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南方路机精品集料加工成套工艺技术在广东长大中山集料工厂的应用

2016-01-12     浏览:2097

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       南方路机精品集料生产线,能够在集料生产过程中实现集料破碎、整形、筛分、颗粒表面石粉去除、石粉含量控制、细集料筛分,细集料比例调节、石粉收集、精细化控制等技术要求,广泛应用于对粗细集料的粒型、级配、细度模数、含粉量等技术标准要求极高的跨海桥梁、水电、核电站工程项目中,该生产线涉及到的多种沥青细集料的生产工艺目前已申请国家专利。


       广东长大公路工程有限公司,作为具备国家公路工程施工总承包特级资质、公路行业设计甲级资质并拥有对外经营权的大型企业,承担国内重大公路、桥梁、隧道工程的施工工作。基于对工程施工工艺、工程材料、产品质量方面的严苛控制,广东长大累计参与过270多座特大型、大型桥梁精品工程,先后获得国家和省部级科技进步奖90多项,取得发明专利34项、鲁班奖2项、中国土木工程詹天佑奖7项,是1997年唯一获得西班牙第九届国际建筑大奖的中国公司。


       举世瞩目的港珠澳大桥作为一座世界级的跨境、跨海通道,连接香港、珠海和澳门,涵盖了路、桥、隧、岛等各项工程,其CB04、CB05、CB07合同段,便是由广东省长大公路工程有限公司承建。港珠澳大桥路面采用浇筑式沥青混凝土施工方式,其所采用的粗细集料由南方路机精品集料生产线生产。
近日,广东省长大公路工程有限公司杨东来、徐永刚、张广平、张顺先先生撰写《沥青路面集料加工技术的进步与发展》一文,专题研究沥青路面集料加工技术工艺,从专业视角阐述了精品集料加工成套工艺技术,其对国内精品集料生产工艺进行了专业独到的解读分析,具有很高的借鉴学习价值,南方路机将此转发,以飨读者。
下文选自杨东来、徐永刚、张广平、张顺先 先生发表于《筑路机械与施工机械化》2015年12期的论文《沥青路面集料加工技术的进步与发展》,该文版权归原作者所有。


广东长大.jpg


1. 集料加工的存在的问题与发展趋势


       随着我国对公路、尤其是高等级公路建设投资力度的加大,对沥青路面提出了更高的、甚至是苛刻的要求。要提高沥青路面质量,首先是保证原材料的质量,而集料的质量是沥青混合料质量保证的关键之一。


1.1 国内集料加工的现状


       无论是从理论上、还是实践上,国内外关于集料对沥青路面性能影响和重要意义的认识是基本一致的,尤其随着道路建设的发展和技术进步,对沥青路面集料质量的重视与日俱增,对沥青路面集料的质量要求越来越高。集料质量(包括规格、形状、性能、稳定性等)受到加工工艺、岩石资源、检测评价水平和管理机制、市场体制等多方面因素的影响。

       沥青路面集料加工涉及到管理和技术两方面的问题。近年我国各地从集料加工的管理和技术两方面采取不同措施加强集料质量,但整体上各地集料加工管理水平差异较大,沥青集料的加工管理水平整体上还较低,表现在设备、工艺、管理等方面不配套和相对落后;同时缺乏关于沥青路面集料的加工、管理方面相关技术指南、检验规程等;部分地区集料加工管理薄弱,缺乏对集料加工企业的管理和监督,对集料的开采生产缺乏规划和计划指导,造成集料市场波动较大,不同程度的影响了沥青路面的质量和进度。另外钢桥面铺装、薄层加铺、SMA等特殊沥青混合料需要的特种集料加工生产技术满足不了工程建设的需要,需要对特种集料的加工生产进行有针对性地研究和指导,满足沥青路面建设对集料品种、规格、质量的不同需求。

       国内外学者对集料的颗粒特征、级配等对沥青混合料的性能及沥青路面的使用性能进行了较多的研究,但对沥青混合料用集料标准化加工工艺、加工质量控制体系及控制指标研究很少。广东省高速公路沥青路面施工过程中,近年也对集料加工管理加强了控制,从集料加工工艺、料场管理、集料规格等多方面采取措施进行控制,集料质量有了明显提高。提高沥青路面使用寿命需从源头抓起,研究沥青路面集料加工具有非常重要的理论意义和实用价值。


1.2 集料加工和管理存在的主要问题


       国内的集料加工厂家,大多是按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的每种规格集料的公称粒径范围的两个筛孔加工集料。通过 对加工的集料进行抽样检测,抽取的沥青路面中、下面层用集料20组筛网的80档集料,将各档集料按相应的规格要求检验,合格率只有58%,多个工程项目现场取样抽提筛分资料统计表明,当前沥青路面各层混合料的级配变异系数都在8%以上,甚至高达15%,这往往成为路面病害多和使用寿命短的主要原因。

