高速公路沥青混合料质量控制研究

斯义明

（四川金通工程试验检测有限公司，四川成都 610000）

0 引言

截至2022 年底，我国公路总里程已达到535 万公里，高速公路建设总里程增加至17.7 万公里，其中大多数高速公路路面采用沥青路面[1]。然而，由于我国地域辽阔、气候复杂多样、交通条件差异明显，加之原材料品质、施工队伍技术与管理水平参差不齐，沥青生产厂站所使用的生产设备智能化水平与控制精度也存在一定差异化，导致沥青混合料质量与路面施工质量存在一定差异。

沥青混合料生产质量受原材料、机械设备、技术人员、环境条件等多个因素的影响，任何一个细节控制不当都可能影响混合料的生产质量，为进一步提升沥青路面的耐久性、行车安全性及舒适性，必须从人、机、料、法、环等方面入手，对所有环节与细节进行全面管理，有效控制沥青混合料质量。基于此，对公路路面沥青混合料质量控制进行研究。

1 沥青混合料原材料控制要点

1.1 集料

集料是沥青混合料的重要组成部分，分为粗集料、细集料及填料等，原材料包括砂子、石子、碎石等。其中，粗集料在结构体系中起到骨架支撑作用；细集料主要起到填充作用，可减少混合料的空隙率，提高混合料的黏聚力、密水性、耐疲劳性能及低温抗裂性等；填料与沥青混合形成胶浆，可提高沥青混合料的裹覆性能、填充混合料中多余的孔隙，有助于提高沥青混合料的强度、稳定性等路用性能。

我国地质情况复杂，岩石种类及性质呈多样性，不同集料表现出的路用性能也各不相同。因此，了解不同岩性的路用特点，以及其与沥青的相互效果，有助于更好地控制沥青混合料集料质量。

岩石主要可分为火成岩、沉积岩和变质岩，不同类型的岩石具有不同的工程力学性能，如强度、刚度、硬度、耐磨性、抗冲击性能等。与公路工程特性相关的岩石特性主要如下：

第一，岩石的物理特性影响沥青混合料的物理特性，如集料表面特性、棱角性等。

第二，岩石的化学特性等影响沥青路面的水稳性，如黏附性、表面化学特性等。

第三，岩石的力学性质影响混合料的力学特性，如强度、压碎值、磨耗值等。

为保证沥青路面的性能，应采用强度高、耐磨、级配优良、洁净无杂质的集料，并对粗集料、细集料与填料的各项性能指标进行详细分析与评价。

1.1.1 粗集料

沥青混合料中的粗集料是指＞2.36mm 的级配颗粒，其在沥青混合料中主要起到骨架支撑作用。

粗集料的原材料主要为片石、料石或砾石（最小粒径应大于50mm），通过除杂、破碎、磨碎、筛分等工序制成，且生产过程中必须考虑粒度、形状、针片状颗粒含量、棱角性、破碎面、杂质量（含泥量不大于1%）等要求。一般来说，石料破碎的次数越多，破碎面越大、棱角量越丰富，针片状颗粒含量越少。

目前，集料破碎主要采用两级破碎加工方式，主要是颚式破碎机与反击式破碎机相结合。颚式破碎机加工后的集料针片状较多，故一般用于集料生产的初级破碎；反击式破碎机则用于调整骨料粒度和形状。

由于针片状颗粒容易在施工过程中被刚性轮碾压和振动碾压所粉碎、折断，施工性能较差，因此粗集料的形状应尽量接近立方体，细长扁平形状的针片状颗粒含量不宜过高。

此外，应保证粗集料的吸水率不宜过高，否则会导致被吸入集料的沥青过多，降低沥青混合料的黏聚力与耐久性，容易产生沥青剥落现象。为补偿被集料吸收的沥青，需要加大沥青用量，在一定程度上影响经济性。因此，一般需要将粗集料的吸水率控制在2%～3%。

