基于瀝青混凝土攪拌站的配合比設計與實踐

作者簡介：劉漢中（1982-），男，碩士，高級工程師。研究方向為瀝青路面。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.030

摘" 要：針對當前瀝青混合料目標配合比與生產配合比相互獨立、脫節的情況，提出基于瀝青混凝土攪拌站的配合比設計理念。弱化目標配合比設計流程，強調以目標配合比在瀝青混凝土攪拌站進行試生產，從而得出各檔熱料比例，以此作為生產配比進行配合比設計。然后以此設計結果在瀝青混凝土攪拌站進行聯調聯試，最終通過微調目標配合比來實現目標配合比與生產配合比在瀝青混凝土攪拌站上的協調統一。

關鍵詞：瀝青混凝土攪拌站；目標配合比；生產配合比；冷料倉；熱料倉

中圖分類號：U415" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0127-06

Abstract： In view of the independence and disconnection between the target mix ratio and the production mix ratio of asphalt mixture， the design concept of mix proportion based on asphalt concrete mixing station is put forward. Weakening the target mix design process， emphasizing the trial production of the target mix ratio in the asphalt concrete mixing plant， so as to obtain the proportion of each grade of hot material， which is used as the production ratio for mix design. Then based on the design results， the joint adjustment and joint test is carried out in the asphalt concrete mixing station， and finally the coordination and unity of the target mix ratio and the production mix ratio in the asphalt concrete mixing station is realized by fine-tuning the target mix ratio.

Keywords： asphalt concrete mixing station; target mix ratio; production mix ratio; cold silo; hot silo

經過幾十年來的高速發展，截至2022年底，中國高速公路通車里程達17.7萬km，位居全球第一。瀝青路面不管是在高速公路上還是等級公路上均得到了大規模的應用，因此論瀝青混合料的使用經驗，我國的工程技術人員是十分豐富的。雖然經過這么多年的發展，我們的瀝青混合料配合比設計依然遵循著JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》的原則，采用目標配合比設計、生產配合比設計及生產配合比驗證3階段進行。

根據現行規范，3階段配合比設計，各個階段設計目的不一樣，且應環環相扣。但在實踐過程中，目標配合比設計結果與生產配合比設計結果基本上各自獨立，相互脫節。產生這種問題的原因很多，主要是目標配合比與生產配合比的區別僅限于一個采用冷料，一個采用熱料，而未考慮兩者在瀝青混凝土攪拌站的協調一致性。在目標配合比設計完成后，一般在整個施工過程中都會保持不變，而通過在瀝青混凝土攪拌站適當微調生產配合比以適應目標配合比，而這與瀝青混凝土攪拌站的計量規則剛好相反——冷料計量采用粗放式的皮帶轉速及冷料倉倉門開度來控制，而熱料計量則是采用精確的物料秤來控制。

因此，雖然3階段配合比設計是科學的、必不可少的，但不管是從現行規范中各階段配合比設計目的出發，還是從瀝青混凝土攪拌站的運行規則出發，我們都應該弱化目標配合比設計，強化生產配合比設計及驗證，在施工過程中應固化生產配合比，并通過調整目標配合比來適應生產配合比，以實現配合比在瀝青混凝土攪拌站的協調生產。這樣不僅能提高瀝青混凝土攪拌站的生產效率，更能保障其所生產出來的瀝青混合料質量。

1" 前期準備工作

1.1" 瀝青混凝土攪拌站計量系統的標定

既然是基于瀝青混凝土攪拌站的配合比設計，那對其計量系統的標定則是攪拌站精確按照配合比進行生產的前提保證。瀝青混凝土攪拌站分為冷料倉和熱料倉，冷料倉通過給料皮帶的轉速來控制冷料的供給量，很多人認為應該對冷料倉的計量系統進行流量標定，以確定給料皮帶轉速與皮帶供給量的關系，從而根據目標配合比確定皮帶轉速并在后續的生產過程中予以固定，這在實際的生產過程中很難做到。首先，冷料倉的流量標定這步就很難實現，因為冷料倉下皮帶輸送直接將冷料送至滾筒，待加熱除塵后經振動篩分后進入熱料倉，這樣才能對所送料進行稱量，這里稱量的已是經攪拌站進行二次篩分并除塵后的熱料，與皮帶輸送的冷料量相比已發生變化；其次，原材料的變異即使在最嚴格的監管下也時有發生，如果在生產過程中強行固定皮帶轉速使之不變，肯定會使熱料倉出現待料、溢料的現象，這只會對瀝青混合料的級配造成不利影響，而這種影響其實是可以通過調整皮帶轉速予以避免的；再次，JT/T 270—2019《強制間歇式瀝青混合料攪拌設備》規范中也沒有關于冷料供給系統必須精確稱量的相關要求。因此，個人認為冷料倉的給料皮帶轉速完全沒必要進行流量標定，只需在目標配合比設計完成后，根據冷料供給系統不同的小時產量運行一定的時間（一般為5 min），并結合室內各檔原材料的含水率試驗，來確認各檔冷料的摻配比例是否與目標配合比相符，相符則說明冷料供給系統運轉正常，不相符則應查找原因并解決問題。

