高速公路瀝青混合料質(zhì)量控制研究

斯義明

（四川金通工程試驗(yàn)檢測有限公司，四川成都 610000）

0 引言

截至2022 年底，我國公路總里程已達(dá)到535 萬公里，高速公路建設(shè)總里程增加至17.7 萬公里，其中大多數(shù)高速公路路面采用瀝青路面[1]。然而，由于我國地域遼闊、氣候復(fù)雜多樣、交通條件差異明顯，加之原材料品質(zhì)、施工隊(duì)伍技術(shù)與管理水平參差不齊，瀝青生產(chǎn)廠站所使用的生產(chǎn)設(shè)備智能化水平與控制精度也存在一定差異化，導(dǎo)致瀝青混合料質(zhì)量與路面施工質(zhì)量存在一定差異。

瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量受原材料、機(jī)械設(shè)備、技術(shù)人員、環(huán)境條件等多個因素的影響，任何一個細(xì)節(jié)控制不當(dāng)都可能影響混合料的生產(chǎn)質(zhì)量，為進(jìn)一步提升瀝青路面的耐久性、行車安全性及舒適性，必須從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面入手，對所有環(huán)節(jié)與細(xì)節(jié)進(jìn)行全面管理，有效控制瀝青混合料質(zhì)量?；诖?，對公路路面瀝青混合料質(zhì)量控制進(jìn)行研究。

1 瀝青混合料原材料控制要點(diǎn)

1.1 集料

集料是瀝青混合料的重要組成部分，分為粗集料、細(xì)集料及填料等，原材料包括砂子、石子、碎石等。其中，粗集料在結(jié)構(gòu)體系中起到骨架支撐作用；細(xì)集料主要起到填充作用，可減少混合料的空隙率，提高混合料的黏聚力、密水性、耐疲勞性能及低溫抗裂性等；填料與瀝青混合形成膠漿，可提高瀝青混合料的裹覆性能、填充混合料中多余的孔隙，有助于提高瀝青混合料的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等路用性能。

我國地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石種類及性質(zhì)呈多樣性，不同集料表現(xiàn)出的路用性能也各不相同。因此，了解不同巖性的路用特點(diǎn)，以及其與瀝青的相互效果，有助于更好地控制瀝青混合料集料質(zhì)量。

巖石主要可分為火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖，不同類型的巖石具有不同的工程力學(xué)性能，如強(qiáng)度、剛度、硬度、耐磨性、抗沖擊性能等。與公路工程特性相關(guān)的巖石特性主要如下：

第一，巖石的物理特性影響瀝青混合料的物理特性，如集料表面特性、棱角性等。

第二，巖石的化學(xué)特性等影響瀝青路面的水穩(wěn)性，如黏附性、表面化學(xué)特性等。

第三，巖石的力學(xué)性質(zhì)影響混合料的力學(xué)特性，如強(qiáng)度、壓碎值、磨耗值等。

為保證瀝青路面的性能，應(yīng)采用強(qiáng)度高、耐磨、級配優(yōu)良、潔凈無雜質(zhì)的集料，并對粗集料、細(xì)集料與填料的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析與評價。

1.1.1 粗集料

瀝青混合料中的粗集料是指＞2.36mm 的級配顆粒，其在瀝青混合料中主要起到骨架支撐作用。

粗集料的原材料主要為片石、料石或礫石（最小粒徑應(yīng)大于50mm），通過除雜、破碎、磨碎、篩分等工序制成，且生產(chǎn)過程中必須考慮粒度、形狀、針片狀顆粒含量、棱角性、破碎面、雜質(zhì)量（含泥量不大于1%）等要求。一般來說，石料破碎的次數(shù)越多，破碎面越大、棱角量越豐富，針片狀顆粒含量越少。

目前，集料破碎主要采用兩級破碎加工方式，主要是顎式破碎機(jī)與反擊式破碎機(jī)相結(jié)合。顎式破碎機(jī)加工后的集料針片狀較多，故一般用于集料生產(chǎn)的初級破碎；反擊式破碎機(jī)則用于調(diào)整骨料粒度和形狀。

由于針片狀顆粒容易在施工過程中被剛性輪碾壓和振動碾壓所粉碎、折斷，施工性能較差，因此粗集料的形狀應(yīng)盡量接近立方體，細(xì)長扁平形狀的針片狀顆粒含量不宜過高。

此外，應(yīng)保證粗集料的吸水率不宜過高，否則會導(dǎo)致被吸入集料的瀝青過多，降低瀝青混合料的黏聚力與耐久性，容易產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象。為補(bǔ)償被集料吸收的瀝青，需要加大瀝青用量，在一定程度上影響經(jīng)濟(jì)性。因此，一般需要將粗集料的吸水率控制在2%～3%。

1.1.2 細(xì)集料

瀝青混合料中的細(xì)集料是指＜2.36mm 的人工砂、天然砂及石屑，其在瀝青混合料中主要起到填充作用。細(xì)集料質(zhì)量要求如下：

第一，為保證瀝青混合料具有良好的路用性能，細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)、顆粒級配適當(dāng)。表觀相對密度、堅(jiān)固性、含泥量（水洗法）（＜0.075 顆粒含量）等性能應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

