矿料级配对沥青混合料质量的影响与控制

引言现今沥青混凝土路面被广泛应用在我国高等级公路中，因此沥青路面带来的质量控制问题也引起越来越多的重视。这些问题既与施工本身相关，也与沥青混合料组成相关，其中沥青混合料的矿料级配尤为重要[1]。矿料级配是沥青路面实测项目的关键因素，它直接影响沥青混合料的质量。目前JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中对矿料级配有严格的质量技术要求，应满足粗集料的含泥量、针片状及细集料的砂当量等标准，因此有必要加强对路面矿料的质量控制。而矿料技术指标常常与碎石生产工艺息息相关。一些碎石厂家为了提高产量，降低生产标准，比如对于母材，采石场内存在夹层土、风化石、绿皮植物等，生产的矿料含泥量比较多，导致同沥青的黏附性差，矿料中软弱颗粒含量较多，使路用性能较差；还有为了降低成本，生产设备、筛网磨损、破坏后更换不及时，导致矿料粒径变化过大，超出单粒级级配要求，很大程度上导致矿料级配无法达到沥青路面施工建设标准[2-7]。针对以上出现的主要质量问题，汕湛高速公路一标沥青路面项目结合多年碎石场及沥青混凝土拌合站生产管理经验，不断改进设备工艺、检测方法，提高生产技术。1、工程概况

中铁二局广东汕湛高速公路主线一标路面工程汕头至揭西段，全线沥青混合料由两个沥青拌合站完成，起始里程为K0+000～K41+700，主线全长41.7km。公路等级为一级，双向六车道高速公路，设计车速为120km/h。项目位于广东省东南沿海，气候分区指标为夏炎热冬温潮湿区（1-4-1）。表1为该路面各结构层厚度及类型。全线中、下面层原材料本着“就地选材”的原则选用碎石场自产碎石；上面层原材料由于玄武岩的多孔特点不适应本项目气候特点，最终确定上面层材料为辉绿岩。综上确定矿料来源为：机制砂及上面层辉绿岩碎石均为采购，其余层次碎石均为自产。表1路面各层次结构形式

2、碎石加工工艺原理与关键技术

工艺原理：（1）对采石场料源进行挑选，剔除夹层土、绿皮植物等，确保母材符合要求；（2）合理规划加工场地，安装破碎机和筛子；（3）根据各档集料的规格和大体比例，确定破碎机的生产参数和产量；（4）根据筛分结果，反复地试验，确定筛子类型、筛孔尺寸、筛子倾角、网片设置形式和尺寸，以满足规范和设计要求；（5）对母材进行破碎，并定期进行试验检测，根据实际情况对生产设备进行标定和维护。石料加工过程关键技术主要有3方面：加工工艺流程、振动筛的配置、设备调试。这3方面关键技术也是影响矿料级配质量的主要原因，对其相关过程控制进行分析如下。（1）破碎工艺的确定。石料加工常用的工艺流程有3种类型：一是两级破碎，颚式破碎→反击式或圆锥式破碎→筛分；二是三级破碎，颚式破碎→反击式、锤式或圆锥式破碎→反击式或锤式破碎（颗粒整形）→筛分；三是四级破碎，颚式破碎→反击式、锤式或圆锥式破碎→反击式或锤式破碎（颗粒整形）→冲击式破碎→筛分。（2）破碎机类型的确定。矿料破碎机有很多类型，最常用的为颚式、圆锥式或锤式、反击式等，每种类型都有其适用范围，根据本项目矿料需要、母材性质和现场加工特点，中、下面层碎石选取三级破碎，石料破碎的组合方式和特点见表2，碎石加工工艺流程如图1所示。同时生产集料时为控制成品的粉尘含量应在生产过程中添加引风除尘设备或者必要时将成品经过水洗。表2破碎组合方式和特点

