浅谈热拌沥青混合料集料级配质量控制

浅谈热拌沥青混合料集料级配质量控制刘永胜林柏飞中交一公局第二工程有限公司（昌樟AP3项目）【摘要】本文以昌樟AP3路面项目工作经验为根据，论述了热拌沥青混合料集料级配质量控制的作用。目标配合比、生产配合比和生产配合比验证三个阶段集料级配设计试验的具体办法和注意事项。沥青混合料实际拌和生产过程中集料级配的质量控制措施。【关键词】沥青混合料配合比集料级配拌和离析1沥青混合料集料级配的重要性昌樟AP3标是四改八路面项目，主要使用热拌沥青混合料进行各层路面结构铺筑。热拌沥青混合料是将不同粒径的粗、细集料经人工配比、混合加热,再与适当比例的热沥青及矿粉（或其他外掺剂）一起在规定温度下拌和所得到的混合料。拌和好的混合料必须及时保温运送到施工现场,并在热态下进行摊铺和压实。在拌和过程中,沥青、矿粉及各热料仓集料重量的比例及沥青混合料总重量都相对容易控制,但各热料混合后的级配控制相对较难。细集料偏多,容易产生花白料；粗集料偏多,路面会出现泛油。只要粗细集料稍有分离,就有可能给沥青路面铺筑带来离析。沥青混合料集料级配设计试验及控制的主要内容就是合理确定矿料级配,并在实际拌和生产中加以控制。它对沥青混合料的体积指标和性能指标至关重要,对沥青混合料的压实以及铺筑时的离析现象也有非常重要的影响，是影响路面工程质量的基础性因素。2沥青混合料配合比集料级配设计沥青混合料配合比设计主要包括目标配合比设计、生产配合比设计和标准配合比确定(生产配合比验证)三个阶段的任务。一般每个阶段的沥青用量固定不变,但三个阶段配合比的集料级配则必须精心设计、试验、计算及反复试配、试拌,才有可能做到大体一致。2.1目标配合比集料级配设计2.1.1集料的规格和质量集料主要技术指标包括矿料的级配、颗粒形状、坚固性、粘附性等级以及填料的质量等。其中对设计沥青混合料影响最大的是矿料加工的分档和级配,材料分档和级配的好坏决定了矿质混合集料合成级配的好坏。总之,集料的各项性能指标除了必须满足规范和建设单位要求外,在施工期间,集料的尺寸规格和材质还必须始终保持不变。要求所有集料包括填料矿粉必须来源于信誉良好的固定采石矿场的固定采石塘口,并且必须一直是用同种机器进行破碎生产和处理。2.1.2取样应有代表性原材料的取样正确与否决定了是否能够真实地反映原材料的质量。根据JTJ058-2000集料试验规程规定,同批来料取样时,应先铲除堆脚等处无代表性的部分,再在料堆的顶部、中部和底部,各从均匀分布的几个不同部位,取大致相等的若干份组成一组试样。但是,这种方法取样的结果能否完全代表石料场各规格集料粒径配比,尚无法得到验证。而如果偏离过大,就会给后续的沥青混合料生产配合比设计以及沥青混合料的实际拌和生产控制带来困难。对于砂石集料,应该严格按照试验规程要求,根据颗粒大小,确定取样方法和数量。最好是从正在石料破碎生产中的皮带运输机出料处直接收取有代表性的试样。通过四分法缩分之后,直接用于筛分试验的每个单项试样的数量,至少应在3kg～5kg。最好坚持多取几份样品,多筛几个结果,求出具有较强代表性的平均结果之后,再来做试算、试配。2.1.3集料级配设计规范要求普通沥青混合料集料设计的合成级配应使包括0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔在内的较多筛孔通过量接近设计级配范围中限,应使集料级配曲线平顺、圆滑,避免过多的犬牙交错。目前,在级配设计过程中,有图解法、电脑试算调整等,主要取决于试验人员的习惯、经验和熟练程度等。但考虑到当地道路交通环境、气候条件以及是否有利于生产配合比设计、实际拌和控制等因素,也可将级配曲线调整为中值略偏上下。JTJ058-2000集料试验规程中提出对沥青混合料所用矿料级配采用干筛法和水洗法共同确定。采用干筛法,会因为小于0.075mm的成分粘附在矿料上筛不下去,而不能真实反映矿料的级配。水洗法则相对比较准确计算出小于0.075mm成分所占比例。