瀝青混合料級配設計與拌和機篩網的選擇

管明亮

摘 要：文章主要從瀝青礦質混合料設計配方面來分析路面的結構形式，AC類混合料級配比S化后對瀝青路面高溫穩定性的影響，優化級配，盡可能減少車轍病害的發生。分析了在瀝青混合料生產過程中，篩網的選擇對級配控制的作用；有效地保障瀝青混合的拌制質量，提高生產效率。

關鍵詞：礦質混合料；級配；拌和機；篩孔

中圖分類號：U495 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0008-03

瀝青混合料配合比設計中有一個重要的項就是礦質混合料的組成設計。我國現行規范瀝青混合料分為AC類、ATB類、SMA類、AM類、OGFC類等。其實質結構類型不外乎懸浮-密實、骨架-密實、骨架-空隙這三種基本的類型。從空隙率角度來分類，可分為密級配、半開級配和開級配，對于密級配來劃分可分為連續級配和間斷級配。

1 礦料級配設計的基本理論

瀝青混合料是以礦質混合料的形式與瀝青（改性瀝青）組成混合料。為此我們有必要對礦質混合料進行組成設計，其中包括級配理論和級配范圍的確定。

1.1 級配理論

目前常用的級配理論主要有最大密度曲線理論和粒子干涉理論。前者主描述了連續級配的粒徑分布，可用于計算連續級配。后者不僅可用于計算連續級配而且也可用于計算間斷級配。

最大密度曲線是通過試驗提出一種理想曲線。大粒徑之間形成嵌擠結構，之間的空隙由小一級粒徑礦料填充。密度最大，空隙小是這種曲線的特點。W·B富勒提出了簡化“拋物線最大的密度理想曲線”。該理論認為“礦質混合料的顆粒級配曲線愈接近拋物線，則其密度愈大”。給出了最大密度理想曲線，可用顆粒粒徑（d）與通過量（p）表示。

p2=kd

式中：d為礦質混合料各級顆粒粒徑（mm）；p為各級顆粒粒徑集料的通過量（%）；k為常數。

當d等于最大粒徑時則通過量p=100%，即d=D時p=100可求出k=1002·，因此公式可改為：p=100。

在實際應用中，許多研究認為：這一公式的指數不應固定為0.5。有的研究認為在瀝青混合料中應用，當n=0.45時密度最大。通常使用的礦質混合料的級配范圍（包括密級配和開級配）n冪常在0.3～0.7之間。因此在實際應用時，礦質混合料的級配曲線應該允許在一定范圍內波動。

1.2 施工規范與級配理論

我國規范《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中AC類型瀝青混凝土級配范圍就是根據上述理論基礎上，經過優化調整給出的。表1就是以AC-25為例，作了分析。

從表1可以看出，按照最大密度曲線求得出來的級配曲線和級配范圍，與規范給出的級配范圍有相近的地方，但也不是我們所需要的級配曲線。實際的施工過程中一定要結合公路等級、氣候條件、設計要求及當地材料，因地制宜，合理地調整級配，使之具備我們路用性能和經濟耐久。

2 瀝青混合料礦料級配設計

2.1 級配結構類型的劃分

有學者認為粗細類型按公稱粒徑的1/4為控制粒徑，即按控制粒徑以含量多少劃分，<50%為懸浮結構，>50%為嵌擠結構。

以AC類為例，AC-30的控制粒徑為9.5 mm，AC-25、AC-20的控制粒徑為4.75 mm，AC-16控制粒徑為4.75 mm、2.36 mm，AC-13控制粒徑為2.36 mm。控制粒徑以上含量50%～70%為骨架結構，控制粒徑以上含量大于70%為骨架嵌擠結構，其中控制粒徑以上含量58%～65%為骨架密實結構。

2.2 密級配

《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）在配合比設計一節中，把密級瀝青混合料劃分為粗型（C型）或細型（F型）混合料，并首次提出關鍵性篩孔這一說法。同一種粒級的混合料粗細劃分的標志也就是關鍵篩孔的通過率加以區分。

關于級配曲線問題，在Superpave中最大密度級配表示一種集料顆粒以最密實的方式排列在一起的級配，然而這是一種要避免的級配。在該0.45次方圖上給出兩個附加特征：控制點和限制區。控制點的功能為級配必須通過的范圍，設置在公稱最大尺寸、中等尺寸（2.36 mm）和粉塵尺寸（0.075 mm）；而限制區在最大密度級配附近，在中等尺寸（4.75 mm或2.36 mm取決于最大尺寸）和0.30 mm尺寸之間，形成一個級配不應通過的區域，通過限制區域的級配被稱為“駝峰級配”。