1.1.2 细集料

沥青混合料中的细集料是指＜2.36mm 的人工砂、天然砂及石屑，其在沥青混合料中主要起到填充作用。细集料质量要求如下：

第一，为保证沥青混合料具有良好的路用性能，细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质、颗粒级配适当。表观相对密度、坚固性、含泥量（水洗法）（＜0.075 颗粒含量）等性能应符合相关技术标准。

第二，细集料的棱角性和粗糙度对沥青混合料的稳定性、塑性变形有重要影响，0.15～0.3mm 及0.3～0.6mm 规格细集料的棱角性较小，因此细集料生产过程中必须细集料粒径控制在上述范围内。

第三，含泥量是指细集料中颗粒粒径小于0.075mm 黏土、游泥和尘屑的总含量，含泥量过高会影响细集料的黏结性，以及沥青混合料的耐久性与水稳性。一般采用筛洗法和砂当量法检测细集料中的含泥量。含泥量的控制指标为高速公路和一级公路不大于3%，其他等级公路不大于5%。

1.2 矿粉

在沥青混合料中矿粉是加入沥青混合料中起到填充及与沥青形成胶浆裹覆粗细集料作用的矿物质粉末，可以是磨细的石灰岩石粉、水泥等。沥青混合料矿粉质量要求如下：

矿粉是一种固体添加剂，用于改善混合料性能，特别是集料与沥青的裹覆性能。在沥青混凝土中加入适当的矿粉，可以增大矿料比表面积，形成薄沥青膜。

在沥青混合料中，必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料细、经磨细得到的矿粉，并将原石料中的泥土杂质清除干净，否则泥土吸水膨胀会破坏沥青黏膜性能。为确保矿粉质量，需要将其清水及塑性指数系数值分别控制为＜1%及＜4%。

1.3 沥青

沥青是沥青混合料的重要组成部分之一，对其沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及疲劳开裂性能等路用性能有重要影响。因此，采用优质沥青是避免路面早期病害的关键，其质量应符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中的相关技术标准[2]。

1.4 RAP 再生沥青混合料

沥青作为一种不可再生资源，为提高资源利用率，可采用沥青再生设备对旧沥青路面进行铣刨、加热等处理，再将之与新沥青材料混合，形成稳定的沥青混合料。RAP 再生沥青混合料的应用不仅能节省新沥青材料，也降低矿物材料的掺量。在实际应用中，为保证施工质量，应确保再生沥青混合料的路用性能符合《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521—2019）中的相关技术标准。

2 材料存放要点

第一，粗、细集料应按规格、种类等划分，分仓储堆放，一般细集料应有两个及以上的仓储，且各仓储间应建设混凝土隔墙（不低于2m），仓储上方应搭设料棚，防止材料被雨水淋湿。同时，应在料仓易观察处悬挂或张贴料源、种类及规格标识牌。

第二，矿粉应储存于密封罐体中，罐体离地面应不小于2m，并配备输送螺旋。

第三，沥青储存必须按标号、品种分罐储存。沥青储存罐一般分为卧式及立式两种，罐体内部底层布置有导热升温管道。在储存过程中，对于长期不使用的沥青，可常温储存，若需备用其储存温度不宜低于130℃，也不应高于170℃。存储过程中还应在储存罐体显眼位置张贴标识牌，注明料源、品种及标号等。此外，存放时罐体应高于场地内雨水可能达到的最高处，且在导热管道布置路线应采取雨水隔离措施。

第四，RAP 铣刨料回收后应利用加工分筛设备进行分级处理，并将分级后的铣刨料按规格分仓储存，并在料仓显眼处悬挂或张贴种类及规格标识牌。

3 沥青混合料配合比控制要点

青混合料的配合比设计需经历目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段[3]。

在目标配合比设计环节，需明确原材料类型、准确计算各材料的用量比例，初步确定沥青用量、拌和温度设定等。

在生产配合比设计阶段，需要根据目标配合比设计，结合拌和楼实际情况，初步确定各热料仓的材料比例，并取目标配合比设计的最佳沥青用量及上下浮动一定比例的沥青用量进行马歇尔试验，以确定生产配合比的最佳沥青用量。

