熱拌瀝青混合料篩分

李 杰，雷 勇，胡小弟

武漢工程大學資源與土木工程學院，湖北 武漢 430074

0 引 言

瀝青混凝土路面因為其行車舒適、噪聲低、開放交通迅速、養(yǎng)護簡便，被我國高速公路和城市道路廣泛采用.當前，我國大多數(shù)新建的瀝青混凝土路面是由熱拌瀝青混合料分層攤鋪壓實而成的.熱拌瀝青混合料的性能直接影響瀝青混凝土路面的質(zhì)量[1-2]，廣大學者對熱拌瀝青混合料的路用性能做了廣泛而深入的研究.然而，熱拌瀝青混合料的篩分研究仍屬空白.總體上，瀝青混合料的物理結(jié)構(gòu)是松散的，可認為它是一種典型的顆粒性材料[3].瀝青混合料的主要組成-礦質(zhì)集料，也是典型的顆粒性材料，它是可以篩分的.瀝青混合料與礦質(zhì)集料的最大區(qū)別就是前者含有瀝青膠漿，瀝青膠漿具有一定的稠度和粘性[4-5]，勢必會影響瀝青混合料的篩分.研究熱拌瀝青混合料的篩分，將進一步了解熱拌瀝青混合料的性質(zhì).另外，熱拌瀝青混合料如能實現(xiàn)篩分，一個瀝青混合料拌和站將能同時生產(chǎn)兩種甚至多種不同配比的熱拌瀝青混合料，可以保證瀝青混合料的供給.因此，研究熱拌瀝青混合料的篩分具有一定的理論和工程意義.

本文選擇AC-13和AC-20作為研究對象，先根據(jù)馬歇爾法確定各自的最佳瀝青含量,然后將兩種混合料的集料和瀝青在拌和鍋中一起攪拌，獲得混雜在一起的AC-13和AC-20的混合料；再讓混雜的混合料依次通過孔徑為16 mm、13.2 mm、4.75 mm的方孔抬篩，對篩分得到的四檔瀝青混合料進行分配，再次攪拌得到新的AC-13(n)與AC-20(n).通過燃燒法[6]和篩分試驗，對比分析AC-13(n)、AC-20(n)與AC-13、AC-20的瀝青含量和礦料級配曲線變化情況.

1 試驗方案

1.1 原材料的準備

礦質(zhì)集料選用石灰?guī)r，瀝青采用70#道路石油瀝青，原材料的基本性能均符合規(guī)范要求，詳見表1、表2和表3.礦質(zhì)集料經(jīng)過水洗、烘干，參照我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范[7]推薦的中值級配準備礦料，規(guī)范推薦的密級配瀝青混凝土混合料集料級配見表4.

表1 粗集料技術(shù)性能指標

表2 細集料技術(shù)性能指標

表3 瀝青基本性能

表4 規(guī)范推薦的密級配瀝青混凝土混合料集料級配范圍

根據(jù)試驗室的瀝青混合料拌和鍋的實際拌和能力，配制20 000 g礦質(zhì)集料用于試驗，具體配制參數(shù)見表5.

表5 試驗集料備料用量

根據(jù)馬歇爾法試驗得到AC-13與AC-20的最佳瀝青用量，見表6.

表6 最佳瀝青含量

1.2 瀝青混合料的拌和與篩分

將兩種不同配比的礦質(zhì)集料混合均勻并加熱到170 ℃，瀝青拌和機的拌和溫度設(shè)為150 ℃，拌和得到的瀝青混合料放在135 ℃的恒溫箱中保溫.然后，將瀝青混合料依次通過孔徑為16 mm、13.2 mm、4.75 mm的抬篩.當然，每次過篩前需通過恒溫箱使待篩分的瀝青混合料達到135 ℃.瀝青混合料的拌和及篩分過程見圖1和圖2.

圖1 熱拌瀝青混合料的拌和

圖2 熱拌瀝青混合料的篩分

1.3 瀝青混合料的分配

混雜在一起的熱拌瀝青混合料依次通過孔徑為16 mm、13.2 mm、4.75 mm的抬篩，根據(jù)篩分后熱拌瀝青混合料所處的不同位置，將篩分后的瀝青混合料分為4個類別，即>16 mm、13.2～16 mm、4.75～13.2 mm和<4.75 mm.參照表5中AC-20和AC-13級配中值的質(zhì)量百分比，對瀝青混合料進行分配.例如，對于4.75～13.2 mm范圍的瀝青混合料，AC-13(n)的分配比例為58.3%=(18.5+23.5)/(10+20+18.5+23.5)×100%；AC-20(n)的分配比例為41.7%=(10+20)/(10+20+18.5+23.5)×100%.同理，其他類別的混合料分配比例見表7.

表7 混合料篩分后的分配比例

1.4 瀝青混合料的燃燒法試驗和礦質(zhì)集料的篩分試驗

四檔不同類別的瀝青混合料經(jīng)過分配，再攪拌得到新的AC-13(n)與AC-20(n).熱拌瀝青混合料篩分是否可行的兩個技術(shù)指標是瀝青含量和礦料級配，它們會影響瀝青混合料的路用性能[8-10].若篩分得到的瀝青混合料在瀝青含量和礦料級配方面均符合規(guī)范規(guī)定的范圍，則說明熱拌瀝青混合料的篩分是可行的.因此，通過燃燒法試驗測定AC-13(n)和AC-20(n)的瀝青含量，并與設(shè)計的瀝青含量對比.通過篩分試驗測定AC-13(n)和AC-20(n)的級配，并與設(shè)計的中值級配對比.