熱料倉的計量系統則包括骨料秤、粉料秤、瀝青秤。對這3個秤進行靜態標定是必須的，這一步驟需要具有法定計量認證資質的單位才能進行。有很多工程技術人員堅持還需進行物料秤的動態補償標定。所謂動態補償就是指當物料秤稱量達到一定值時，料門開始關閉，而從熱料倉斗門到計量斗的這部分料的量，需要有一個提前量來關閉料斗斗門，即用補償值來修正。在現有技術條件下，大部分瀝青混凝土攪拌站在設計之初一般就已經考慮了正常工況下的動態補償問題。如果要考慮待料等異常情況下的動態補償，則因為骨料秤的料位是一個不可控的變量（動態補償值與物料秤的料位有很大關系），很難在現實過程中予以準確模擬而標定。并且基于瀝青混凝土攪拌站的配合比設計理念本來就是要解決瀝青混合料生產過程中的待料溢料問題，因此個人認為熱料倉計量系統進行靜態標定即可，無需再進行動態補償標定。以德基5000型瀝青混凝土攪拌站（型號為DGE5000D）為例，該補償值在計量系統參數中以骨料、粉料、瀝青稱量穩定時間出現，即稱量達重前的緩沖時間，系統默認為骨料1.5 s、粉料1 s、瀝青1.5 s。且該型號的熱料倉設計有大、小2道倉門，大倉門關閉后留有小倉門以減緩放料速度，并按照系統默認值提前關閉，這樣只要物料秤能通過靜態標定，則相當于有2道保證措施來確保物料秤的精確稱量。

1.2" 振篩篩網尺寸的選擇

熱料倉振篩篩網尺寸的布置應首先考慮振篩的篩分能力，結合具體的礦料通過對其篩分能力的分析，來確定篩網的布置；其次，應遵循其最大篩孔應略大于混合料的最大粒徑的原則，這樣才能使大部分礦料順利通過第一層篩網的同時，又能篩除超粒徑礦料；另外關鍵篩孔必須設置相應篩網；最后，其他篩網尺寸的選擇應盡量使各熱料倉大體平衡。振篩的篩分能力主要與集料的潔凈程度、篩孔尺寸、篩網的安裝角度及激振力等有關，而篩網的安裝角度和激振力一般在攪拌站制造時就予以考慮過，因此大部分瀝青混凝土攪拌站無需再對篩網安裝角度進行調整，所以是否調整應視具體情況而定，如果僅通過調整篩網尺寸解決不了熱料篩分不充分或堵篩等問題，則必須對安裝角度或激振力進行調整。對振篩的篩分能力的判斷應在目標配合比設計完成后，通過試生產來進行。試生產過程中，通過對熱料的篩分看各檔熱料是否符合由振篩篩網尺寸約束的預期，如果出現較多超規格粒徑集料，說明該振篩篩分不充分或存在其他異常問題，需重新調大或調小篩網尺寸，如果還不能解決問題，則應考慮安裝角度或激振力的調整，這需要專業人員才能完成。

2" 配合比設計階段

如前所述，基于瀝青混凝土攪拌站的配合比設計理念，應弱化目標配合比設計，強化生產配合比設計及驗證。

2.1" 目標配合比設計階段

目標配合比設計目的是為了供瀝青混凝土攪拌站確定各冷料倉的供料比例、進料速度及試拌使用。因此，離開瀝青混凝土攪拌站來進行的目標配合比設計違背了其設計初衷，而這正是當前瀝青混合料配合比設計的癥結所在。