在生产配合比验证过程中，需要对生产出的沥青混合料进行抽样检测，以验证生产配合比的准确性和可靠性，如果发现生产配合比存在问题，需及时进行调整和优化。

4 沥青混合料生产过程控制要点

目前，大多采用间歇式沥青拌和设备进行沥青混合料生产，沥青拌和楼生产流程：原材料配料—冷料输送—烘干加热（除尘）—热料提升—筛分储存（除尘）—计量（沥青、矿粉、热仓料）—拌和—成品料储存或直接放置于运输车辆上。

第一，冷料仓上料。冷料仓上料方式一般分为两种，一种是通过装载机转运至料斗内，另一种是通过履带从原材料储存仓直接输送至冷料斗内，不管采用哪种方式均应保证冷料斗内供料的连续性。

第二，冷料斗高频器标定。拌和站操作人员应根据混合料类型、不同目标配合比分类标定各冷料斗的高频器转动频率。需要选择5 个或更多的转动频率，使用装载机在输送带出料口收集各频率下输送的料源，通过过磅的方式计量不同转动频率下料源的重量。对多个频率下的料源实际重量与对应的转动频率进行相关性分析，拟合成一元一次关系曲线。最终形成一个完整的线性关系图或表格，以便在后期改变配合比时，通过线性内插法快速计算出适用的高频器转动频率。

第三，原材料烘干，热拌楼通常使用燃烧器直接燃烧重油或天然气，以烘干燥滚筒内的原材料。由于燃烧产生的火焰温度非常高，为保证料源的温度稳定，需控制好燃烧器的风油比关系，并定期检查烘干滚筒内扬料板的完整性，保证燃烧器火焰中心温度的稳定性。此外，可在烘干滚筒下料口处设置热电偶温度传感器，以实时监测热仓料的料链温度，以便及时发现温度异常并进行调整。

第四，热料经过烘干滚筒烘干后通过提升机料斗提升至热拌楼振动筛进行重新分筛分规格、分仓储存。热拌楼振动筛规格尺寸应符合配合比设计要求，同时应定期检测热拌楼振动筛筛孔完整性、仰角及分筛振动频率。

第五，热拌楼计重系统的准确性与稳定性决定材料剂量控制的准确性，直接影响混合料配合比的准确性。热拌楼计重系统主要由沥青计重秤、骨料计重秤、矿粉计重秤及添加剂计重秤组成，所有计重设备均应经过国家检定的砝码标定。

第六，通过计重系统称量后的沥青混合料各组成部分进入拌和锅内，经充分拌和形成沥青混合料。拌和锅内设置有热电偶温度传感器，拌和过程中需要实时监测拌和温度。

第七，拌和后的沥青混合料可以储存在保温仓内也可以直接运输至施工现场，在此过程中，应监测成品料的温度，并通过试验室试验进一步检测其相关性能。

第八，拌和楼应采用二级除尘系统，第一级设置于烘干滚筒处，第二级设置于热拌楼振动筛处，以保证热仓料粉尘含量指标满足技术要求，同时保证沥青拌和站环保指标达标。

5 结语

在高速公路建设中，沥青混合料的质量直接关系到路面的使用性能、耐久性及行车安全性。因此，在实际施工过程中，需要从原材料选择、存放、配合比设计、混合料生产过程等方面入手，进行全方位的质量控制，以更好地保证沥青混合料的质量与性能。未来，需要进一步完善沥青混合料质量控制标准和方法、探索新材料，同时关注环保、节能等要求，促进沥青混合料的绿色生产与应用，进而促进高速公路的可持续发展。