       调查结果表明我国沥青路面集料加工的常见问题主要表现为:厂家众多、设备落后、技术管理落后、不配套、石料质量较差、生产碎石粒径超大、针片状多、粉尘多、施工现场碎石来源乱、碎石堆放不规范、碎石二次污染现象普遍、部分碎石含软石、风化岩较多等。“规格料不规格”是中国沥青面层用集料的一个比较突出的问题,从碎石场采购的同一规格的集料,其颗粒组成的变异性常有显著差异。各档料级配变异性大将严重影响混合料级配的稳定,集料已成为目前是我国沥青路面施工中最不稳定、最难控制、影响最大的一个焦点问题,也是影响沥青路面质量的一个最显著因素,集料质量达不到要求,是致沥青路面性能降低,出现早期损坏,集料问题正在逐渐得到了有关单位和部门的重视。我国在施工设备、工艺、沥青材料等性能达到国际先进水平的情况下,沥青路面质量及耐久性却显著低于国际先进水平,集料加工生产水平低下是其中的一个重要原因。

       集料加工生产领域长期落后现象的原因是:

            (1)集料加工筛孔的选用没有标准,加工的集料合格率低;

            (2)集料规格质量控制指标不明确,过程控制不严格,验收制度松弛或根本没有验收制度,致使集料级配变异性极大。

            (3)同一岩口集料密度变异的控制问题;

            (4)沥青路面施工技术规范只提出沥青混合料用粗、细集料规格要求,但没有给出这些规格集料的标准化加工技术。


1.3 集料加工和管理发展趋势


       近年我国各省在加强沥青路面集料质量方面采取了多项措施,包括制定集料质量规定、集料生产工艺规定、集料生产企业管理要求、市场准入制度、集料采购招投标制度、监督检查机制以及技术培训工作,对提高沥青路面集料质量起到了显著作用。在政府相关部门的规范和指导下,整体上我国沥青路面集料加工发展的趋势是规范化、标准化、市场化、规模化、管理现代化,随着发展对集料生产加工的环保、节能的要求更高,要求集料生产加工必须满足绿色、环保、节能、效率要求。

       我国沥青路面集料加工技术和管理是伴随着沥青路面建设逐渐发展的,整体上发展时间还较短,沥青路面施工技术近5~10年的发展较快,但沥青路面集料加工技术和管理发展的相对滞后,经济发达地区的集料加工技术和管理发展较快。其中江苏等省的集料加工技术和管理较快,也比较有代表性。下面介绍广东省在集料加工和管理的情况及发展趋势。

       广东省交通厅2008年立项研究“沥青路面集料加工地方规定”,课题组利用标准化筛孔的筛网,通过准确调试和监控破碎机反击板与板锤之间的间隙,严格按照沥青路面施工技术规范关于各种规格集料的级配要求,大规模加工合格集料的技术。已在省内广梧高速公路等十几项工程中应用,取得了良好的效果。改变了长期以来配比设计迁就集料加工的局面,十分显著地减少了混合料级配的变异性和路面离析现象,大大提高了路面的密水性和均匀性,显著地减少了拌和楼的溢料、等料现象,减少了燃料消耗,提高了生产率,降低了成本。超过1000公里的路面施工实践证明,这项技术是解决沥青路面水损害和车辙变形等早期病害的有效措施。
近年来,广东省对沥青路面的细集料的加工提出了新的要求,对沥青混合料的细集料采用机制砂,逐渐禁止使用石屑来代替细集料来使用。特别是从2014年起,由于港珠澳大桥桥面铺装浇注式沥青混凝土采用了英国BS1447标准,对细集料的分档提出了新的要求,将0-2.36mm细集料细分为A料(0.075-0.212mm)、B料(0.212-0.6mm)、C料(0.6-2.36mm)3档,对混合料的级配控制更加稳定。但国内的集料加工生产线无法加工出符合标准的集料,为解决上述问题,广东省长大公路工程有限公司在中山火炬开发区建立了集料工厂,负责钢桥面专用集料的生产。


集料工厂.jpg


       中山集料工厂的建成和成套技术的应用,解决了港珠澳大桥桥面铺装集料及国内其他钢桥面集料分档的技术难题,对集料加工水平的提高起到极大的推动,实现了集料加工工厂化生产,其加工水平达到了国际先进水平。


2 集料标准化加工的关键技术和工艺


       集料标准化加工的关键技术和工艺主要包括以下几方面:

            建立集料加工标准化加工工艺与设备;

            制定集料加工的规格质量监控指标和验收标准;