图1碎石加工工艺流程（3）筛子类型。常用的筛子类型有振动筛、拖筛和滚筒筛3种，筛分效果都比较理想，根据现场的场地条件，本项目使用振动筛。根据设定的产量，需要确定振动筛的转速、筛子的倾角，倾角大、转速快相应的集料产量就高，反之就低。（4）振动筛各参数设置方式的确定。根据集料的规格要求设置筛网孔径，一般要比规范要求集料的最大公称粒径大2～5mm，具体的设置，还要根据集料的粗细、含量和振动筛的倾角作适当的调整。集料偏粗并且含量大，则适当地增大筛网孔径；振动倾角大，也要适当地增大筛网孔径。反之则减小筛网孔径。矿料生产线上的筛网使用振动筛，与沥青拌合楼使用的振动筛基本一致。每种混合料应控制关键筛孔包括其公称最大粒径对应的筛孔，通常中、下面层用集料在生产时用同一组筛网，抗滑磨耗层集料加工时用单独一组筛网。常用的筛网设置见表3。表3沥青混合料用粗集料常见筛网设置同时筛网网片长度要根据各档集料的粗细程度和含量设置。先在第一级传送带（即破碎后的第一级传送带）截取一段集料，进行筛分，确定每一档集料的含量和规格，如果某档集料含量高，则适当加长网片长度；较细的集料也要加长网片长度。反之则缩短网片长度。网片的设置方式为靠近集料入口处为细料筛，按从小到大的顺序依次排列网片；再根据产量的大小，确定采用几层网片。以上几种参数对集料成品规格的影响并非单一作用，而是互相影响，所以在调整过程中需要几种措施联合实施，根据实际的筛分情况进行某一项或者某几项参数调整，直至生产出合格的集料。2.1设备调试

生产的集料规格除了和振动筛的配筛有密切关系外，还与反击破碎机械结构有很大的关系。反击破碎机上有两块反击板，形成两个破碎腔，调节套筒螺母，可改变反击板和板锤之间的间隙，从而改变生产的集料粒径。通常第一反击板间隙较大，作为粗碎部分；第二反击板间隙较小一些，作为中细碎部分。正常生产前调整两块反击板间间隙，使生产的石料符合预定粒径通过率。通常加工中、下面层集料时，第一反击板间隙调整为35mm，第二反击板间隙调整为25mm；加工上面层集料时，第一反击板间隙为30mm，第二反击板间隙为20mm。有的碎石加工场为加大碎石产量把反击破破碎腔的反击板与板锤之间的间隙调整得很大。以汕湛高速项目一标碎石加工场为例，调整间隙与各材料之间的粒径（见表4）。由表4可以看出，第一次生产的集料仅10~25mm规格的集料符合级配要求，粒径偏粗，表明反击破碎石机的中、细破碎腔的反击板与板锤之间的间隙偏大，应调小。经过3次调整，4种规格集料均符合要求。表明通过调整破碎机破碎腔的反击板与板锤之间的间隙可改变集料的粒径与级配。在碎石生产过程中能否生产出预期粒径与级配的集料，调整好适合的反击板与板锤之间的间隙是至关重要的。表4反击板间隙与集料粒径的关系2.2操作要点（1）考察料源，掌握料源质量、运距等信息；（2）场地硬化，并设置排水边沟，防止集料二次污染；（3）安排破碎机储料仓和料场存料仓时，充分考虑生产的集料运输至料场的运距，根据每种单粒级集料的产量合理分配储料仓；（4）按照已定的产量，设计合理的筛孔尺寸、筛片长度，保证单粒级集料符合规范要求；（5）为降低扬尘、分级彻底，安装排风除尘装置，必要时加入适量的水；（6）雨季生产时，做好振动筛的覆盖，防止破碎时分级不彻底。如雨后进场的料源含水量过大，破碎时需水洗，并设置沉淀池，对用过的水沉淀后回收重复利用，节约水资源；（7）成品集料要覆盖或搭建遮雨棚，保持集料干燥，从而使用时可节约燃料能源；（8）集料加工时，按照调试时的产量进行生产控制，以确保生产的集料规格稳定。