对于除尘效果好的拌和机,通过除尘会把小于0.075mm的粘土、尘屑和石粉等去除,因此目标配合比集料级配设计时应扣除这部分集料质量,不包括矿粉。即只做出0.075mm以上的符合规范要求的合成级配,0.075mm以下的则用矿粉来填充。至于除尘效果一般的拌和机,应根据拌和机除尘效率,经计算适当减少矿粉用量。2.2生产配合比集料级配设计2.2.1冷料仓的集料装载方法与目标配合比取料类似,生产配合比集料级配设计前,装入冷料仓的集料也必须具有代表性。装载机应在同一规格料堆的顶部、中部和底部各取相同数量集料装入某个冷料仓,以后实际生产时也应保持此种装载方式不变。根据拌和机操作人员经验和习惯,一般尽量将各冷料仓出料门开启面积相同或相近并固定不变,仅通过改变各冷料仓小皮带调速电机转速来调节各规格冷料比例，如下图。图2.2.1改变冷料仓小皮带转速来调节各规格冷料比例2.2.2标定各冷料仓小皮带调速电机转速与供料量关系根据拌和机生产量和平时操作经验,先把所有热料仓残余集料全部放空,然后对某个冷料仓调速电机分别以不同的转速(例如以该调速电机最大转速的1/3、1/2、2/3等)上料,此时其他冷料仓停机。冷料仓调速电机启动、开始计时,电机停止、计时结束,计时5min。把不同的转速所得到的各集料重量都乘以12,就得到各转速1h的喂料重量。由此可得出该冷料仓调速电机转速与进料产量的对应关系。同理,可得到其他冷料仓调速电机转速与其集料进料量的对应关系。施工期间，每月需对拌合机进行标定1～2次，以保证拌料的稳定和准确。图2.2.2标定冷料仓皮带转速2.2.3热料仓振动筛的选定间歇式拌和机需要在热料仓顶对经过加热后的混合集料进行二次筛分,因此热料仓振动筛的选定非常重要。通常间歇式拌和机采用多层筛分,其原理与做筛分试验类似。有几个热料仓,就有几种规格筛孔。振动筛筛孔配置主要原则:(1)满足集料最大粒径要求。(2)最小和次小筛板的孔径的确定。(3)中间筛孔尺寸的确定。(4)各热料仓集料分配均衡。一般情况下，由于拌合机的二次筛分是多层的倾斜筛，故其筛孔尺寸较试验室筛孔尺寸偏大。如本项目的上面层SMA-13使用集料分为10～15mm碎石，5～10mm碎石，3～5mm碎石，0～3mm机制砂四档，于拌合机二次筛分的筛孔定为12～17mm碎石，6～12mm碎石，3～6mm碎石，0～3mm机制砂。2.2.4各冷料仓调速电机首次开启顺序各冷料仓出料门之间有一定距离。当烘干筒大皮带上没有集料而首次开机时,如果各冷料仓调速电机同时开启,在开始开机的一段时间,靠近烘干筒大皮带的冷料仓集料会偏多,而远离大皮带的冷料仓集料会偏少,从而造成与目标配合比集料级配的不一致。因此,远离大皮带的冷料仓调速电机应当先开启,靠近大皮带的冷料仓调速电机后开启。各冷料仓调速电机开启顺序以及具体延迟多长时间应事先通过试验标定。以后只要大皮带上保持有混合集料,各冷料仓调速电机就应同时启动并保持原转速不变。2.2.5热料仓的取样热料仓取样方法不能过于简单。如果仅靠在拌和机热料仓的侧门上直接取少量的样品来做筛分试验,依次进行试算、试配和制件做马歇尔试验,那么就难以验证所取集料的代表性。冷料仓按目标配合比集料级配出料,在热料仓取料前应当先废弃前2～3锅的矿料。从拌和机热料仓取样时,宜采用专用设备,在每个热料仓放料过程中,从出口下方全段面随机采集。没有专用设备时,至少应在正常生产一车混合料以后,逐个开启热料仓,在其下方用装载机接料,然后倒在铁皮板上拌和均匀后按四分法取样。取样过程中还必须慎防粉料的散失。2.2.6热料仓集料级配的调整与确定热料仓集料级配设计试验方法与目标配合比集料级配设计雷同。按目标配合比集料级配进行冷料仓上料,冷料→烘干筒→振动筛→各热料仓。为使各热料仓的供料平衡,防止出现溢料或等料现象,上述过程应反复调带转速,直到符合要求后,再从平衡后的热料仓中取各仓的集料进行筛分、计算,最后确定生产配合比中各热料仓(一般分为4～5个)集料的比例。该混合集料的级配应尽量与目标配合比各筛孔通过率保持一致。