淺析集料材質(zhì)特性和加工特征對瀝青混凝土的影響因素

（上海中測行工程檢測咨詢有限公司，上海 200438）

1 瀝青路面常用集料材質(zhì)特性

1.1 瀝青路面常用石材

1.1.1 石灰?guī)r

石灰?guī)r簡稱灰?guī)r，屬于碳酸鹽巖，主要成分為方解石，次要礦物質(zhì)有白云石、粘土礦物和碎屑礦物，顏色有灰、灰白、灰黑、黃、淺紅、褐紅等，硬度一般不大，與稀鹽酸有劇烈的化學(xué)反應(yīng)。堿性材質(zhì)，與瀝青粘附性好，具有良好的抗剝離性。巖石見圖1所示。

圖1 石灰?guī)r

1.1.2 玄武巖

玄武巖是一種基性噴出巖，以基性長石和輝石為主要礦物成分，次要礦物有橄欖石、副長石（如霞石）、沸石、角閃石及黑云母等。質(zhì)地致密，比重比一般花崗巖、石灰?guī)r、砂巖、頁巖重。

巖石均為暗色，一般為黑色，有時(shí)也呈現(xiàn)灰綠、黑褐及暗紫色。偏堿性或中性材質(zhì)，壓碎值低，吸水率低，耐磨，與瀝青粘附性較好，其具有一定的抗剝離性。巖石見圖2所示。

圖2 玄武巖

1.1.3 凝灰?guī)r

凝灰?guī)r是一種火山碎屑巖，顆粒較細(xì)，小于2mm的火山碎屑物含量占50%以上，成分主要是火山灰，外貌疏松粗糙或致密，有層理的稱為層凝灰?guī)r。受礦物成分不同影響，顏色多樣，有紫紅色、灰白色、灰綠色等。偏酸性材質(zhì)，與瀝青粘附性較差，抗剝離較差。巖石見圖3所示。

圖3 凝灰?guī)r

1.1.4 花崗巖

花崗石是一種由火山巖漿在地表以下凝結(jié)形成的巖漿巖，是大陸地殼的主要組成部分，屬于深層侵入巖、酸性火成巖。花崗石主要礦物由長石、石英、黑云母組成，其中，長石含量40%-60%，石英含量20%-40%，顏色決定于成分的種類和數(shù)量。花崗石顏色一般有褐色、綠色、紅色和黑色等。酸性材質(zhì)，與瀝青粘附性差，抗剝離差。巖石見圖4所示。

圖4 花崗巖

1.2 瀝青混凝土常用集料技術(shù)指標(biāo)

收集了近年來上海及浙江、江蘇等區(qū)域?yàn)r青路面常用集料的檢測數(shù)據(jù)，對影響瀝青路面路用關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

表1 指標(biāo)范圍參照表

1.2.1 壓碎值技術(shù)指標(biāo)分析

在瀝青混凝土中，粗集料的骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)成了荷載傳遞的主要路徑，是影響瀝青路面強(qiáng)度的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。從表1可以看出，凝灰?guī)r和玄武巖的壓碎值優(yōu)于石灰?guī)r和花崗巖。但是，實(shí)際壓碎值和很多因素有關(guān)，比如針片狀就是一個(gè)重要因素，在剔除針片狀含量后，壓碎值會減小，隨著針片狀增加，壓碎值會變大，因此在原材料的選取中還要控制集料的針片狀顆粒含量。凍融循環(huán)和溫度高低同樣對集料的壓碎值有很大的影響，在凍融環(huán)境和溫差較大的地方，集料的選擇在壓碎值性能上也應(yīng)相對提高。

1.2.2 磨光值和磨耗值技術(shù)指標(biāo)分析

磨光值是反映石料抵抗輪胎磨光作用能力的指標(biāo)，石料的磨光值越高，表示其抗滑性越好。磨耗值是石料抵抗表面磨損能力的指標(biāo)，石料的磨耗值越大，表示其耐磨性越差。從表1可以看出，玄武巖的抗滑性和耐磨性明顯高于其他三種石料。

1.2.3 粘附性技術(shù)指標(biāo)分析

粘附性是控制瀝青混凝土水穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，其好壞嚴(yán)重影響瀝青路面路用性能和使用壽命。從表1中可以看出，石灰?guī)r粘附性最好，屬于堿性材質(zhì)，與瀝青有很好的抗剝性，花崗巖屬于酸性材質(zhì)，粘附性最差。粗集料粘附性不滿足規(guī)范要求時(shí)，用石灰水處理集料，或用水泥替代部分填料，或在瀝青中加入高分子類抗剝落劑等兩種或兩種以上綜合處理方法，以使瀝青混合料的水穩(wěn)定性符合要求。