3、质量控制

3.1实验室控制试验人员应参与集料生产的全过程，从原材料的考察到成品集料的指标检测，均严格按要求进行控制。生产前通过大量的试验，调整筛孔尺寸、筛片长度和设备参数；生产过程中按照频率对粗、细集料进行检测，发现异常及时调整，确保生产的集料满足质量要求。对于粗集料应洁净、干燥、表面粗糙，在高温多雨地区沥青路面用集料可适当提高压碎值、含泥量等标准。当使用花岗岩等酸性石料时应采取措施提高混合料的水稳定性，如掺加水泥或消石灰、使用高黏度的沥青、在沥青中掺加抗剥落剂等。汕揭项目按设计要求掺加水泥。当单一规格集料级配不符合要求，但经掺配合成后符合要求时，工程上允许使用。对于细集料加工控制关键指标之一是控制0.075mm的通过率。细集料生产过程中通常存在以下问题：（1）石场生产设备上未安装引风除尘设备，导致小于0.075mm的含量超过15%（规范要求值）；（2）加工过程中采用整形设备来满足针片状以及细集料棱角性指标技术要求，但是用了冲击破时往往小于0.075mm的含量会大于15%导致合成级配中粉料含量过大，级配的矿料间隙率难满足要求；（3）碎石场在生产细集料时没采用引风除尘设备而采用水洗设备，水洗设备只适用于清洗2.36mm以上的粗集料，不能解决0~2.36mm细集料中的粉尘含量，使用了水洗设备的生产的细集料反而不利于路面施工质量控制。细集料的棱角性指标对混合料的施工性能和使用性能起着至关重要的作用；在细集料中0.15~0.3mm及0.3~0.6mm部分的棱角性最小，这就是沥青混合料最忌讳在这部分出现“驼峰”的原因。规范中S16规格0~3mm细集料要求0.075mm的通过率为0%~15%（见表5）。但是通过试验掺配发现，当0.075mm含量控制在8%~12%时最佳，这样有利于减少细集料中的含泥量、增加集料与沥青的黏附性，而且还利于控制沥青混合料生产时的级配合成曲线。表5沥青混合料细集料级配范围要求3.2常见质量问题及改进措施（1）集料力学性能不能满足要求。主要是由于料源质量检测和控制不严，导致不合格的母材进场。需加强试验监管力度，适当增加抽检频次，杜绝不合格材料进场。（2）各档集料的比例产生较大波动。一般情况下表现为粗集料比例越来越大，细集料比例越来越小。主要原因是总产量增大且不稳定或者破碎机破头磨损过大，达不到破碎效果。对此首先要稳定总产量，并检查破碎机的情况，如破头磨损过大，须及时更换。（3）某一档或者几档集料产生混料现象，导致单粒级不符合要求。产生这种现象的原因：一是某档网片开焊，网片孔径增大;二是产量增加，筛分不充分;三是网片长度不够，筛分不充分。对此首先要稳定产量，然后检查各档筛孔是否开焊或者撑大，最后检查网片长度和破碎机的磨损情况。（4）集料0.075mm的通过率偏高。母材强度降低，母材含水量偏大、除尘排风口堵塞或者破碎机磨损等都可能导致集料0.075mm的通过率偏高。应首先排查原因，针对具体问题采取换料、遮挡、增大除尘排风口等措施，降低0.075mm以下粉尘含量。3.3碎石质量主要指标对比通过对自产和外购同种碎石做对比检测（其检测结果见表6），经对比发现碎石场自产碎石集料指标更具有优异性，说明碎石场的优势在工艺技术和质量控制管理方面得到体现。表6外购集料和自产碎石的集料检测主要指标对比3.4沥青拌合楼生产及配合比设计在目标配合比确定后，利用施工实际要使用的拌合机进行试拌以确定生产配合比。沥青混凝土拌合楼应采用工艺先进、品牌成熟的间歇式拌和楼，优先选用玛连尼、日工、阿斯泰克、安曼等成熟品牌拌和楼等。沥青混合料在施工生产中通常采用间歇式拌合机（如图2所示）。图2间歇式拌合机示意图沥青混合料的矿料级配是配合比设计的重要部分。级配良好的混合料具有密实、强度高、抗变形能力强等特点。为此，在满足规范要求的基础上，根据既往成功工程经验，根据汕湛高速公路设计图纸规定要求各面层生产时设置热料仓筛孔。拌合楼振动筛筛网尺寸应充分考虑各热料仓供料平衡，不同级配必须配置不同筛孔组合，筛孔设置见表7。表7间隙式拌合楼用振动筛的等效筛孔应严格控制公称最大粒径、4.75mm、2.36mm和0.075mm等关键筛孔的通过量。拌合温度及时间取试验段确定的拌合参数，拌合时间以沥青均匀裹覆集料为度，一般每盘不少于45s（其中干拌5～10s），改性沥青不少于50s，投放次序应遵循粗集料同沥青充分拌合后再进行矿粉投放原则。确定热料仓筛孔尺寸，安装振动筛，启动拌合楼，按冷料仓设计流量向拌合楼供料，待供料稳定后停机，分别从各热料仓取样，进行筛分试验。根据各热料仓矿料的筛分结果，以目标合成级配为参照进行矿料组成设计，使合成级配最大限度地与目标级配接近，确定各热料仓矿料的配合比例。在目标配合比最佳油石比±0.3%以内进行控制，成型3组油石比的马歇尔试件，并进行马歇尔试验，由此确定生产配合比。按照确定的生产配合比进行拌合楼试拌，观察混合料级配和油石比，取样对混合料进行马歇尔试验、抽提试验，检查矿料级配和油石比是否满足设计要求。4、建立路面质量检测管理办法

（1）严格按JTGF40—2004《公路沥青路面施工技术规范》检查项目与频度，对各种原材料进行抽样试验，其质量应符合本规范规定的技术要求。每个检查项目的平行试验次数或一次试验的试样数必须按相关试验规程的规