2.3生产配合比集料级配验证按各热料仓的供料量、矿粉用量和确定的加热温度及拌和时间,取三种沥青加入量(目标配合比最佳沥青用量及最佳沥青用量的±0.3%计算得到的每锅用量),分别进行拌和,做抽提试验和马歇尔试验。符合规范即可进行生产配合比的验证。3拌和生产过程中集料级配的质量控制3.1拌和温度的控制一般沥青加热工作温度(普通石油沥青140℃～160℃,改性沥青根据要求适当提高)较易控制,而集料量多,热惯性大,尤其是每天刚开机时,温度(160℃～200℃)不易控制。因此每天刚开机时应通过先废弃2~3锅热集料,等到集料加热的工作温度平稳(控制室屏幕温度曲线基本呈水平状)时,再添加热沥青和矿粉进行拌和。以后则必须一直保持工作温度的平稳。稳定出料时，派专员在运料车上面前中后各插一支温度计（每车装料过程有温度损失）进行图3.1控制拌和温度测定，有条件的时候可在每辆运料车侧面打洞，测定该车内部混合料温度。3.2拌和均匀度的控制各冷料仓按已确定好的皮带上料速度(调速电机转速)控制、各热料仓按生产配合比集料级配进行拌和生产,按质量比或体积比（一般使用质量比）准确称量。严格控制拌和时间,每锅拌和时间不少于45s,其中干拌不少于5s。3.3超粒径集料颗粒的去除一般情况下，未通过二次筛分最大筛孔的颗粒均要通过管道排除，如图1。但拌合站长期工作的过程中，并未能准确做到这点。而试验室每天例行检查的抽提后筛分试验需要2～3h，滞后严重。这种情况下可根据试验人员的经验，观察当天开机拌合的第一锅料，若发现级配稍粗则立马进行取样，进行筛分试验获得准确数据。存在超粒径颗粒未能彻底清除的情况，需暂停出料，检查拌合机最大筛孔筛的完好与否，进行整改。图3.3去除超粒径颗粒3.4拌合机控制室应配备显示与打印装置拌和生产期间,每天对沥青混合料取样,进行抽提筛分和马歇尔试验,是工地实验室每天对所拌和的沥青混合料进行抽样例行检验。由于抽样检验在时间上的滞后,即使发现问题,也无法杜绝不合格的混合料被铺筑到路面上。因此,最好的控制方法是为拌合机控制室配备显示与打印装置。做到每拌合一锅沥青混合料,实时显示和打印出沥青混合料的拌和时间,拌和温度,沥青、矿粉及各热料仓集料重量,各冷料仓出料速度等，不过目前较先进的拌合机均具备完整数控系统，只需派责任心较强的专人监视,一旦发现拌和温度或集料级配偏离,应立即进行调整并废除该锅混合料,避免将不符合要求的混合料装入运料车、给现场摊铺带来质量隐患。因为这种局部不均匀的混合料会造成路面局部离析,且影响平整度。图3.4拌合机配备完整数控系统3.5定期更换振动筛由于振动筛长时间受到集料碰撞,振动筛容易破损,必须定期更换(一定要在发生破损之前就更换),以确保按标准配合比所确定的级配生产混合集料。3.6运料车工况良好、装料时前后移动运料车车厢必须清扫干净,不得有灰尘杂物。车况必须处于良好,不允许有漏油现象。在对运料车装料过程中,粗集料先滚落到下部,容易形成粗细料分离现象。要采取每装一锅料,运料车立即前后移动一个位置,再装下一锅料,这样可以有效的缓解粗细料分离的现象。4结语集料级配控制是整个热拌沥青混合料质量控制的重点和难点。应从集料的源头抓起,原材料的检验,冷料、热料配合比设计试验,振动筛各层筛孔的合理配置,供料均衡的调整,拌和温度、拌和时间的实时监测与控制以及料车装料等所有环节都必须一一控制到位。坚持控制为主,检测为辅,防患于未然。本项目在以上要点的控制下，事实证明能确保供给铺筑沥青路面施工现场高质量的热拌沥青混合料。参考文献[1]JTJ058-2000,集料试验规程.[2]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].[3]JTGE20-2011,公路沥青及沥青混合料试验规程.[4]林活生,罗礼文.沥青路面质量的控制技术探讨[J].科技创新导报，2008(11).[5]姚生，王永元.沥青路面施工质量控制浅析[J].科技创新导报，2009(14).作者简介：刘永胜男1974年8月生专科工程师林柏飞男1989年4月生本科试验员