 一1 自 的柑 囝l 9 分层堆料 l 排啦持定们十z 他榭h 帆甜璃缓南 图2 1 0 用卡车紧密地成堆卸料形成料堆层 第二章矿质集料的不均匀性及质量控制 对于细集料应有防雨措施 以保证拌和设备的正确 顺利供料和烘干筒的温控精度 也可减少燃料消耗 细集料由于比表面积很大 含水量的变化范围就很大 一旦下雨 若没有搭栅或蓬布覆盖含水量将变大 由于其颗粒间有粘聚性 在搅拌站供给冷料时产 生结团 引起供料不连续现象 使混合料中细料偏少 也会增加供料皮带与材料之间的 打滑问题 使供料量与指示值之间产生较大的偏差 这种相对滑动不稳定时造成的后果 更严重 尽量减小同规格集料最大与最小粒径的差距 材料离析的主要原因是同一堆料粒径尺寸相差太大 如在工地料场明显看到1 0 3 0 m m 的碎石的离析情况大于l o 2 0 m m 的碎石 在进行目标配合比选料时 应多选几 种规格料 并尽量避免每种规格料粒径变化太大 以便进行控制 如在试验室进行混合 料配比实验时有十几个筛孔 每个粒级的料就不存在离析的问 图2 1 1 冷料仓加隔板 题 混合料的级配就很稳定 当然由于结构和技术上的问题 搅拌站不可能设置如此多 的冷料仓及振动筛 但设置6 个是可以做到的 这样比使用四个仓的离析程度会有明显 改善 在进行冷料仓加工和使用时 应在冷料仓的上方开口处加装隔板如图2 1 1 所示 避免较大的装载机向料斗装料时产生混杂 如图2 1 2 所示 另外 冷料斗的宽度要大 于装载机斗宽至少0 3 m 集料的装卸技巧 为减少装载机向冷料仓装载集料时出现的离析 应注意 装载机应在料堆的全部高 度和各个方向上进行采掘 以免由于料堆坍落而引起离析 装载机取样时应垂直面向料 堆材料流动的方向 装载机取料时应使用大臂使铲斗向上滚卷 而不要将铲斗插入很深 而使铲斗穿入料堆向上翻转 以免对料堆产生很大的扰动 装载机手应避免从料堆最底部取样 此处大都粗料较多而含水量较大 当发现粗细料离 析时装载机手应将粗细料就地翻动重新混合后再装料 不应一斗粗料一斗细料地向冷料 仓供料 装载机手在向冷料仓装料时应仔细对准料仓 以防发生混仓 1 6 酷安大学顽 学位论立 图21 2 冷料仓的防棍料和超规格材料的装置 第三章热沥青混合料的不均匀性及质量控制 第三章热沥青混合料的不均匀性及质量控制 3 1沥青搅拌设备的分类及特点 沥青混合料搅拌设备是沥青路面施工中主要配套的机械设备之一 它的主要功能是 将一定温度下不同规格粒径的集料 骨料 填料 矿粉 和一定温度的沥青胶结材料 按一定的配比要求进行搅拌 搅拌成均匀的符合施工技术规范的沥青混合料 根据我国相关的行业标准和工艺流程 可将沥青混合料搅拌设备分为强制间歇式沥 青混合料搅拌设备和连续式沥青混合料搅拌设备两种 3 1 1 连续式沥青混合料搅拌设备 连续式搅拌设备其特点是沥青混合料的制备在烘干筒中进行 即动态计量级配的冷 骨料和石粉连续从干燥筒的前部进入 采用顺流加热方式烘干加热 然后在滚筒的后部 与动态计量连续喷洒的热态沥青混合料 采取跌落搅拌方式连续搅拌出混合料 连续式 沥青混合料搅拌设备工艺流程图如下所示 石粉 一区叠习 一 骨料呻回一困一 沥青呻区互 回一 l 际土 l 计量卜 加 成 热 品 成 l 计量卜 拌品 合 斗 料 料 提 升 储 i 计量l 存 图3 1 连续式沥青混合料搅拌设备工艺流程图 3 1 2 强制间歇式沥青混合料搅拌设备 强制间歇式沥青混合料搅拌设备其特点是初级配的冷骨料在干燥筒内采用逆流加 热方式烘干加热 然后经筛分计量在搅拌器中与按质量计量的石粉和热态沥青搅拌成沥 青混合料 强制间歇式沥青混合料搅拌设备工艺流程图3 2 所示 1 石料场 1 石料由卡车运来 由装载机运送到冷配料斗 2 冷配料器 2 石料是由冷料斗 3 规则的供给皮带给料器 4 石料由集料皮带机 5 运送 通过斜 皮带机 6 输送到干燥筒的进料端 7 长安大学硕士学位论文 3 干燥筒 8 石料烘干的热源由喷燃器 9 提供 骨料经过烘干 加热 最后从干燥筒卸出 热的含尘气体通过除尘系统 1 0 除尘后由引风机 1 1 抽出 经烟囱 1 2 排向大气 4 热料提升机 1 4 由干燥筒卸出的加热石料由热料提升机 1 4 提升到振动筛内进行筛分 一i 图3 2 强制间歇式沥青混合料搅拌设备工艺流程图 5 搅拌楼体 1 5 石料经过振动筛筛分后分成不同规格大小的石料 暂时存入热料仓 1 7 内 然后 1 9 第三章热沥青混合料的不均匀性及质量控制 骨料从热料仓内根据级配要求通过石料称量斗 1 8 进入搅拌器 2 6 粉料 新粉和 回收粉 由螺旋输送机运送到称量斗 2 3 进行称量后输送到搅拌器 2 6 内 进入 搅拌器的石料 粉料以及附加的纤维物等一同搅拌 同时泵入预先称量的沥青 由搅拌 楼抽出的含粉尘的气体被吸入除尘系统 6 沥青罐 2 4 存储在沥青罐内的沥青由单独的加热系统 2 9 加热到适当的温度 并且要始终保 证加热温度 沥青根据需要输送到沥青称量斗 2 5 内计量 然后吸入搅拌器 2 6 7 成品料仓 3 0 经过拌合的沥青混合料由小车 2 7 运送到成品料仓 3 0 运料卡车根据设备标 志线装料一根据设备布局也可以采用在搅拌锅下直接装料 8 除尘系统 1 0 从干燥简出来的含尘烟气由于引风机的作用被吸入初级除尘系统 1 0 a 振动筛和 拌合楼内的烟气也进入一级除尘系统 从一级除尘系统出来的粗粉尘通过螺旋输送机进 入热料提升机而进入拌合程序 从布袋除尘器收集的细粉颗粒通过回收粉管道进入回收 粉仓 2 1 然后根据级配要求进入搅拌程序 9 热油加热器 2 9 导热油经热油加热器加热到适当温度后并经热油泵泵入热油循环管道 1 0 控制系统 2 8 搅拌设备的控制系统能够完成所有