因此，在進行目標配合比設計之前，我們有必要摸清瀝青混凝土攪拌站冷料供給系統的工作原理。依據JT/T 270—2019《強制間歇式瀝青混合料攪拌設備》，目前國內的瀝青混凝土攪拌站冷料供給系統無需設置精確的計量工具，只需通過給料皮帶的轉速來進行流量初配。目前國內大部分瀝青混凝土攪拌站是以小時產量為總控，然后根據各檔冷料的摻配比例來分配各冷料倉下小皮帶及大皮帶轉速，以此來完成流量初配的目的。至于冷料倉門的開度大小，因大部分攪拌站均為手動門，為了防止倉門被堵死，大部分情況下均是打到最大的開度。除非該檔冷料摻配比例實在過小，譬如2.36～4.75 mm集料一般摻量均在10%以下，則其開度應視情況予以調整。

以德基5000型瀝青混凝土攪拌站（型號為DGE5000D）為例，該型攪拌站冷倉系統參數有冷倉流量、冷倉比重、冷倉調節電壓。冷倉流量是每個小時冷料喂料皮帶機的供料量，以每小時多少立方米計算，供料范圍為2.8～140 m3；冷倉比重是單位“m3”和“t”之間的一個換算系數；冷倉調節電壓是為PLC模擬輸出最大允許電壓，系統默認值為10 V。由這3個參數看，冷倉流量以體積計，然后通過冷倉比重則將體積轉換成質量，這樣才能對應目標配合比的質量比。這應該不是德基攪拌站的特例，在其他品牌的瀝青混凝土攪拌站也大致如此。所以在1.1節中所述的不建議進行流量標定是有一定道理的，流量標定中皮帶轉速對應的是質量，而在系統里皮帶轉速對應的是體積，這使得兩者并不能很精確地對應起來，因為冷料的體積本身就沒有規范的試驗方法來予以確定。而從攪拌站冷料供給系統的運轉來看，因為系統默認各冷倉比重均為1.1，這明顯與實際不符，因此在目標配合比設計階段進行冷料的自然堆積密度試驗是很有必要的，以此來代替冷倉比重會顯著提高冷料供給系統的供料精度。

因此只有在目標配合比設計完成后，按1.1節中所述對冷料供給系統運轉情況進行校對才有意義，在校對過程中可以通過調整皮帶轉速或冷料倉倉門開度使之與實際的供料量來匹配。但校對完成后則不再建議通過單獨調整皮帶轉速來使目標配合比與生產配合比協調，因為單獨調整皮帶轉速而不去調整目標配比的話，會使冷料供給系統的供料比例與目標配比不符，從而使礦料級配在配合比設計的過程中就沒有了質量保障。

瀝青混凝土攪拌站的工作原理摸清之后，結合目標配合比的設計目的，則會發現其最重要的工作應該放在對各種原材料性能進行全面檢測上面，其次才是根據冷料的篩分結果確定各冷料的摻配比例，且該摻配比例還只是初配，后期還應在生產配合比的設計及驗證階段，通過兩者在攪拌站的聯調聯試，以最終確定各檔冷料的摻配比例。至于級配曲線的選擇則可按照現行規范的要求進行，分別選取粗、中、細3條級配曲線，根據當地的實踐經驗選擇適宜的油石比，分別制作幾組級配的馬歇爾試件，并測定瀝青混合料的體積指標，選擇一組滿足設計要求的級配作為初選級配。而所選級配曲線的最佳油石比個人認為完全沒有必要在這個階段予以確定。因為最終使用的是生產配合比，針對一個沒有最終確定的級配曲線進行最佳油石比以及后期的體積指標、混合料性能指標的驗證，很明顯是在做無用功。因此只需根據經驗，采用合適的油石比對該合成級配的體積指標進行初步的檢驗，滿足要求后即可開始試生產并進行下一步的生產配合比設計工作。以我國多年來的高速公路建設經驗，這一步放給任何一個工程技術人員都是可以輕松做到的。當然，根據前述的瀝青混凝土攪拌站工作原理，在此過程中還需進行各檔冷料的自然堆積密度試驗，這一試驗指標在當前大部分配合比設計當中被忽略。