            研究集料加工用筛孔与关键标准筛筛孔的关系,确定集料加工用标准化筛孔并建立集料规格与加工用筛孔的关系;

            明确沥青混合料类型与集料规格的相互关系。




2.1 集料加工场地建设


集料加工场地需满足以下几方面的要求:
    1. 集料加工企业需经过认真的料源调查,通过调查确定基岩的矿物组成、构造、储量、岩石密度、抗压强度、孔隙率、吸水率、耐磨性等。根据基岩特性是否满足相关规范技术要求来确定是否开采。
    2.集料加工企业需拥有固定的宕口,基岩特性稳定,否则生产的集料质量不稳定;料源选取宜考虑就地取材的原则,可减少运距,降低成本。
    3.采石场在生产过程中必须彻底清除覆盖层及泥土夹层,岩石覆盖层及泥土夹层对集料质量影响大;生产碎石用的原石不得含有土块、杂物,否则集料含泥量或泥块含量将难以控制。
    4.盖山土、风化岩层(或不合格的岩层)清除范围距爆破影响线至少10m,人工配合装载机械进行块石分选,确保块石不混杂泥块或不合格岩石。
    5.加工现场集料堆放场地地面须硬化;部分集料加工场地未硬化,导致土、杂质易混入集料中,影响集料的洁净度和质量。
    6.场地应具有足够的面积来保证其布局合理,加工好的各类集料分开堆放,且分隔要清晰,否则不同规格集料易混放,造成级配不稳定,离析等,影响使用效果;加工场需设有专用的石料堆放场和块石分拣区;设置专用废料堆放场地,避免废弃料混入集料中,影响集料质量和使用效果。
    7.做好场地内及四周的排水设施,以免水淹没集料,增加集料含水率,沥青拌和楼中难以加热到预定温度,影响集料与沥青的粘附性。


2. 集料加工工艺


       石料的加工,就是选择优质的原材料,经过破碎、筛分最终形成我们所需要的产品。加工产品的质量主要有两个大方面:一是材料自身性质所决定的质量;二是加工工艺影响材料规格、形状、含泥量等指标的变化。材料自身性质的质量在石场的选址过程,通过探明储量、取样分析石料性质等手段较易控制。加工过程影响质量主要有三个方面:一为加工工艺流程;二为振动筛配筛;三为加工过程加工机械的调试。
理想的集料是有坚硬棱角、粗表面纹理、近似立方体形状、有优良级配曲线的洁净碎石,为了满足上述要求,碎石加工工艺流程一般为:喂料机→鄂式破碎机→圆锥机→反击破碎机→振筛机→成品


1. 集料加工工艺流程
       在集料加工中,喂料机装入的为岩口开炸出的片石,其中含大量的泥土,因此,在鄂式破碎机和圆锥机之间宜加入筛孔为10mm的振动筛,将绝大数的杂质筛除,以保证进入圆锥机块石的洁净。另外,在鄂式破碎机和圆锥机、圆锥机和反击破碎机之间增装有储料仓,目的有两个:一是当流程后段发生机械故障时,前段仍可继续生产,有提高产量作用;二是保证供应给碎石机的石料均衡稳定,从而保证成品料颗粒形状、颗粒级配稳定。在圆锥机和储料仓间安装振筛机,将从圆锥机出来的碎石选样3cm~5cm碎石进入反击破碎机,碎石规格选样的理由是如果过大会降低反击破的生产效率;过小会使未经反击破碎进入31.5mm档以下的颗粒过多,造成集料针片状的加大。为了获得洁净的石料,需在反击破碎机前安装除尘设备,在振筛机皮带出口安装了除尘设备。集料加工的工艺流程为:


碎石生产工艺流程图.jpg

图2  碎石生产工艺流程图


2.碎石设备的调整

生产出石料的规格除了和振动筛的配筛有密切的关系外,和反击破碎机的机械结构也有很大的关系,因此为了生产出优良级配曲线和保持曲线的稳定性,对反击破碎机生产前调试和生产过程中的调整相当重要。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间隙,从而改变集料粒径,通常第一反击板间隙较大,作为粗碎部分,第二反击板间隙小一些,作为中细碎部分。正常生产前调整两块板间间隙,使生产出石料符合预定的级配曲线。在生产过程中,利用停机间隙,加以校核,使板间间隙始终和初始间隙保持一致。通过以上措施的处理后,在沥青混凝土生产过程中能保持生产过程中材料通过关键筛孔的通过率相对稳定。




2.3 集料分级
       根据国家现行《公路沥青路面施工技术规范》,粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙,级配应符合表1的规定。当单一规格集料的指标达不到表1要求,而按照集料配比计算的指标符合要求时,工程上允许使用。在研究中发现现行规范中S7、S8、S9、S10四档料在工程应用中级配难以控制,增加了S7C、S8C、S9F三种集料规格。


