試論瀝青混凝土材料制備過程中的質(zhì)量控制

王貴生

（山西省公路局 晉中分局靈石段，山西 靈石 031300）

我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，要求道路的承載能力、抗滑性能、使用壽命和材料的可再生利用方便性等一系列技術(shù)和經(jīng)濟指標的不斷提升，這也是全球道路交通行業(yè)發(fā)展和進步的主要標志之一。作為高等級瀝青路面結(jié)構(gòu)組成的主體，瀝青混凝土材料制備過程中的質(zhì)量控制構(gòu)成了道路整體建設(shè)質(zhì)量的基礎(chǔ)?；陂L期從事瀝青混凝土路面施工和養(yǎng)護工程的實踐經(jīng)驗，筆者認為要達到路用瀝青混凝土材料的設(shè)計要求，必須針對下述質(zhì)量控制要點進行必要的嚴格管控。

1 原材料質(zhì)量的保證措施

眾所周知，高質(zhì)量的瀝青混凝土的性能和品質(zhì)取決于各單項材料自身的品質(zhì)、合適的材料配合比例以及合理的制備工藝。其中，對各種級配原材料實施嚴格的質(zhì)量控制是達成瀝青混凝土材料高品質(zhì)的起點和基礎(chǔ)。

1.1 級配礦料

在瀝青混凝土的材料組成中，級配礦料根據(jù)材料設(shè)計由不同比例的粗集料、細集料和作為填料的石粉組成。

粗、細集料構(gòu)成了瀝青混凝土路面的主要承重骨架，為了保證集料在混凝土中與周邊材料嵌結(jié)緊密和結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定（包括與瀝青具有良好的和易性），粗集料的外觀應(yīng)當（或接近）為多面立方體，表面盡可能干燥、潔凈及不含雜質(zhì)，無風化坑蝕之弊。為了保證路面面層在整個服務(wù)周期內(nèi)具有良好的路用特性，上面層（高等級瀝青路面通常具有上、中、下3層）的粗集料應(yīng)采用抗磨耐碎的酸性石料（如花崗巖、閃長巖等），能夠起到良好的抗滑和耐磨作用[1]。由于這些耐磨石料的采購價格明顯較高，故其他面層可酌情使用成本較低的石灰?guī)r、青石等其他材料。這種上下不同材料的合理搭配，既保證了上面層的抗滑性能和長壽命，又兼顧了材料選擇的經(jīng)濟性。山西省交通科學研究院在太長二級路完成的RCCP（高碾壓混凝土路面）項目對道路表層布設(shè)抗滑結(jié)構(gòu)的上下集料不同配置技術(shù)進行了成功的應(yīng)用，取得了技術(shù)和經(jīng)濟的雙重效果。

優(yōu)異的細集料應(yīng)當采用機制砂、石屑或天然砂，亦必須達到設(shè)計要求的抗磨和耐沖擊性能。細集料的表面質(zhì)量與粗集料相似，即含水量較低、潔凈、無風化痕跡、不含雜質(zhì)，其粒徑應(yīng)具有合適的級配范圍。

填料（石粉）在瀝青混凝土中起著重要的致密作用。由于石粉和瀝青形成的瀝青膠漿液的黏結(jié)作用使得混合料中的各種礦料良好地結(jié)合在一起，并經(jīng)合理的碾壓工序形成路面抗壓結(jié)構(gòu)。目前，高等級道路施工中的填料大多是石灰?guī)r、巖漿巖中的強基性巖石等石料經(jīng)球磨粉碎工藝得到的礦粉[2]。另外，集料在烘干過程中，由于在滾筒中跌落撞擊加之與火焰進行熱交換的混合作用，級配集料必然會產(chǎn)生一定量的粉料剝離。由于集料的運動和與較大顆粒材料比重的差異，這些粉料必然會以輕質(zhì)粉塵的形式飛離，由于烘干設(shè)備引風機（用于助燃和除塵）的作用，經(jīng)過除塵（通常采用重力旋風除塵和布袋除塵）收集的石粉也是混凝土材料中填料的重要組成部分。

1.2 瀝青

瀝青是混凝土材料中的黏結(jié)劑。由于我國國土廣闊，由南到北橫跨熱帶、亞熱帶和溫帶等不同氣候特征，且地質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣而復(fù)雜，所以瀝青混凝土中的瀝青材料必須根據(jù)工程施工時當?shù)氐沫h(huán)境溫度及礦料物化特征、路面（包括水泥穩(wěn)定基層）類型、施工工藝和道路等級、車輛荷載和交通流的不同進行設(shè)計和選擇，且應(yīng)根據(jù)瀝青與級配礦料的和易性進行必要的試驗驗證。

特別指出的是，自20世紀90年代中期以來，我國高等級瀝青路面已普遍采用改性瀝青（改性劑多為SBS、PE、SBR和橡膠粉等）作為黏結(jié)劑，而改性瀝青的3項路用指標與普通瀝青有較大的差異，其中軟化點的差別更為明顯。圖1是以國產(chǎn)90號石油瀝青為基質(zhì)瀝青，摻配不同比例的SBS材料制作的改性瀝青軟化點數(shù)據(jù)示意[3]。