2.2" 生產配合比設計階段

因為目標配合比設計得到簡化，要想得到科學、合理的級配曲線及其最佳油石比，則應對生產配合比進行詳盡的設計。

目標配合比確定之后，根據各冷料倉的供料比例在瀝青混凝土攪拌站進行試生產，其目的有二，一是考察振篩篩網規格是否合理，可需要進行調整；二是確定各檔熱料的初選摻配比例。第一個目的在1.2節中已作詳細的介紹，這里不再贅述。至于如何確定各檔熱料的初選摻配比例，當前最常用的做法是通過對各檔熱料進行篩分試驗，然后根據篩分結果重新合成以得到理想的級配曲線。這種做法當然可行，缺點是沒有考慮目標配合比與生產配合比在瀝青混凝土攪拌站的協調一致性。為解決兩者不協調的問題，應分兩步走。第一步，以最先滿倉的熱料倉的時間為界停止試生產，逐倉稱量各倉熱料重量，各熱料倉的重量比即可作為初選的生產配比；第二步，對各檔熱料進行篩分試驗，按初選的摻配比例進行合成，看合成后的級配曲線是否符合現行規范和工程設計文件的相關要求，如果不符合，則應調整目標配合比，重復試生產及后續步驟，直至找到理想中的級配曲線為止。這個過程是解決目標配合比與生產配合比協調性最關鍵性的一步。級配曲線一旦選定，后續的工作則完全可以按照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》中目標配合比的設計流程來進行，確定各種瀝青混合料的體積指標、最佳油石比以及性能驗證結果，從而完成生產配合比的設計。

2.3" 生產配合比驗證階段

生產配合比設計完成后，目標配合比及生產配合比就已經基本定型，其各檔原材料的摻配比例也已經基本確認。目標與生產配合比設計階段所使用的原材料畢竟有限，很難全面掌握原材料的變異性質，因此只有通過試拌、鋪筑試驗段這種大規模使用原材料的情況下，才能真正驗證配合比的合理性。

首先按照目標配合比和生產配合比在瀝青混凝土攪拌站進行試拌，一般以50～100 t瀝青混合料為準。在此過程中，第一個任務就是觀察熱料倉是否存在待料、溢料問題，因為待料、溢料問題對生產出來的瀝青混合料級配會產生明顯的影響，從而導致瀝青混合料質量無法得到保證。如果所溢出的集料是超粒徑的，則對混凝土的生產沒有影響；如果所溢出的為所選級配的中間檔集料，則肯定伴有待料的問題，而熱料倉的待料會對骨料秤的動態補償產生影響，從而影響到該檔料計量不準確的問題，在排除振篩、供料系統不穩定等機械方面的問題后，則只與原材料的變異有關系了。因此當碰到這種情況，應立即對目標配合比再次進行微調，而生產配合比保持不變，以確保目標配合比與生產配合比的協調性。如果當微調目標配合比無法解決待料溢料問題時，說明原材料發生了較大變化，則配合比應重新進行設計，這也是為什么對目標配合比設計進行精簡的主要原因之一。第二個任務則是確認瀝青混凝土攪拌站的生產參數，包括溫度控制、除塵效果、拌和時間等。第三個任務則是對生產出來的瀝青混合料進行室內試驗，再一次對其瀝青混合料的體積指標及力學性能進一步驗證。

試拌結束并得到滿意的結果后，則應根據試拌后調整的目標配合比及生產配合比正式進行試驗段的鋪筑。通過瀝青混凝土攪拌站生產約1 000 t的瀝青混合料，來觀察在此過程中是否仍存在待料溢料等現象，如果出現這種情況，仍按照試拌階段的方式對其進行解決，并對其路用性能進行現場檢測，以最終確定目標配合比、生產配合比以及施工允許波動范圍。

3" 工程實例

某高速瀝青下面層采用AC-25C型瀝青混合料，瀝青混凝土攪拌站采用德基5000型攪拌站（型號為DGE5000D）。該項目集料（冷料）分為6檔：19～31.5 mm、13.2～19 mm、9.5～13.2 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm，瀝青采用A級70號普通瀝青，礦粉采用石灰巖礦粉。

瀝青混凝土攪拌站建成并調試好后，通過具有法定計量認證資質的計量單位對熱料計量系統進行靜態標定，并根據規范及工程設計文件要求，針對AC-25C型級配的特點，初步選擇了篩網組合見表1。

3.1" 目標配合比設計

首先對瀝青混合料各種原材料性能進行全面檢測，確保原材料符合相關技術要求后，在此過程中應進行各種冷料自然堆積密度試驗，這在傳統的配合比設計方法中一般被忽視。再根據冷料的篩分試驗結果進行級配曲線的篩選，油石比經驗值采取3.9%。結果見表2和圖1。表2" AC-25C型目標配合比初選