表1  沥青混合料用粗集料规格

规格代号规格名称(mm)下列筛孔的质量通过率(%)适用于
37.531.526.5191613.29.54.752.360.6
S520~4090~100

0~15

0~5


ATB-40
S615~3010090~100


0~15
0~5

ATB-30
S7C20~3010090~100
0~15


0~5

S710~3010090~100



0~150~5

S8C20~25
10090~1000~15


0~5

AC-25 ATB-25
S810~25
10090~100


0~150~5

S910~20

10090~100

0~150~5

ATB-25     AC-25   AC-20
S9F10~18


10090~100
0~150~5

AC-16
S1010~15



10090~1000~150~5

AC-13
S115~15



10090~10040~700~150~5
S125~10




10090~1000~150~5
各层通用
S143~5





10090~1000~150~3


       根据国家现行《公路沥青路面施工技术规范》细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配,应符合表2的规定。细集料的洁净程度,天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示,石屑和机制砂以砂当量(适用于0~4.75mm)或亚甲蓝值(适用于0~2.36mm或0~0.15mm)表示。表3中,对于机制砂的级配提出了更高的要求,其目的是能满足各种混合料的级配要求。对0~2.36的细集料提出了级配范围的控制要求。


表2  沥青混合料用天然砂规格

筛孔尺寸(mm)通过各孔筛的质量百分率(%)
粗砂中砂细砂
9.5100100100
4.7590~10090~10090~100
2.3665~9575~9085~100
1.1835~6550~9075~100
0.615~3030~6060~84
0.35~208~3015~45
0.150~100~100~10
0.0750~50~50~5

表3  沥青混合料用机制砂或石屑规格

规格公称粒径水洗法通过各筛孔的质量百分率(%)
(mm)9.54.752.361.180.60.30.150.075
S150~510090~10060~9040~7520~557~402~200~10
S160~3
10080~10050~8030~5515~358~258~12
规格公称粒径水洗法通过各筛孔的质量百分率(%)
(mm)9.54.752.361.180.60.30.150.075
S150~510090~10060~9040~7520~557~402~200~10
S160~3
10080~10050~8030~5515~358~258~12

      

      广东省沥青路面工程常用集料规格有S7C、S8C、S9、S9F、S10、S12、S14、和S16。
      注意混合料类型与集料规格的关系,根据混合料类型来加工和选用集料的规格,是混合料设计和路面施工质量监控的重点。




2.4 集料加工关键技术
       从集料加工过程得知,影响集料粒径和级配的因素有:筛网的筛孔尺寸,筛网的傾角,筛网的长度、振幅和频率,以及反击破碎机上反击板与板锤之间的间隙。每台反击式破碎机通常有两个破碎腔(有的只有一个),在粗破碎腔上反击板与板锤之间的间隙较大;在中、细破碎腔上反击板与板锤之间的间隙小一些。这两个间隙可以通过套筒螺母来调整。筛孔尺寸的选定是关键因素,一旦筛网装上去,只有上述两个间隙可以调整,其他因素都难以改变了。集料加工的关键技术是准确地选定筛孔组合和准确调试、监控反击板与板锤之间的间隙。
各种规格集料在其公称最大粒径对应筛孔的通过率,由选定的筛孔尺寸来控制。而S11在9.5mm和S15在2.36mm筛孔的通过率只能通过调试反击板与板锤之间的间隙来调整。
2.4.1 集料加工筛孔网配置
       只有了解了集料加工场的碎石生产工艺及原理,才能对集料加工场进行合理化配筛。碎石集料加工场就是根据设计的路面结构型式选择碎石生产线的筛孔,以便能在石场对碎石规格初步分级,使备好的几种材料适用,为优化配比设计提供可能。沥青混合料质量由标准筛控制,但是集料加工和拌和楼上使用的是振动筛。集料加工的振动筛筛板有倾角(通常为24°),在集料加工流水线和拌和楼上装上标准筛网眼的筛板,并不能准确、直接地控制预定目标级配线上关键筛孔的通过率。集料加工的目的,是用几个适当规格的集料,配出以标准筛各筛孔通过率控制的目标级配混合料。集料公称最大粒径对应筛孔的通过率在级配控制中起着关键作用,可用一种规格集料来控制其公称最大粒径对应的标准筛筛孔的通过率。间歇式拌和楼通常使用4-5种规格集料,每一种混合料只能直接控制4-5个标准筛筛孔的通过率,振动筛筛孔的选择相当关键。
        当石场储量足够大时,通常将中、下面层所用集料一起加工,将两者分开加工的方案是不合理的;抗滑磨耗层所用集料则应单独加工。
       集料生产线上的筛网是振动筛,振动筛有倾角,欲控制选定标准筛筛孔的通过率,则集料加工所用筛的筛孔必须比对应标准筛筛孔大,更不能比标准筛筛孔小。将标准筛筛孔直接用在集料加工生产线上,是达不到控制目的的,甚至是错误的。一种混合料应控制的标准筛筛孔,即关键筛孔,包括其公称最大粒径对应的筛孔,以及比公称最大粒径小的筛孔,从2.36mm开始按2倍递增的各筛孔。据此可以确定中、下面层集料加工时应控制的一组标准筛筛孔,也可以确定抗滑磨耗层集料加工时应控制的另一组标准筛筛孔。
       通过大量研究和实践,已找到与上述两组关键标准筛筛孔对应的集料加工生产线上所用的两组筛孔,对应关系如表4所示。