1.2.4 吸水率技術(shù)指標(biāo)分析

吸水率是反映粗集料空隙率的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，吸水率越大，空隙率就越大。較大的空隙率容易產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象，在水和光及荷載的作用下加速老化；在瀝青混合料拌和時(shí)，空隙會吸入瀝青，增加瀝青用量，不利于成本控制。從表1可以看出，石灰?guī)r吸水率指標(biāo)優(yōu)于其他三種石料。

1.2.5 視密度技術(shù)指標(biāo)分析

視密度大小與集料強(qiáng)度、空隙率密切相關(guān)，同種石材視密度越大，強(qiáng)度越高，空隙率越小。視密度指標(biāo)好壞直接影響瀝青路面強(qiáng)度和耐久性，也影響成本控制。從表1中可以看出，玄武巖和石灰?guī)r的視密度好于其他兩種石料。

2 不同機(jī)械及其加工特征

2.1 反擊式破碎機(jī)

反擊式破碎機(jī)又叫反擊破，廣泛應(yīng)用于建材、礦石破碎，高速公路、礦山、化工等行業(yè)中大塊物料的破碎。將物料從進(jìn)料口喂入，大塊的物料沿著篩面滑到轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子的圓周上固定安裝有一定高度的板錘，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，料塊與板錘撞擊破碎，獲得動(dòng)能后又撞擊反擊裝置，然后又從反擊板上彈回到板錘作用區(qū)重新破碎，重復(fù)此過程，物料由大到小，直到被破碎至所需粒度，經(jīng)機(jī)殼下部的出料口卸出。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的集料顆粒形狀好，接近立方體，并有適當(dāng)棱角，針片狀含量小，拌和成瀝青混凝土?xí)r，立方體形狀使瀝青混凝土和易性好，易于壓實(shí)，顆粒間棱角在荷載作用下相互嵌擠，咬合力增強(qiáng)，內(nèi)阻摩擦力增大，提高了強(qiáng)度，同時(shí)又具備良好的抗滑性能。反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的集料最適用于瀝青路面工程，路用性能和耐久性均大幅提高。其缺點(diǎn)是破碎比小，需頻繁更換反擊錘和反擊襯板,當(dāng)反擊錘和反擊襯板間距偏大大時(shí)，所生產(chǎn)的集料會隨著間距變大而針片狀顆粒含量增多；維修復(fù)雜，運(yùn)營費(fèi)用高。

圖5 反擊式破碎機(jī)及工作原理

2.2 顎式破碎機(jī)

顎式破碎機(jī)在礦山、建材、基建等工程中主要用作粗碎機(jī)和中碎機(jī)。按照進(jìn)料口寬度大小分為大、中、小型三種，進(jìn)料口寬度大于600mm的為大型機(jī)器，進(jìn)料口寬度在300-600mm的為中型機(jī)，進(jìn)料口寬度小于300mm的為小型機(jī)。運(yùn)作原理為模擬動(dòng)物的兩顎運(yùn)動(dòng)，依靠兩塊顎板的相互作用將石料破碎，一塊是固定顎板(定顎),上端略外傾(或垂直)固定在機(jī)體前壁上,另一塊是活動(dòng)顎板(動(dòng)顎),有一定傾斜角度,與固定顎板形成上大下小的破碎腔。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶和皮帶輪，動(dòng)顎靠近定顎時(shí)，破碎腔里的物料受到擠壓、劈裂、彎折被破碎；動(dòng)顎遠(yuǎn)離定顎時(shí)，被破碎的小于一定粒度的物料從下部排料口排出。電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，顎板重復(fù)此運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)為構(gòu)造簡單，性能可靠，操作簡單，維修簡便，運(yùn)營費(fèi)用低，破碎比大，產(chǎn)品粒度均勻；缺點(diǎn)是破碎機(jī)在工作時(shí)可能出現(xiàn)返料現(xiàn)象，生產(chǎn)的集料針片狀顆粒含量多，針片狀顆粒超標(biāo)直接影響瀝青混凝土的和易性，導(dǎo)致施工難度大，拌和與攤鋪過程中易產(chǎn)生離析，難壓實(shí)，碾壓時(shí)針片狀顆粒易折斷，壓實(shí)度難以滿足要求。

