瀝青混合料集料產(chǎn)生離析的原因與控制

吳傳記，馬士強(qiáng)

（1.山東高速城鄉(xiāng)發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014；山東高速工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

引言

早期破壞是瀝青路面常見(jiàn)的破壞，也是影響瀝青路面使用的重要因素。造成瀝青路面早期損害的原因有多種，其中瀝青混合料離析是重要的原因之一［1］。材料離析是其中比較重要的因素，主要是指混合料發(fā)生粗、細(xì)集料分離，在瀝青混合料中集料一般占到混合料總重的95%以上，集料本身的離析程度會(huì)嚴(yán)重影響混合料性能［2-3］。

瀝青混合料發(fā)生材料離析時(shí)，粗細(xì)集料發(fā)生分離造成混合料級(jí)配的變異與不均勻，路面上粗集料集中的部位空隙率大，瀝青含量偏小，易造成滲水，同時(shí)粗集料集中部位混合料抗拉強(qiáng)度低，抗疲勞性能差，路面易開(kāi)裂。而細(xì)集料集中的地方，瀝青含量高，高溫穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)車(chē)轍、推移等病害。集料離析貫穿于瀝青路面施工的全過(guò)程，包括材料進(jìn)場(chǎng)、堆放、拌和、貯存、運(yùn)輸、卸料和攤捕等各個(gè)環(huán)節(jié)［4-6］。

1 原材料加工與堆放對(duì)離析的影響

從混合料性能角度，對(duì)集料的要求首先是集料棱角性和表面粗糙度，其次是扁平與細(xì)長(zhǎng)顆粒含量、黏土含量等要求。由于破碎設(shè)備結(jié)構(gòu)型式的差異對(duì)材料的破碎效果不同，應(yīng)避免過(guò)度破碎使集料變圓滑或過(guò)度降低材料表面粗糙度。除了原材料自身特性的影響外，其儲(chǔ)存方式對(duì)混合料的離析影響也較大。

進(jìn)場(chǎng)材料如果堆放不正確也會(huì)產(chǎn)生離析。當(dāng)?shù)V料運(yùn)輸車(chē)到達(dá)拌合站料場(chǎng)后，卡車(chē)在料堆上卸料時(shí)會(huì)發(fā)生落差離析和拋料離析。離析程度取決因素：一是粒徑差異；二是落差大小；三是卸料速度［7］。

2 原材料加工和堆放要求

目前，高速公路采用大標(biāo)段，瀝青拌合場(chǎng)站占地較大，材料需求量也比較大，因此，應(yīng)避免多家小型碎石場(chǎng)向一家拌合站供料現(xiàn)象，采用大型專業(yè)化碎石場(chǎng)較為理想。

為生產(chǎn)均勻、穩(wěn)定、符合針片狀和棱角性要求的集料，應(yīng)針對(duì)材料性質(zhì)采用相應(yīng)的設(shè)備和工藝。對(duì)硬度較高，難破碎的巖石，如玄武巖、輝綠巖，較理想的的流程是采用三級(jí)破碎。對(duì)于硬度較低，磨蝕性較差的材料，如石灰?guī)r，初破采用顎式破碎，中破采用反擊破碎，細(xì)破采用反擊破碎。可采用沖擊破碎機(jī)對(duì)材料進(jìn)行整形或改善人工砂級(jí)配，減小針片狀材料含量。

加工過(guò)程中應(yīng)保持原材料供給量的穩(wěn)定性。除此之外，還應(yīng)保持破碎-篩分系統(tǒng)良好的技術(shù)狀態(tài)和工藝一致性。為控制原材料的變異性，對(duì)每種規(guī)格的材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行篩分檢驗(yàn)，其變動(dòng)量應(yīng)符合表1、表2 的規(guī)定。

表1 粗集料顆粒組成的允許變化量

表2 細(xì)集料顆粒組成的允許變化量

在工程建設(shè)中，通常認(rèn)為間歇式攪拌設(shè)備由于振動(dòng)篩的二次篩分可以解決原材料變動(dòng)的影響，但實(shí)際上是不科學(xué)的。因?yàn)槟壳罢駝?dòng)篩通常為4 級(jí)或5級(jí)，每一級(jí)中的材料變化是無(wú)法控制的。比如，4 級(jí)設(shè)置時(shí)振動(dòng)篩篩孔一般選為5 mm、10 mm、20 mm、30 mm，那么＜4.75 mm 的材料變化就無(wú)法控制，即2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm等粒徑材料變化時(shí)，振動(dòng)篩無(wú)法控制。且相近規(guī)格的材料又相互交叉、重迭，更易造成熱料倉(cāng)中材料的變動(dòng)。熱料倉(cāng)中的熱料顆粒組成發(fā)生變異，直接導(dǎo)致混合料級(jí)配的變動(dòng)，使混合料發(fā)生離析。