表4集料控制标准筛筛孔与加工用筛孔的关系

中、下面层应控制的标准筛筛孔(mm)2.364.759.51926.5(或31.5)
集料加工用的筛孔(mm)abcfg(或h)
抗滑磨耗层应控制的标准筛筛孔(mm)2.364.759.513.2(或16)
集料加工用的筛孔(mm)abcd(或e)

注:字母a至h,代表8个按从小到大顺序排列的数字,是集料加工用方孔筛筛孔(即标准化筛孔)尺寸,根据规格集料的公称最大粒径,用课题组提出的公式计算出来。集料加工用筛孔与振动筛边长、倾角、筛的振幅等有关。


2.4.2集料规格与集料加工用筛孔的关系


       沥青面层AC-25和AC-20预定的目标级配线上有12个筛孔,而加工的集料通常只有4~5档,故只能选4~5个筛孔来控制。
       在标准筛系列筛孔(1.18 mm及其以下的不计) 2.36mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm、19mm、26.5mm、31.5mm、37.5 mm 中,2.36mm、4.75mm、9.5mm、19mm、37.5mm 这5个筛孔从小到大符合按2 倍逐渐递增的规律,这是制定筛孔系列的本意,故应从中选定要控制的筛孔。
       19mm是中面层的标准最大粒径,是关键筛孔。因13.2mm和16mm是上面层2种混合料的标准最大粒径;26.5mm和31.5mm是下面层2种混合料的标准最大粒径。应根据上面层混合料类型在13.2mm和16mm中选择其一;根据下面层混合料类型在26.5mm和31.5mm中选择其一。由此可见,在中、下面层用料结合起来加工时,应控制的标准筛筛孔有2.36mm、4.75mm、9.5mm、19mm和26.5mm(或31.5) mm。集料加工时,用22mm和30mm、11mm和22mm、6mm和11mm、3mm和6mm、0和3mm组成的套筛进行筛分,集料在26.5mm、19mm、9.5mm、4.75mm、2.36 mm 筛孔的通过量分别为90%∽95%、90%∽95%、90%∽95%、75%∽80%、90%∽95%。中、下面层集料加工所用振动筛筛孔为3mm、6mm、11mm、22mm和30mm(或35) mm。用这组筛加工集料时,当下面层所需的22mm和30mm(或22mm和35) mm料备足后,卸下30mm(或35) mm 筛板,继续加工其他档料。
       在石场储量充足的情况下,通常将中、下面层用料结合起来加工,选用一组筛,而将上面层用料另行加工,选用另一组筛。在中、下面层集料加工所用的筛孔组中,有1个筛孔十分重要,通过合理选择,可使下面层混合料所需的最粗一档料备足以后,卸掉已用筛组中孔眼最大的1个筛板,继续加工中面层用料。这样就可以使碎石集料加工场的生产有序、合理,也确保了生产的集料质量。
通过大量实际工程的集料加工,总结出各种集料规格与加工用筛孔的关系如表5所示。


表5  集料规格与集料加工用筛孔的关系

集料规格S7S8S9S9FS10S11S12S14S15S16
公称最大粒径(mm)31.526.5191613.213.29.54.754.752.36
公称粒径范围(mm)10/3010/2510/2010/1810/155/155/103/50/50/3
加工用筛孔(mm)f/hf/gc/fc/ec/dc/db/ca/b0/b0/a