該級配體積指標的試驗結果見表3。

目標配合比設計完成后，根據摻配比例及各檔冷料的含水率對冷料供給系統運轉情況進行校對。在此過程中，應一檔一檔冷料的確定。譬如，1#冷料倉所裝冷料為19～31.5 mm集料，其他料倉均不裝料，德基5000型攪拌站按130、70、20 m3/h的小時產量進行試生產，5 min后停止生產，然后對熱料倉熱料進行精確稱量，并按室內試驗得出的該檔冷料含水率，將熱料換算成冷料質量，依此步驟逐檔完成對冷料供給的校對。另外 2.36～4.75 mm集料料倉倉門只開一半，其余料倉倉門開度開到最大。校對結果見表4。

由表4可知，經單檔料的試生產，該攪拌站冷料供給比例與設計比例基本相符，說明該系統運轉正常。

3.2" 生產配合比設計

根據目標配合比設計階段所采集的試驗數據，設定瀝青混凝土攪拌站冷料供給系統參數，進行試生產。德基5000型攪拌站，可以先設定130 m3/h的冷倉流量，將各檔集料的自然堆積密度以冷倉比重輸入，冷倉調節電壓采用默認值10 V，并將各冷倉的摻配比例輸入后，這樣在小時產量的總前提下，由瀝青攪拌站按冷倉比重、各冷倉摻配比例來分配各冷倉給料皮帶的轉速以進行試生產。經過試生產，以最先滿倉的熱料倉的時間為界停止試生產，逐倉稱量各倉熱料重量，各熱料倉的重量比即可作為初選的生產配比，并對各倉熱料進行篩分。從表5的各檔熱料篩分結果可以看出，各檔熱料與篩網的規格基本能對應上，且在生產過程中未出現堵料等異常現象，說明該套振篩篩網規格選擇合理，無需進行調整。并根據各熱料倉重量比確定各檔熱料的初選摻配比例，然后合成級配曲線，結果見表6和圖2，表6中摻配比例進行了微調取整。

以各檔熱料的初選配比為基礎，以目標配合比階段初選的油石比經驗值3.9%為中心，以0.3%的油石比間隔，按照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》中目標配合比設計的流程確定該配合比的最佳油石比，設計過程因與傳統設計方法相同，這里不再贅述，最佳油石比為3.9%。然后對該配比進行混合料性能驗證，結果見表7。

3.3" 生產配合比驗證

生產配合比設計完成之后，即可進入試拌、鋪筑試驗段的驗證階段。因本次配合比設計一開始就基于瀝青攪拌站的工作原理進行，加之原材料在設計階段未出現較大變異，所以在驗證階段未出現待料溢料情況，目標配合比與生產配合比能在該瀝青攪拌站實現完美適配，因此無需對級配進行調整。因驗證過程與傳統的配合比設計方法相同，這里就不再贅述。

4" 結束語

1）冷料供給系統的流量標定在現實中很難實現，且與瀝青混凝土攪拌站的冷料供給原理相違背，所以不建議在配合比設計階段對冷料供給系統進行流量標定，但應在目標配合比設計完成后，對冷料供給系統運轉情況進行校對。

2）根據現行規范中瀝青混合料目標配合比的目的——供拌合機確定各冷料倉的供給比例、進料速度、及試拌使用，提出基于瀝青混凝土攪拌站的目標配合比設計理念，對初選級配只根據油石比經驗值對其體積指標等基本性能進行驗證，無需進行最佳油石比的確定。因目標配合比在后期大規模生產階段面臨隨時需要微調的狀況。

3）進行生產配合比設計時，應按目標配合比初選摻配比例進行試生產，以最先滿倉的熱料倉時間為界停止生產，逐倉稱量各倉熱料重量，各熱料倉的重量比即可作為初選的生產配比，如果按該摻配比例合成的級配曲線不滿足現行規范及工程設計文件要求，則應通過調整目標配合比再進行試生產來完成對級配曲線的調整，直至找到理想的級配曲線為止。

4）在生產配合比驗證階段，按照初選的目標配合比和生產配合比在瀝青混凝土攪拌站進行聯調聯試，確保目標配合比與生產配合比能在瀝青混凝土攪拌站實現協調統一。在此過程中，應始終保持生產配合比不變，微調目標配合比進行解決生產過程中出現的待料、溢料問題。在大規模施工階段也應堅持這種處理原則，當微調目標配合比無法解決待料、溢料問題時，說明原材料發生了較大變化，這在工程中是不允許發生的。

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