圖6 顎式破碎機(jī)及工作原理

2.3 圓錐破碎機(jī)

圓錐破碎機(jī)比顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)的破碎粒度細(xì)，廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等部門，根據(jù)破碎原理的不同和產(chǎn)品顆粒大小的不同，分為很多型號，有全液壓圓錐破碎機(jī)、多缸液壓圓錐破碎機(jī)和單缸圓錐破碎機(jī)等。在圓錐破碎機(jī)工作時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過傳動(dòng)裝置（軸及齒輪）帶動(dòng)偏心軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，受偏心軸套的迫動(dòng)，動(dòng)錐做旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，動(dòng)錐靠近靜錐的區(qū)段形成破碎腔，物料受到動(dòng)錐和靜錐的多次擠壓和撞擊被破碎。動(dòng)錐離開該區(qū)段時(shí)，該處已破碎至所需粒度的物料自由下落，從錐底排出。其優(yōu)點(diǎn)是破碎比大、生產(chǎn)效率高，是反擊式破碎機(jī)產(chǎn)量3-4倍，易損件消耗少、運(yùn)行成本低，液壓保護(hù)及液壓清腔、自動(dòng)化程度高，減少停機(jī)時(shí)間，維修簡便、操作使用方便；缺點(diǎn)與顎式破碎機(jī)類似，靠擠壓破碎粒料，生產(chǎn)的集料針片狀顆粒含量多。

圖7 圓錐破碎機(jī)及工作原理

2.4 碎石整形機(jī)

碎石整形機(jī)是一種物料自行沖擊式破碎機(jī)，是結(jié)合國外同類技術(shù)開發(fā)的高能低耗設(shè)備，是目前最理想的細(xì)碎和整形設(shè)備，廣泛用于礦山、砂石場、磨料磨具、水泥、耐火材料、鋁礬土、石英砂、金剛砂、玻璃等的中碎、細(xì)碎和整形。工作原理是物料由機(jī)器上部中心進(jìn)料孔垂直落入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪內(nèi)，在葉輪內(nèi)迅速加速,在高速離心力的作用下,與另一部分以傘狀形式分流在葉輪四周的物料產(chǎn)生高速撞擊破碎,物料在相互撞擊后一起沖擊到物料襯層或反擊塊上被反彈，后在葉輪和機(jī)殼之間形成物料渦流，物料在渦流內(nèi)多次互相撞擊、摩擦而粉碎,從下部排料口排出,通過篩分設(shè)備控制達(dá)到所要求的成品粒度。

圖8 碎石整形機(jī)及工作原理

碎石整形機(jī)加工的集料粒度均勻，顆粒形狀呈立方體，集料分檔清晰，級配好。拌和的瀝青混凝土和易性好，易于施工，壓實(shí)度高，施工后的質(zhì)量整體穩(wěn)定性好，較好地改善了因壓實(shí)不到位，空隙率偏大引起的水損害早期病害。但是隨著氣候升溫，重荷載運(yùn)輸增多，碎石整形機(jī)加工的集料的弊端也慢慢顯現(xiàn)出來。這是因?yàn)榧显谡魏螅饨巧伲韬统蔀r青混凝土后咬合力差，內(nèi)阻摩擦力變小，在夏季高溫和重車荷載作用下易產(chǎn)生光面、泛油、車轍、推移、擁包等早期高溫穩(wěn)定性病害；集料過少棱角，瀝青路面抗滑性能降低，對行車安全性存在一定的隱患；整形后細(xì)顆粒多，尤其0.3-0.6mm顆粒偏多，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，級配曲線上0.3-0.6mm易出現(xiàn)“駝峰”，由于破碎加工原因，0.3-0.6mm顆粒理論上是最圓滑的，在瀝青混凝土中形成起滾珠效應(yīng)，在荷載作用下會引起高溫穩(wěn)定性病害。

3 結(jié)語

瀝青路面具有力學(xué)強(qiáng)度高、行車平穩(wěn)舒適、噪音小、易于機(jī)械施工及維護(hù)等特點(diǎn)，在交通建設(shè)中地位凸顯。集料作為瀝青混凝土中構(gòu)成骨架的主要部分，是影響瀝青混凝土質(zhì)量的主要因素之一，選擇合適的集料對瀝青路面的性能有重要意義。本文從瀝青路面常用集料材質(zhì)特性和加工特征方面，結(jié)合日常檢測過程中積累的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，論述對瀝青混凝土的影響因素，對瀝青路面施工前碎石集料選取和加工設(shè)備配置有借鑒作用。