       表5表明用一对标准化筛孔,例如c/f,通过调试和监控破碎机反击板与板锤之间的间隙,即可生产出一种级配符合S9要求的规格集料,而用表示公称粒径范围的一对筛孔(例如10/20)却达不到目的,是现行施工规范存在的一个不足。
当路面结构包含四个沥青层,如AC-20、AC-25和AC-30(或ATB-30)时,最先加工的五种规格集料应为S7、S9、S12、S14和S16,待S7加工数量足够以后,将S7改为S8继续生产。
       用于抗滑磨耗层的主要两种混合料为,SMA-13的均匀性优于SMA-16,原因是用S10(或S11)、S12、S14和S16四种规格集料直接控制着连续相邻的13.2mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm四个关键筛孔的通过率,使SMA-13混合料的级配得到有效控制;而SMA-16混合料用S9F、S12、S14和S16这四种规格集料,直接控制16mm、9.5mm、4.75mm和2.36mm这四个筛孔,其中13.2mm筛孔仅靠间接控制,级配控制效果减弱了。因此,可通过集料加工方案的调整来改善SMA-16混合料的均匀性,即先加工S9F、S12、S14、S16四种规格,当S9F数量够了以后,将筛孔e改为d,即将S9F改为S10继续生产,这样SMA-16混合料就可以用五种规格集料,使13.2mm筛孔的通过率也得到直接控制。
      通过对集料加工场筛孔与集料关键筛孔相关性分析,集料加工场和沥青混合料拌和楼的推荐套筛设置见表6。


表6  沥青混合料用集料推荐筛孔设置

名称用途筛孔尺寸(mm)
AC-25集料生产36112230
拌和楼47112235
AC-20集料生产361122
拌和楼471130
AC-16集料生产361118
拌和楼471122
AC-13集料生产361115
拌和楼471122
SMA-16集料生产361118
拌和楼471122
SMA-13集料生产361115
拌和楼471122
ATB-25集料生产36112330
拌和楼47112335
ATB-30集料生产36112335
拌和楼47112340



       从表6可知推荐配筛的优点有: ①6mm的振动筛对应于4.75mm标准筛,它是粗、细集料的分界线;② 3mm的振动筛对应于2.36mm的标准筛,这是控制细集料级配的关键筛孔之一;③使沥青拌和楼2#仓的料在2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm筛孔的通过量不致太少,从而能与1#仓的料及矿粉(和水泥)一起参与调整细集料的级配,保证该范围级配曲线的连续性和光滑性,有利于保证混合料的密水性和表面纹理的均匀性;④使下面2层或3层筛固定,缩短换筛的时间。
       对拌和楼而言,上述筛孔组在中、下面层交替施工时使用,施工中面层时,不输入22mm、30mm规格的集料。当下面层施工完毕,单独施工中面层时,可将35mm 筛板卸下,并将22mm筛板换成30mm筛板。上述筛孔组配置,要求拌和楼有5个热料仓和5个冷料仓。
       以上配筛方案在近年多个高速公路路面工地中采用,行之有效,取得了显著的经济效益和社会效益。路面质量良好,没有发现沥青路面常有的泛油、坑槽和车辙等病害。由于沥青路面集料加工场配筛与拌和楼配筛合理化对应,生产过程中减少了集料加工场材料损耗和拌和楼溢料损耗,能节约2%碎石材料。


3 集料标准化加工的质量控制体系


3.1 沥青路面对集料的技术要求
       在集料指标中,视密度和吸水率是集料的综合指标,石质坚硬致密,吸水率小的集料比较耐磨、耐久性好。试验表明,集料密度与许多性质都有一定的相关关系。但是,这并不是说集料密度越大越好,集料表面必须粗糙,而过分致密的集料破碎面可能比较光滑,缺乏粗糙的凹凸表面,不能吸附较多的沥青结合料,使沥青膜的厚度变薄,又影响混合料的耐久性。配合比设计不能到达满意的效果,所以集料的多种性质都需要综合平衡考虑。
3.1.1 粗集料技术指标与标准
       沥青路面用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等,但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙,质量应符合表7的规定。当单一规格集料的质量指标达不到表中要求,而按照集料配比计算的质量指标符合要求时,工程上允许使用。集料在进入拌和机前,需经200℃左右的高温,有些常用的石料如花岗岩、玄武岩、石灰岩等有可能因此发生质量上的变化;对受热易变质的集料,宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。


表7 沥青混合料用粗集料质量技术要求

指标单位高速公路及一级公路其他等级公路
表面层其他层次
石料压碎值不大于262830
洛杉矶磨耗损失不大于283035
表观相对密度不小于2.602.502.45
吸水率不大于2.03.03.0
坚固性不大于1212
针片状颗粒含量(混合料)不大于151820
其中粒径大于9.5mm不大于1215
其中粒径小于9.5mm不大于1820
水洗法<0.075mm颗粒含量不大于111
软石含量不大于355


       高速公路、一级公路沥青路面的表面层(或磨耗层)的粗集料的磨光值应符合表8的要求。除SMA、OGFC路面外,允许在硬质粗集料中掺加部分较小粒径的磨光值达不到要求的粗集料,其最大掺加比例由磨光值试验确定。