第二，細(xì)集料的棱角性和粗糙度對瀝青混合料的穩(wěn)定性、塑性變形有重要影響，0.15～0.3mm 及0.3～0.6mm 規(guī)格細(xì)集料的棱角性較小，因此細(xì)集料生產(chǎn)過程中必須細(xì)集料粒徑控制在上述范圍內(nèi)。

第三，含泥量是指細(xì)集料中顆粒粒徑小于0.075mm 黏土、游泥和塵屑的總含量，含泥量過高會影響細(xì)集料的黏結(jié)性，以及瀝青混合料的耐久性與水穩(wěn)性。一般采用篩洗法和砂當(dāng)量法檢測細(xì)集料中的含泥量。含泥量的控制指標(biāo)為高速公路和一級公路不大于3%，其他等級公路不大于5%。

1.2 礦粉

在瀝青混合料中礦粉是加入瀝青混合料中起到填充及與瀝青形成膠漿裹覆粗細(xì)集料作用的礦物質(zhì)粉末，可以是磨細(xì)的石灰?guī)r石粉、水泥等。瀝青混合料礦粉質(zhì)量要求如下：

礦粉是一種固體添加劑，用于改善混合料性能，特別是集料與瀝青的裹覆性能。在瀝青混凝土中加入適當(dāng)?shù)牡V粉，可以增大礦料比表面積，形成薄瀝青膜。

在瀝青混合料中，必須采用石灰?guī)r或巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等憎水性石料細(xì)、經(jīng)磨細(xì)得到的礦粉，并將原石料中的泥土雜質(zhì)清除干凈，否則泥土吸水膨脹會破壞瀝青黏膜性能。為確保礦粉質(zhì)量，需要將其清水及塑性指數(shù)系數(shù)值分別控制為＜1%及＜4%。

1.3 瀝青

瀝青是瀝青混合料的重要組成部分之一，對其瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及疲勞開裂性能等路用性能有重要影響。因此，采用優(yōu)質(zhì)瀝青是避免路面早期病害的關(guān)鍵，其質(zhì)量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1.4 RAP 再生瀝青混合料

瀝青作為一種不可再生資源，為提高資源利用率，可采用瀝青再生設(shè)備對舊瀝青路面進(jìn)行銑刨、加熱等處理，再將之與新瀝青材料混合，形成穩(wěn)定的瀝青混合料。RAP 再生瀝青混合料的應(yīng)用不僅能節(jié)省新瀝青材料，也降低礦物材料的摻量。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證施工質(zhì)量，應(yīng)確保再生瀝青混合料的路用性能符合《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 材料存放要點(diǎn)

第一，粗、細(xì)集料應(yīng)按規(guī)格、種類等劃分，分倉儲堆放，一般細(xì)集料應(yīng)有兩個及以上的倉儲，且各倉儲間應(yīng)建設(shè)混凝土隔墻（不低于2m），倉儲上方應(yīng)搭設(shè)料棚，防止材料被雨水淋濕。同時，應(yīng)在料倉易觀察處懸掛或張貼料源、種類及規(guī)格標(biāo)識牌。

第二，礦粉應(yīng)儲存于密封罐體中，罐體離地面應(yīng)不小于2m，并配備輸送螺旋。

第三，瀝青儲存必須按標(biāo)號、品種分罐儲存。瀝青儲存罐一般分為臥式及立式兩種，罐體內(nèi)部底層布置有導(dǎo)熱升溫管道。在儲存過程中，對于長期不使用的瀝青，可常溫儲存，若需備用其儲存溫度不宜低于130℃，也不應(yīng)高于170℃。存儲過程中還應(yīng)在儲存罐體顯眼位置張貼標(biāo)識牌，注明料源、品種及標(biāo)號等。此外，存放時罐體應(yīng)高于場地內(nèi)雨水可能達(dá)到的最高處，且在導(dǎo)熱管道布置路線應(yīng)采取雨水隔離措施。

第四，RAP 銑刨料回收后應(yīng)利用加工分篩設(shè)備進(jìn)行分級處理，并將分級后的銑刨料按規(guī)格分倉儲存，并在料倉顯眼處懸掛或張貼種類及規(guī)格標(biāo)識牌。

3 瀝青混合料配合比控制要點(diǎn)

青混合料的配合比設(shè)計(jì)需經(jīng)歷目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)配合比驗(yàn)證三個階段[3]。

在目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需明確原材料類型、準(zhǔn)確計(jì)算各材料的用量比例，初步確定瀝青用量、拌和溫度設(shè)定等。

在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，結(jié)合拌和樓實(shí)際情況，初步確定各熱料倉的材料比例，并取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量及上下浮動一定比例的瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，以確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。