2 試驗分析

2.1 瀝青含量分析

經(jīng)過燃燒法試驗，AC-13(n)的瀝青含量為4.7%，AC-20(n)的瀝青含量為3.9%.與表6對比發(fā)現(xiàn)，篩分后，AC-13(n)相對于AC-13瀝青含量有所增加，AC-20(n)相對于AC-20瀝青含量有所減少.瀝青含量的變化與瀝青混合料的分配比例有關(guān)，在表7中，AC-13(n)的分配比例在4.75～13.2 mm 和<4.75 mm兩份瀝青混合料中均比AC-20(n)的大，說明AC-13(n)分配了相對多的細集料，細集料的比表面積比粗集料的比表面積大，細混合料的瀝青含量高于粗混合料的瀝青含量，因而導致了篩分后瀝青混合料的瀝青含量發(fā)生變化.

2.2 級配分析

對燃燒后的AC-13(n)和AC-20(n)進行篩分試驗，篩分結(jié)果見表8.

表8 混合料篩分后的集料質(zhì)量分布情況

為了便于直觀分析，結(jié)合表4、表5和表8，繪制礦質(zhì)集料級配曲線圖3和圖4.

圖3 AC-13與AC-13(n)級配曲線

圖4 AC-20與AC-20(n)級配曲線

圖3和圖4表明，篩分得到的瀝青混合料在級配方面與設(shè)計的中值級配吻合性很好，且符合規(guī)范建議.混雜在一起的混合料通過孔徑為16 mm的方孔抬篩時，因為瀝青膠漿的粘性，導致一部分粒徑為13.2 mm的礦料未能過篩.這反映到圖4中就是#16的通過率相對中值級配有所降低；反映到表8中就是篩分后#16篩網(wǎng)上的礦料增量(437.9=1 430.4+7.5-1 000)與#13.2篩網(wǎng)上的礦料減量(445.3=1 900-408.1-1 046.6)相近.

2.3 熱拌瀝青混合料的篩分可行性分析

通過上述分析，在試驗室，熱拌瀝青混合料的篩分能夠滿足瀝青含量和礦料級配要求，其篩分是可行的.瀝青混合料的物理結(jié)構(gòu)從總體上看是松散的，屬于一種顆粒性材料.篩分的對象是顆粒性材料，篩分的目的是將顆粒性材料分成不同粒徑的組份.礦質(zhì)集料也是一種典型的顆粒性材料，它是可以實現(xiàn)篩分的.瀝青混合料與礦質(zhì)集料的最大區(qū)別就是前者含有瀝青膠漿，瀝青膠漿的稠度和粘性對瀝青混合料的篩分有影響.隨著瀝青膠漿的稠度和粘性的增加，瀝青混合料越難透篩，而且更容易致使篩孔堵塞.

在一定范圍內(nèi)，瀝青膠漿隨溫度降低，粘性增大.試驗中通過保證熱拌瀝青混合料篩分時的溫度和控制篩分時間改善瀝青膠漿對篩分的不利影響.從試驗結(jié)果看，控制瀝青膠漿的粘性，熱拌瀝青混合料的篩分是可以滿足混合料的配和比要求.

設(shè)想在實際工程中，若能找到一種外加劑在瀝青混合料拌制中降低瀝青膠漿的粘性，加上瀝青拌和樓對熱拌瀝青混合料溫度的有效控制，在工程上熱拌瀝青混合料的篩分也是可行的.從技術(shù)角度，需要在瀝青混合料拌和樓設(shè)備的成品出料處增添一些裝置，比如振動篩網(wǎng)、計量裝置和攪拌裝置等.振動篩網(wǎng)將瀝青混合料篩分為若干組子瀝青混合料，計量裝置對個子瀝青混合料進行計量分配，攪拌裝置分別對計量分配后的子瀝青混合料進行攪拌，便得到預期的不同配合比的瀝青混合料；從應(yīng)用角度，不同配合比的熱拌瀝青混合料的同時生產(chǎn)可以滿足雙層攤鋪機對原料的需求.因此，熱拌瀝青混合料的篩分具有一定的實際工程應(yīng)用價值.

3 結(jié) 語

a.將符合規(guī)范并通過馬歇爾設(shè)計的AC-13與AC-20混在一起攪拌，通過篩分、分配、再攪拌形成新的AC-13(n)與AC-20(n).試驗結(jié)果表明：通過篩分得到的新的瀝青混合料在瀝青含量和礦料級配曲線方面均符合規(guī)范規(guī)定的范圍，且偏離最初的設(shè)計很小.因此，熱拌瀝青混合料的篩分在實踐上是可行的.

b.熱拌瀝青混合料與礦質(zhì)集料的區(qū)別在于前者含有瀝青膠漿.瀝青膠漿的稠度和粘性勢必將影響熱拌瀝青混合料的篩分.瀝青膠漿的粘性不利于瀝青混合料透篩，且易導致篩孔堵塞.

c.熱拌瀝青混合料能否實際應(yīng)用，還有待進一步的研究.

致 謝

感謝武漢工程大學交通研究中心對試驗的設(shè)備及技術(shù)支持，感謝大悟縣公路局提供試驗材料！

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