Superpave并沒有明確給出每個篩孔應通過的級配范圍，因此superpave混合料級配設計是種更加寬泛和更大自由度的設計，有利也有弊。這就要求配合設計人員要有專業、豐富的經驗，通過大量的試驗來完成。

在熱拌瀝青混合料配合比設計中，級配設計如果能夠借鑒Superpave級配設計理念，我們就可能進一步優化級配曲線。例如Superpave中強調是一種S型曲線，即中間料多，最大公稱粒徑和細料少的特點，AC類混合料級配S化，在規范給定的級配范圍內，設計一種S型曲線。這樣好處在于我們沒有脫離AC類配合比的設計理念，優化了級配。

我們以AC-25類型級配優化為例，分析S化后的特點。公稱粒徑兩側料少，在AC-25中，我們要注意4.75～19 mm之間料要多，4.75～2.36 mm控制量少，總體來說這種配比抗車轍較好，撓動小，混合料穩定，主要體現混合易于拌和，混合料均勻一致，不離析。但同時我們認識級配S化后，混合料性能的變化，由于骨料偏多，細料少，碾壓方面加強，注意碾壓的效果與混合料溫度之間的關，確定碾壓時機。經實踐證明，Superpave路面均勻一致，抗車轍有一定的效果的。

另一種是間斷級配，其結構類型就是我們常說的骨架密實結構。最典型的路面類型SMA，其形成機理是粗骨料形成的骨架空隙由瀝青膠砂來填充，形成一種穩定骨架密實結構。混合料的特點是“三多、一少”，即瀝青多，粗集料多，礦粉多和細集料少。在級配設計過程中，主要控制2.36 mm篩也的對過量，在瀝青路面中把粒徑2.36 mm作為粗細集的分界線。細集料過多形不成骨架結構，細集料過少，路面空隙過大，不密實。在我國SMA瀝青路面已經使用20多年其抗車轍效果也得到了大家的公認，雖然有些地方仍然存在車轍現象，主要還是設計的問題和精細化施工的不夠。endprint

2.3 開級配

OGFC是一種骨架空隙結構，用來做上面層。由于其透水性，其中下面層必須是一種密級配不透水層，用來防止雨水的下滲。OGFC路面較好解決了雨天行車帶來的水霧和漂移現象，也能起到降噪的作用，全面提升路面路用功能。但也有與身而來的缺點，選材嚴格，成本高，由于空隙大，瀝青易老化而導致路面松散，另外開放交通后，表層空隙易被外來的顆粒堵塞，排水效果大打折扣。

2.4 級配設計應注意事項

以上幾種混合料的級配設計不僅要根據混合料的設計的空隙率、飽和度、礦料間隙等參數指標來考慮，還要根據混合料的和易性，拌和機具，攤鋪碾壓等施工性，結合氣候條件綜合考慮。

3 生產配合比級配設計

我國目前瀝青混合料的拌制多采用間歇式拌和機。不管國產還是進口的拌和機都具備較高的自動化功能。間歇式攪拌是一種不連續的預設產量且穩定稱重的瀝青混合料的生產方式，這有別于連續式生產方式。主要有供料系統、加熱系統、拌和系統、計量系統和篩分除塵系統等幾大系統構成。本文主要就篩分系統中和篩網選擇作以分析的研究。

間歇式拌和機是根據目標配合比設計中的冷料的摻配比例，按照皮帶轉速調整來控制流量，冷料進行了混合，（如圖1）除礦粉不加入外。然后進入滾筒進行加熱，加熱后進行第一次除塵，引風機吸附，把微小顆粒吸入布袋除塵器中，風門壓力過大時可能把大于0.075 mm顆粒也帶走，在除塵器的通道上設置一個回旋轉裝置，通過離心和重力作用，大于0.075 mm顆粒可被分離沉淀出來，經過螺旋和粉料提升機輸送到篩網上參與篩分。加熱后的骨料經骨料提升機輸送到篩網上進行篩分。拌和機頂層的篩分系統通常是由一套篩網構成，從大到小排序，根據拌和機的產量和性能不同，可分為五個或四個熱倉。篩網由電機帶動偏心輪進行振動篩分（如圖2）。在篩分過程中再進行一次除塵。拌和機整個篩分過程就是這樣的。