在生產(chǎn)配合比驗(yàn)證過程中，需要對生產(chǎn)出的瀝青混合料進(jìn)行抽樣檢測，以驗(yàn)證生產(chǎn)配合比的準(zhǔn)確性和可靠性，如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)配合比存在問題，需及時進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

4 瀝青混合料生產(chǎn)過程控制要點(diǎn)

目前，大多采用間歇式瀝青拌和設(shè)備進(jìn)行瀝青混合料生產(chǎn)，瀝青拌和樓生產(chǎn)流程：原材料配料—冷料輸送—烘干加熱（除塵）—熱料提升—篩分儲存（除塵）—計(jì)量（瀝青、礦粉、熱倉料）—拌和—成品料儲存或直接放置于運(yùn)輸車輛上。

第一，冷料倉上料。冷料倉上料方式一般分為兩種，一種是通過裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至料斗內(nèi)，另一種是通過履帶從原材料儲存?zhèn)}直接輸送至冷料斗內(nèi)，不管采用哪種方式均應(yīng)保證冷料斗內(nèi)供料的連續(xù)性。

第二，冷料斗高頻器標(biāo)定。拌和站操作人員應(yīng)根據(jù)混合料類型、不同目標(biāo)配合比分類標(biāo)定各冷料斗的高頻器轉(zhuǎn)動頻率。需要選擇5 個或更多的轉(zhuǎn)動頻率，使用裝載機(jī)在輸送帶出料口收集各頻率下輸送的料源，通過過磅的方式計(jì)量不同轉(zhuǎn)動頻率下料源的重量。對多個頻率下的料源實(shí)際重量與對應(yīng)的轉(zhuǎn)動頻率進(jìn)行相關(guān)性分析，擬合成一元一次關(guān)系曲線。最終形成一個完整的線性關(guān)系圖或表格，以便在后期改變配合比時，通過線性內(nèi)插法快速計(jì)算出適用的高頻器轉(zhuǎn)動頻率。

第三，原材料烘干，熱拌樓通常使用燃燒器直接燃燒重油或天然氣，以烘干燥滾筒內(nèi)的原材料。由于燃燒產(chǎn)生的火焰溫度非常高，為保證料源的溫度穩(wěn)定，需控制好燃燒器的風(fēng)油比關(guān)系，并定期檢查烘干滾筒內(nèi)揚(yáng)料板的完整性，保證燃燒器火焰中心溫度的穩(wěn)定性。此外，可在烘干滾筒下料口處設(shè)置熱電偶溫度傳感器，以實(shí)時監(jiān)測熱倉料的料鏈溫度，以便及時發(fā)現(xiàn)溫度異常并進(jìn)行調(diào)整。

第四，熱料經(jīng)過烘干滾筒烘干后通過提升機(jī)料斗提升至熱拌樓振動篩進(jìn)行重新分篩分規(guī)格、分倉儲存。熱拌樓振動篩規(guī)格尺寸應(yīng)符合配合比設(shè)計(jì)要求，同時應(yīng)定期檢測熱拌樓振動篩篩孔完整性、仰角及分篩振動頻率。

第五，熱拌樓計(jì)重系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性決定材料劑量控制的準(zhǔn)確性，直接影響混合料配合比的準(zhǔn)確性。熱拌樓計(jì)重系統(tǒng)主要由瀝青計(jì)重秤、骨料計(jì)重秤、礦粉計(jì)重秤及添加劑計(jì)重秤組成，所有計(jì)重設(shè)備均應(yīng)經(jīng)過國家檢定的砝碼標(biāo)定。

第六，通過計(jì)重系統(tǒng)稱量后的瀝青混合料各組成部分進(jìn)入拌和鍋內(nèi)，經(jīng)充分拌和形成瀝青混合料。拌和鍋內(nèi)設(shè)置有熱電偶溫度傳感器，拌和過程中需要實(shí)時監(jiān)測拌和溫度。

第七，拌和后的瀝青混合料可以儲存在保溫倉內(nèi)也可以直接運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，在此過程中，應(yīng)監(jiān)測成品料的溫度，并通過試驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)一步檢測其相關(guān)性能。

第八，拌和樓應(yīng)采用二級除塵系統(tǒng)，第一級設(shè)置于烘干滾筒處，第二級設(shè)置于熱拌樓振動篩處，以保證熱倉料粉塵含量指標(biāo)滿足技術(shù)要求，同時保證瀝青拌和站環(huán)保指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)語

在高速公路建設(shè)中，瀝青混合料的質(zhì)量直接關(guān)系到路面的使用性能、耐久性及行車安全性。因此，在實(shí)際施工過程中，需要從原材料選擇、存放、配合比設(shè)計(jì)、混合料生產(chǎn)過程等方面入手，進(jìn)行全方位的質(zhì)量控制，以更好地保證瀝青混合料的質(zhì)量與性能。未來，需要進(jìn)一步完善瀝青混合料質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和方法、探索新材料，同時關(guān)注環(huán)保、節(jié)能等要求，促進(jìn)瀝青混合料的綠色生產(chǎn)與應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)高速公路的可持續(xù)發(fā)展。