表8  粗集料与沥青的粘附性、磨光值的技术要求

表.jpg


       粗集料与沥青的粘附性应符合表8的要求,当使用不符要求的粗集料时,宜掺加消石灰、水泥或用饱和石灰水处理后使用,必要时可同时在沥青中掺加耐热、耐水、长期性能好的抗剥落剂,也可采用改性沥青的措施,使沥青混合料的水稳定性检验达到要求。掺加外加剂的剂量由沥青混合料的水稳定性检验确定。
       从《公路沥青路面施工技术规范》的粗集料技术指标中可看出,我国特别重视压碎值,其实世界上使用最多的是洛杉矶磨耗值,压碎值是以前英国标准BS 812中的老方法,在欧洲新标准EN 13043:2002及英国BS EN 1097-2:1988方法中,都已经取消了压碎值,改为洛杉矶磨耗值及冲击值指标是值得注意的变化。冲击值的试验方法与我国的有所不同。

3.2 集料标准化加工质量控制指标
       集料标准化加工质量控制指标主要用于生产过程中的质量控制。
3.2.1粗集料质量控制指标
       我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定,沥青层用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等,但高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料必须由具有生产许可证的采石场生产或施工单位自行加工。
       粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙,质量符合相关技术规定。当单一规格集料的质量指标达不到要求,而按照集料配比计算的质量指标符合要求时,工程上允许使用。
      上面层沥青混合料的粗集料宜选择二次反击破碎的玄武岩、花岗岩或辉绿岩等硬质石料。针对广东省的实际情况,适当提高了粗集料的压碎值、含泥量标准。当采用花岗岩石料时,应采取适当措施提高沥青混合料的水稳定性,包括:掺加水泥或消石灰、使用粘度较高的改性沥青、在沥青中掺加抗剥落剂和使用碱性细集料等。
      根据以上分析,结合广东省交通运输厅的《沥青路面应用技术指南》,考虑到广东省气候条件,提出的粗集料相关指标要求见表8至表11。


表8  广东省沥青混合料用粗集料的技术要求

指标单位高速公路和一级公路二级公路试验方法
上面层其他层次
压碎值(或冲击值),不大于%202226T0316
洛杉矶磨耗损失,不大于%252733T0317
表观相对密度,不小于2.62.52.45T0304
吸水率,不大于%232T0305
对沥青粘附性,不小于544T0616
坚固性,不大于%1212T0314
细长扁平颗粒含量,不大于%121820T0312
其中粒径大于9.5mm,不大于%1015
其中粒径小于9.5mm,不大于%1520
水洗法 < 0.075mm颗粒含量,不大于%111T0310
软石含量,不大于%355T0320
石料磨光值(PSV),不小于
42T0321
道瑞磨耗值AAV),不大于
14T0323


注:

①坚固性试验可根据需要进行;
②用于高速公路、一级公路时,多孔玄武岩的视密度可放宽至2.45g/cm3,吸水率可放宽至3%,但必须得到建设单位的批准,且不得用于SMA路面;
③对S14即3~5规格的粗集料,针片状颗粒含量可不予要求,<0.075mm含量可放宽到3%


表9  混合料级配范围

粒径31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075
AC25100100~9082~7074~6265~5454~4235~2527~1621~1117~713~510~38~2
AC20
100100~9088~7779~6459~4735~2527~1621~1117~713~510~38~2
AC16

100100~9586~7967~5840~3032~2325~1720~1316~1013~810~6
AC13


100100~9574~6640~3032~2325~1720~1316~1013~810~6


表10  广东省沥青路面上面层粗集料级配范围要求

规格名称公称粒径(mm)通过下列筛孔(mm)的质量百分率(%)
19.013.29.54.752.360.6
S1010~1510080~1000~150~5
S125~10
10090~1000~150~5
S143~5

10090~1000~150~3


表11  广东省沥青混合料用粗集料规格

规格代号规格名称/mm下列筛孔的质量通过率(%)适用于
37.531.526.5191613.29.54.752.360.6
S520~4090~100

0~15

0~5


ATB-40
S615~3010090~100


0~15
0~5

ATB-30
S7C20~3010090~100
0~15


0~5

S710~3010090~100



0~150~5

S8C20~25
10090~1000~15


0~5

AC-25
     ATB-25
S810~25
10090~100


0~150~5

S910~20

10090~100

0~150~5

ATB-25     AC-25 AC-20
S9F10~18


10090~100
0~150~5

AC-16
S1010~15



10090~1000~150~5

AC-13
S115~15



10090~10040~700~150~5
S125~10




10090~1000~150~5
各层通用
S143~5





10090~1000~150~3


       粗集料遵循就地取材的原则,结合广东省目前高速公路的实际使用情况,常用的粗集料的分级增加了S7C、S8C、S9F,这对目前的规范是一个改进。即在表11中增加了S7C、S8C、S9F三种规格集料,因为《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004规定的集料规格S7和S8的粒径范围大,加工出来的集料易离析,使生产过程中混合料的级配难以控制,新增的S7C和S8C,将集料的规格进一步细化,为配制AC-25、ATB-25提供较合适的集料,实践表明可大大减少离析,级配波动小。S9F适用于AC-16、SMA-16、OGFC-16混合料的配制,如采用S9规格的集料,拌和楼溢料现象较为严重,不经济。