下面我們主要來分析篩網的選擇問題。冷料經過熱篩分重新又分為幾種規格的料，雖然我們事先設定篩網的規格尺寸，但存在篩分效率和粒徑存在搭接的現象。各種熱倉料并沒有我們想象的那樣，界限清晰、互不存有的現象。從拌和機篩網設置的方式和篩分的過程，可分析，各熱倉料單級配與拌和產量之間存在一種關系或可以稱之為影響，過高產量可能導致材料的篩分不清，而使混合料級配偏離設計。

滾筒里加熱料經提升機源源不斷地被送入振動篩網中，超顆粒經過溢料口溢出，其余經篩分進入不同規格的熱倉中，由于篩網頃斜角度不同和產量大小不一樣，與篩網尺寸接近的料易卡住，不易通過，造成我們通常所說的級配疊加現象。熱倉需要做單級配篩分，重新進行合成我們需要的級配。由于每種熱倉料級配并不是一成不變的，往往隨著產量的變化、料源級配的變化而變化，這就要求試驗人員隨時掌握冷料變化和混合料抽提篩分的結果，分析調整熱倉的配料比例，必要時重新進行熱倉配合比設計。

合理的選擇篩網的搭配，一方面有利于各熱倉的供料均衡，最大限度的減少溢料和待料時間，減少浪費，提高產量；另一方面能夠有效地控制級配關鍵控制點，保障混合料的拌制質量。

瀝青混合料級配設計我們應遵守以下幾個原則。

①熱倉所控制幾種規格料，盡量與我們冷料規格相匹配，有利于調節冷料的轉速，保持供料平衡。

②生產配合比熱倉篩分應在正常生產的負荷狀態下去設計調整。只有在設計負荷狀態下，熱倉級配才是生產時級配狀態。否則會出現設計的級不能用于正常生產或生產時級配不符設計級配。

③生產合成級配與目標配合比級配相符合。目標級配是目標配合比設計過程中，根據原材料的單級配進行設計，且混合料各項指標均應符合規范和設計要求。我們不應在生產配合比階段隨意加以調整或者進一步的優化。否則會出現溢料和待料現象。

④目標配合比設計時，宜多設計幾種級配曲線。經過目標配合設計和各種路用性能驗證，確定采用哪一種比例。只有這樣，才能確定的符合我們設計要求的級配曲線。

表2給出了常用的AC類（也適用于AM及SMA類）拌和機上的篩孔與所控制標準篩孔對應關系。

4 結 語

以上對礦料級配設計和生產時級配控制做了較分析與比較。雖然鋪筑一條經濟耐用、優質高效瀝青路面涉及到方方面面，不僅僅從混合料級配這一方面考慮，但是如果把礦料級配設計好了，我們就向成功邁出了堅實的一步，礦料級配設計和控制好起到了重要的一環。

參考文獻：

[1] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 嚴家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[5] 美國瀝青協會.賈渝，曹榮吉譯.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[6] JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].endprint

2.3 開級配

OGFC是一種骨架空隙結構，用來做上面層。由于其透水性，其中下面層必須是一種密級配不透水層，用來防止雨水的下滲。OGFC路面較好解決了雨天行車帶來的水霧和漂移現象，也能起到降噪的作用，全面提升路面路用功能。但也有與身而來的缺點，選材嚴格，成本高，由于空隙大，瀝青易老化而導致路面松散，另外開放交通后，表層空隙易被外來的顆粒堵塞，排水效果大打折扣。

2.4 級配設計應注意事項

以上幾種混合料的級配設計不僅要根據混合料的設計的空隙率、飽和度、礦料間隙等參數指標來考慮，還要根據混合料的和易性，拌和機具，攤鋪碾壓等施工性，結合氣候條件綜合考慮。

3 生產配合比級配設計

我國目前瀝青混合料的拌制多采用間歇式拌和機。不管國產還是進口的拌和機都具備較高的自動化功能。間歇式攪拌是一種不連續的預設產量且穩定稱重的瀝青混合料的生產方式，這有別于連續式生產方式。主要有供料系統、加熱系統、拌和系統、計量系統和篩分除塵系統等幾大系統構成。本文主要就篩分系統中和篩網選擇作以分析的研究。