圖1 SBS改性劑不同摻配比例的改性瀝青軟化點的變化

顯然，改性瀝青的軟化點較普通石油瀝青提高了60%以上，這對于提升路面的綜合性能，特別是抵御路面的早期損壞具有重要意義。改性瀝青必須依照嚴格的制作工藝完成，才能保證其達到相應(yīng)的技術(shù)要求[4]。如固態(tài)SBS改性劑必須經(jīng)膠體磨剪切至5μm以下且與基質(zhì)瀝青均勻充分地混合在一起。由于SBS改性劑的材料比重僅為基質(zhì)瀝青的30%以下，因此改性瀝青在制作、儲存、運輸和使用過程中必須采取攪拌措施以防材料離析而降低其使用效果。目前，工程單位使用的改性瀝青大多為商品改性瀝青，而改性瀝青的制作也以較大產(chǎn)量（單臺改性設(shè)備多為20 t/h以上，最高達40 t/h）進行生產(chǎn)，明顯超過了目前國內(nèi)外最大產(chǎn)量瀝青混凝土拌和機（5000型）的瀝青使用量?？紤]到目前國內(nèi)道路施工部門保有的機型主要為3000型及以下的中小型設(shè)備，同時鑒于改性瀝青在使用和儲存中的特殊性，并由此帶來的諸多施工質(zhì)量（主要考慮瀝青的重復(fù)加熱和材料離析等現(xiàn)實問題）和工程成本問題，筆者認為研發(fā)和生產(chǎn)為瀝青混凝土拌和機現(xiàn)場配套作業(yè)的改性瀝青制備設(shè)備是適宜的和必要的。

2 瀝青混凝土材料制備過程中的質(zhì)量控制

瀝青混凝土材料是由級配礦料和瀝青按照一定的配合比例進行充分拌和而成。因此，除了材料的配合比設(shè)計由拌前提出外，混合料制作中的質(zhì)量控制主要應(yīng)考慮材料的計量、烘干加熱與拌和的充分和均勻性等技術(shù)指標。

2.1 冷、熱礦料的計量

在進入烘干前的冷料計量和烘干后進入拌和時的熱料計量是保證設(shè)計目標配合比的關(guān)鍵。前者采用皮帶秤流量計量，后者采用電子稱重計量。由于二者之間經(jīng)過了材料的加熱烘干工序，因此先后進入稱量時的材料數(shù)量并非常數(shù)。為了對其進行必要的修正，目前工程單位一般采用對冷料增加一個估算值（如增加一定的百分比）。在實際工程中，這個估算值要么偏大，要么不足，結(jié)果容易造成材料供應(yīng)過剩而棄料（或者烘干機間歇作業(yè)），或供料不足而影響生產(chǎn)。有鑒于此，對各冷料倉的供料速率進行較為精確的量化是必要的，其量化數(shù)據(jù)見式（1）所示。

式中：Q為某冷料倉的供料速率，t/h；δ為 材料的含水量，%；k為瀝青混凝土材料的設(shè)計油石配比，%；wg為拌和設(shè)備的額定生產(chǎn)能力，t；t為該料倉供料占拌和設(shè)備額定生產(chǎn)能力的比例，%。

對各冷料倉的供料速率進行量化的目的在于盡量保持各熱料倉供料的穩(wěn)定性。顯然，盡可能避免熱料倉的待料和過量溢料現(xiàn)象不僅能夠保證拌和機的正常作業(yè)，保證混合料的成品質(zhì)量，而且對于減少材料浪費、降低作業(yè)成本具有現(xiàn)實意義。

2.2 材料的烘干和加熱

烘干機的作業(yè)效率不僅取決于自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計和幾何參數(shù)，特別是烘干能力是否與燃燒器能夠提供的熱值相匹配，而且與礦料的粒徑、均勻性和材料的含水量有關(guān)。我國相關(guān)試驗條件中的材料含水量要求低于5%，但通常冷料的含水量在2%～3%之間。工程實踐表明，礦料的含水量每增加1%，則烘干機的作業(yè)效率會降低約10%，烘干機向大氣排氣中的水蒸氣含量會增加15%以上（影響布袋除塵的效果和使用壽命）。

冷料烘干后的溫度會達到165℃左右，顯然已明顯超過水的沸點，因此冷料的烘干過程經(jīng)過了加熱—水蒸發(fā)—升溫的3個階段。其中水的蒸發(fā)過程周期最長且耗能最大，這與水的汽化熱數(shù)值較大和蒸發(fā)過程較長有直接關(guān)系。因此，冷料的采集、運輸和儲存?zhèn)溆脩?yīng)采取防水防潮措施，盡可能減少因自然落雨和地下水對冷集料的侵蝕。此舉能夠明顯降低烘干時間，提高作業(yè)效率，且具有顯著的節(jié)能減排意義。

2.3 混合料的拌和

拌和是瀝青混凝土材料制備的最終工序，為了達到材料的技術(shù)要求，對其拌和過程實施嚴格的質(zhì)量監(jiān)控是十分必要的。

a）拌和溫度的掌握。在實際工程中，拌和溫度的高低往往取決于混合料在路上攤鋪后，壓路機進行初次碾壓時的材料溫度（通常稱為初壓溫度，一般為140℃左右），這是保證路面達到壓實密實度的基本條件之一。鑒于目前高等級瀝青路面均采用改性瀝青作為黏結(jié)劑，因此與普通瀝青混凝土材料相較，改性瀝青混凝土的拌和出料溫度應(yīng)增加5℃～8℃為宜。

b）拌和時間的優(yōu)化。瀝青混凝土的拌和時間為干拌和濕拌時間的算術(shù)和。拌和時間長會使混合料的均勻性提高，但會加速瀝青的材料老化，影響混合料的路用質(zhì)量并降低拌和效率。因此，拌和時間的選擇原則是在保證達到拌和均勻性的前提下盡量縮短拌和時間。在工程中，通常采用試拌方法確定最小拌和時間。在改性瀝青混凝土的拌和中，由于瀝青軟化點和黏度的提高，建議相應(yīng)的最小拌和時間應(yīng)增加5～10 s為宜。