3.2.2细集料质量控制指标

       沥青混合料的细集料细集料宜采用机制砂,应洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当的颗粒级配。对于上面层沥青混合料应使用石灰岩细集料,禁止使用花岗岩细集料。其技术要求见表12 和表13


表12 5.43  沥青混合料用细集料的技术要求

指标单位高速、一级公路二级公路试验方法
表观相对密度,不小于2.602.45T0328
坚固性(>0.3mm部分),不小于%12T 0340
含泥量(小于0.075mm的含量),不大于%35T 0333
砂当量,不小于%6550T 0334
亚甲蓝值,不大于g/kg2.5T 0349
棱角性(流动时间),不小于s30T 0345


表13 5.44   广东省沥青路面用细集料级配范围要求

规格公称粒径(mm)水洗法通过各筛孔的质量百分率(%)
9.54.752.361.180.60.30.150.075
S150~510090~10060~9040~7520~557~402~200~10
S160~3-10080~10050~8030~5515~358~258~12

注:机制砂宜采用专用的制砂机制造,并选用优质石料生产,其级配应符合S16的要求。


       沥青路面细集料S16规格集料在0.075mm的通过率限制为8~12%,而《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中S16规格集料在0.075mm的通过率为0~15%,本规定对小于0.075mm含量要求更严,有利于减少细集料中的含泥量,增加集料与沥青的粘附性,同时对细集料的级配提出了严格的要求。
       对于细集料加工控制关键指标之一,就是要控制0.075mm的通过率,目前在实际生产过程中,达到这个指标有一定的困难。主要原因是:

            (1)集料生产过程中,石场还没有普遍采用引风式除尘设备,导致0.075mm的通过率达不到指标的要求;

            (2)在集料加工中,宜采用引风式除尘设备,由于水洗设备没有解决石场加工中的扬尘问题,极易对集料二次污染,同时,水洗对水的流量要求高,易造成对环境的污染,而引风式除尘方式,解决了场地的扬尘问题,同时又可以很好地解决细集料中0.075mm的通过量,所以是一种好的除尘方式。利用引风式除尘方式时,要求在碎石设备上安装引风管,同时也要在振动筛上安装引风管,在调试生产中及时检查0.075mm的通过量,直到满足指标要求为止。


3.3 集料标准化加工质量控制体系


       每种规格集料都有一个公称最大粒径,应以其对应的标准筛筛孔的通过率作为加工质量监控指标,其目标值为95%,建议验收标准建议为90%-99%,建议S16验收标准为80%-99%。
集料加工过程中,检验各种规格集料在相应控制筛孔通过率的均值是否符合验收标准的要求,以及各种规格集料的级配变异系数的大小。因此在集料加工过程中,每天生产中,要对集料通过关键筛孔进行检验,并将检验数据汇总建立台账,当数据发生变异时,应及时检查生产线进行调整。为保证需要仪式料的加工质量,保证集料质量的稳定是第一位的。


集料生产线.jpg


4 结论


    1.对于集料加工要首先选好料口,保证基岩的质量。
    2.通过合适的加工工艺,保证集料的加工特性合格稳定。
    3.采用合理的集料分级,满足配合比设计要求。广东省沥青路面工程常用集料规格有S7C、S8C、S9、S9F、S10、S12、S14、和S16。
    4.每种规格集料都有一个公称最大粒径,应以其对应的标准筛筛孔的通过率作为加工质量监控指标,其目标值为95%,建议验收标准建议为90%-99%,建议S16验收标准为80%-99%。
    5.在集料加工过程中,每天生产中,要对集料通过关键筛孔进行检验,并将检验数据汇总建立台账,当数据发生变异时,应及时检查生产线进行调整。为保证需要集料的加工质量,保证集料质量的稳定是第一位的。
    6.在细集料的生产过程中,应采用引风除尘,保证合适的细集料级配以及棱角性要求。


参考文献:
1.刘涛,杨东来,黄维蓉. 沥青路面集料特性与加工技术[M]. 北京:人民交通出版社,2013.
2.黄维蓉,杨东来,刘涛,朱建勇. 沥青路面材料与施工技术[M]. 北京:人民交通出版社,2013.

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