合理的材料分級(jí)極其重要，不合理的分級(jí)不僅目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)困難，而且施工過(guò)程中容易造成材料離析。（1）集料粒徑不同引起動(dòng)力特性的差異，往往粒徑小的集料在上，而粒徑粗的集料在下。（2）材料分級(jí)要方便質(zhì)量的控制，特別是對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)影響顯著的篩孔，如4.75 mm、2.36 mm 篩孔，其級(jí)配變動(dòng)將引起路面性能顯著變化。（3）材料分級(jí)要根據(jù)各級(jí)材料實(shí)際用量，確保用量的均衡，以免個(gè)別料斗供不應(yīng)求而造成配合比波動(dòng)，或降低生產(chǎn)效率。例如，對(duì)于AC-20 瀝青混合料，其最大公稱尺寸為19 mm，原材料分級(jí)為4 級(jí)時(shí)其規(guī)格應(yīng)為13.2～26.5 mm、4.75～13.2 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm；為 5 級(jí)時(shí)，其規(guī)格應(yīng)為16～26.5 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm，這種分級(jí)方法不僅有利于目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，而且有利于減少原材料離析。

3 進(jìn)場(chǎng)材料管理

3.1 合理堆放

粒徑比較單一的集料，可以適當(dāng)放寬堆放的要求。對(duì)粒徑變化較大碎石應(yīng)采用分層堆放的方法，一層一層地堆積，見(jiàn)圖1。對(duì)不同堆垛高度集料的篩分分析表明，對(duì)于細(xì)集料（≤4.75 mm）可堆垛高度應(yīng)＜4 m；粗集料（≥4.75 mm）堆垛高度＜3 m。

圖1 分層堆料

在進(jìn)料之前攪拌站的料場(chǎng)應(yīng)做硬化處理并有利于排水。對(duì)于細(xì)集料應(yīng)有防雨措施，以保證拌合設(shè)備順利供料和烘干筒的溫控精度，也可減少燃料消耗。

3.2 減小同規(guī)格集料最大與最小粒徑的差距

材料離析的主要原因是同一堆料粒徑尺寸相差太大，可明顯看到10～30 mm 碎石的離析情況大于10～20 mm 的碎石。在試驗(yàn)室進(jìn)行混合料配比設(shè)計(jì)時(shí)有十幾個(gè)篩孔，基本上為單一粒徑，每個(gè)粒級(jí)的材料則不存在離析問(wèn)題，混合料級(jí)配穩(wěn)定。但是，拌合站不可能設(shè)置如此多的冷料倉(cāng)及振動(dòng)篩，因此，盡可能多的設(shè)置冷料倉(cāng)與振動(dòng)篩層數(shù)對(duì)離析程度有明顯改善作用。

3.3 集料的裝卸

為減少裝載機(jī)向冷料倉(cāng)裝載集料時(shí)出現(xiàn)離析，裝載機(jī)應(yīng)在料堆的全部高度和各個(gè)方向上進(jìn)行采掘，以免由于料堆坍落而引起離析。裝載機(jī)取樣時(shí)應(yīng)垂直面向料堆材料流動(dòng)的方向，同時(shí)使用大臂使鏟斗向上滾卷，而不是將鏟斗插入很深而使鏟斗穿入料堆向上翻轉(zhuǎn)，以免對(duì)料堆產(chǎn)生擾動(dòng)。應(yīng)避免全部從料堆最底部取樣，底部一般粗集料較多且含水量較大。當(dāng)發(fā)現(xiàn)粗細(xì)料離析時(shí)裝載機(jī)手應(yīng)將粗細(xì)料就地翻動(dòng)重新混合后再裝料，并應(yīng)仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)料倉(cāng)，以防發(fā)生混倉(cāng)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在集料生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放等環(huán)節(jié)均存在離析現(xiàn)象，而集料離析會(huì)間接導(dǎo)致瀝青混合料離析，進(jìn)而產(chǎn)生瀝青路面早期損壞。（2）通過(guò)對(duì)加工設(shè)備選型要求、配置方案與生產(chǎn)工藝，并嚴(yán)格控制粗集料、細(xì)集料顆粒組成的允許變化范圍，可有效降低集料離析的發(fā)生。（3）集料堆放和裝料方式對(duì)集料離析有重要的影響。為了減小集料離析,拌合站料場(chǎng)應(yīng)對(duì)集料采取分層、分隔堆料、減小粒徑分布范圍,對(duì)細(xì)集料覆蓋、裝載機(jī)垂直產(chǎn)料等方式進(jìn)行材料管理與裝卸。