間歇式拌和機是根據目標配合比設計中的冷料的摻配比例，按照皮帶轉速調整來控制流量，冷料進行了混合，（如圖1）除礦粉不加入外。然后進入滾筒進行加熱，加熱后進行第一次除塵，引風機吸附，把微小顆粒吸入布袋除塵器中，風門壓力過大時可能把大于0.075 mm顆粒也帶走，在除塵器的通道上設置一個回旋轉裝置，通過離心和重力作用，大于0.075 mm顆粒可被分離沉淀出來，經過螺旋和粉料提升機輸送到篩網上參與篩分。加熱后的骨料經骨料提升機輸送到篩網上進行篩分。拌和機頂層的篩分系統通常是由一套篩網構成，從大到小排序，根據拌和機的產量和性能不同，可分為五個或四個熱倉。篩網由電機帶動偏心輪進行振動篩分（如圖2）。在篩分過程中再進行一次除塵。拌和機整個篩分過程就是這樣的。

下面我們主要來分析篩網的選擇問題。冷料經過熱篩分重新又分為幾種規格的料，雖然我們事先設定篩網的規格尺寸，但存在篩分效率和粒徑存在搭接的現象。各種熱倉料并沒有我們想象的那樣，界限清晰、互不存有的現象。從拌和機篩網設置的方式和篩分的過程，可分析，各熱倉料單級配與拌和產量之間存在一種關系或可以稱之為影響，過高產量可能導致材料的篩分不清，而使混合料級配偏離設計。

滾筒里加熱料經提升機源源不斷地被送入振動篩網中，超顆粒經過溢料口溢出，其余經篩分進入不同規格的熱倉中，由于篩網頃斜角度不同和產量大小不一樣，與篩網尺寸接近的料易卡住，不易通過，造成我們通常所說的級配疊加現象。熱倉需要做單級配篩分，重新進行合成我們需要的級配。由于每種熱倉料級配并不是一成不變的，往往隨著產量的變化、料源級配的變化而變化，這就要求試驗人員隨時掌握冷料變化和混合料抽提篩分的結果，分析調整熱倉的配料比例，必要時重新進行熱倉配合比設計。

合理的選擇篩網的搭配，一方面有利于各熱倉的供料均衡，最大限度的減少溢料和待料時間，減少浪費，提高產量；另一方面能夠有效地控制級配關鍵控制點，保障混合料的拌制質量。

瀝青混合料級配設計我們應遵守以下幾個原則。

①熱倉所控制幾種規格料，盡量與我們冷料規格相匹配，有利于調節冷料的轉速，保持供料平衡。

②生產配合比熱倉篩分應在正常生產的負荷狀態下去設計調整。只有在設計負荷狀態下，熱倉級配才是生產時級配狀態。否則會出現設計的級不能用于正常生產或生產時級配不符設計級配。

③生產合成級配與目標配合比級配相符合。目標級配是目標配合比設計過程中，根據原材料的單級配進行設計，且混合料各項指標均應符合規范和設計要求。我們不應在生產配合比階段隨意加以調整或者進一步的優化。否則會出現溢料和待料現象。

④目標配合比設計時，宜多設計幾種級配曲線。經過目標配合設計和各種路用性能驗證，確定采用哪一種比例。只有這樣，才能確定的符合我們設計要求的級配曲線。

表2給出了常用的AC類（也適用于AM及SMA類）拌和機上的篩孔與所控制標準篩孔對應關系。

4 結 語

以上對礦料級配設計和生產時級配控制做了較分析與比較。雖然鋪筑一條經濟耐用、優質高效瀝青路面涉及到方方面面，不僅僅從混合料級配這一方面考慮，但是如果把礦料級配設計好了，我們就向成功邁出了堅實的一步，礦料級配設計和控制好起到了重要的一環。

參考文獻：

[1] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 嚴家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[5] 美國瀝青協會.賈渝，曹榮吉譯.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[6] JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].endprint

2.3 開級配

OGFC是一種骨架空隙結構，用來做上面層。由于其透水性，其中下面層必須是一種密級配不透水層，用來防止雨水的下滲。OGFC路面較好解決了雨天行車帶來的水霧和漂移現象，也能起到降噪的作用，全面提升路面路用功能。但也有與身而來的缺點，選材嚴格，成本高，由于空隙大，瀝青易老化而導致路面松散，另外開放交通后，表層空隙易被外來的顆粒堵塞，排水效果大打折扣。

2.4 級配設計應注意事項

以上幾種混合料的級配設計不僅要根據混合料的設計的空隙率、飽和度、礦料間隙等參數指標來考慮，還要根據混合料的和易性，拌和機具，攤鋪碾壓等施工性，結合氣候條件綜合考慮。

3 生產配合比級配設計

我國目前瀝青混合料的拌制多采用間歇式拌和機。不管國產還是進口的拌和機都具備較高的自動化功能。間歇式攪拌是一種不連續的預設產量且穩定稱重的瀝青混合料的生產方式，這有別于連續式生產方式。主要有供料系統、加熱系統、拌和系統、計量系統和篩分除塵系統等幾大系統構成。本文主要就篩分系統中和篩網選擇作以分析的研究。

間歇式拌和機是根據目標配合比設計中的冷料的摻配比例，按照皮帶轉速調整來控制流量，冷料進行了混合，（如圖1）除礦粉不加入外。然后進入滾筒進行加熱，加熱后進行第一次除塵，引風機吸附，把微小顆粒吸入布袋除塵器中，風門壓力過大時可能把大于0.075 mm顆粒也帶走，在除塵器的通道上設置一個回旋轉裝置，通過離心和重力作用，大于0.075 mm顆粒可被分離沉淀出來，經過螺旋和粉料提升機輸送到篩網上參與篩分。加熱后的骨料經骨料提升機輸送到篩網上進行篩分。拌和機頂層的篩分系統通常是由一套篩網構成，從大到小排序，根據拌和機的產量和性能不同，可分為五個或四個熱倉。篩網由電機帶動偏心輪進行振動篩分（如圖2）。在篩分過程中再進行一次除塵。拌和機整個篩分過程就是這樣的。

下面我們主要來分析篩網的選擇問題。冷料經過熱篩分重新又分為幾種規格的料，雖然我們事先設定篩網的規格尺寸，但存在篩分效率和粒徑存在搭接的現象。各種熱倉料并沒有我們想象的那樣，界限清晰、互不存有的現象。從拌和機篩網設置的方式和篩分的過程，可分析，各熱倉料單級配與拌和產量之間存在一種關系或可以稱之為影響，過高產量可能導致材料的篩分不清，而使混合料級配偏離設計。

滾筒里加熱料經提升機源源不斷地被送入振動篩網中，超顆粒經過溢料口溢出，其余經篩分進入不同規格的熱倉中，由于篩網頃斜角度不同和產量大小不一樣，與篩網尺寸接近的料易卡住，不易通過，造成我們通常所說的級配疊加現象。熱倉需要做單級配篩分，重新進行合成我們需要的級配。由于每種熱倉料級配并不是一成不變的，往往隨著產量的變化、料源級配的變化而變化，這就要求試驗人員隨時掌握冷料變化和混合料抽提篩分的結果，分析調整熱倉的配料比例，必要時重新進行熱倉配合比設計。

合理的選擇篩網的搭配，一方面有利于各熱倉的供料均衡，最大限度的減少溢料和待料時間，減少浪費，提高產量；另一方面能夠有效地控制級配關鍵控制點，保障混合料的拌制質量。

瀝青混合料級配設計我們應遵守以下幾個原則。

①熱倉所控制幾種規格料，盡量與我們冷料規格相匹配，有利于調節冷料的轉速，保持供料平衡。

②生產配合比熱倉篩分應在正常生產的負荷狀態下去設計調整。只有在設計負荷狀態下，熱倉級配才是生產時級配狀態。否則會出現設計的級不能用于正常生產或生產時級配不符設計級配。

③生產合成級配與目標配合比級配相符合。目標級配是目標配合比設計過程中，根據原材料的單級配進行設計，且混合料各項指標均應符合規范和設計要求。我們不應在生產配合比階段隨意加以調整或者進一步的優化。否則會出現溢料和待料現象。

④目標配合比設計時，宜多設計幾種級配曲線。經過目標配合設計和各種路用性能驗證，確定采用哪一種比例。只有這樣，才能確定的符合我們設計要求的級配曲線。

表2給出了常用的AC類（也適用于AM及SMA類）拌和機上的篩孔與所控制標準篩孔對應關系。

4 結 語

以上對礦料級配設計和生產時級配控制做了較分析與比較。雖然鋪筑一條經濟耐用、優質高效瀝青路面涉及到方方面面，不僅僅從混合料級配這一方面考慮，但是如果把礦料級配設計好了，我們就向成功邁出了堅實的一步，礦料級配設計和控制好起到了重要的一環。

參考文獻：

[1] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 嚴家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[5] 美國瀝青協會.賈渝，曹榮吉譯.高性能瀝青路面（Superpave）基礎參考手冊[M].北京：人民交通出版社，2005.

[6] JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范[S].endprint