高速公路沥青路面碎石生产质量控制

黄 震

1 工程概况

阿尔及利亚东西高速公路中标段M1,M2标段全长52.147 km,M1标段起讫里程PK243+000～PK279+147,线路长36.147 km,位于布阿拉里季堡省境内(Bordj BouAnerij);M2标段起讫里程PK227+000～PK243+000,线路长16 km,位于布维拉省境内(Bouira)。沥青路面层厚度24.5 cm,级配碎石垫层厚度40 cm,路面碎石设计量大约150万m3,需求量巨大。但当地碎石场生产工艺落后,产量低下,质量不稳定,难以满足高速公路路面工程的需求。设2道碎石生产线:1号碎石场安装2套200 t/h产量的碎石生产线和1套80 t/t产量的制砂生产线;2号碎石场安装相同型号的1套碎石生产线和1套制砂生产线。

2 阿东西高速公路对石料质量的要求

2.1 粗集料性能标准化要求

1)对每种规格的产品,最小的性能要求见表 1。

表1 产品的最小性能要求

2)补充特性:棱角性:表面层碎石料粉碎指数(IC)应该达到100;抗冻性:抗冻性(G)应该不大于30;有机物:有机物含量小于0.2%(法国标准NF P18-586),任何石灰石将被拒绝。

2.2 粗集料的技术要求

阿东西高速公路沥青面层粗集料技术要求见表2。

表2 阿东西高速公路沥青面层粗集料技术要求

2.3 颗粒尺寸和级配

碎石粒径与级配是根据沥青混合料配合比设计决定的。颗粒尺寸保证混合料有良好的稳定性、施工和易性、无离析等,而级配则影响混合料的几乎所有的重要特性,尤其本高速公路设计碎石粒径较小为0 mm～14 mm,如果级配精确,可以保证沥青混合料的各项指标处于最佳的设计工况,否则会降低路面的使用寿命。因此碎石粒径与级配是热拌沥青混合料设计时首先考虑的。

2.4 颗粒形状

碎石的颗粒形状应为立方体,且具有至少2个以上的破碎面,而非扁薄或长形,扁平细长颗粒妨碍压实易断,针片状含量对沥青混合料的力学性能有重要的影响,在轮载的长期作用下,针片状颗粒会进一步断裂,断裂面呈无沥青粘结的状态,从而使沥青层强度下降。

2.5 颗粒组成的一致性

保证颗粒组成的一致性对保持混合料石料组成的一致性及其各个技术指标的一致性非常重要。“规格料不规格”是国内沥青面层用集料面临的一个比较突出的问题,从碎石场采购的同一规格的集料,其颗粒的组成也存在变异,各档料组成的变异大将严重影响混合料级配的稳定,会对路面质量和使用寿命造成影响。

2.6 控制小于0.063 mm细颗粒的含量

集料中小于0.063 mm的细颗粒主要为泥土杂质和矿粉,泥土颗粒含量大将影响沥青与石料的粘附性,降低沥青路面的结构强度和沥青路面的抗水害能力。另外,细颗粒含量的多少对于沥青混合料体积指标和路用性能影响很大,国内规范规定粗集料中小于0.075 mm颗粒含量不大于1%,阿东西高速公路项目要求粗集料中小于0.063 mm颗粒含量要小于2%。

3 提高碎石加工质量的方法

3.1 碎石加工必须采用先进的破碎筛分设备

本项目引进国内先进的破碎筛分联合生产设备,它由初破单元、反击破单元、筛分单元、制砂单元等组成。生产工艺流程:一级破碎采用1台颚式破碎机,二级破碎采用2台并联反击式破碎机,二级破碎的工艺流程可分为先筛后碎开式循环系统和先碎后筛闭式循环系统,先筛后碎开式循环系统是把一级破碎的集料先经过成品筛筛分后再进二级破碎段的进料口进行破碎;先碎后筛二级破碎闭式循环系统是一级破碎机的排料全部给入二级破碎段的进料口进行破碎。本项目贝勒姆碎石场和毕邦碎石场采用第2种先碎后筛闭式循环系统。

3.2 碎石的粒径和级配控制

碎石粒径主要由筛孔尺寸来保证,振动筛要筛出符合规格的粒径要受到振动筛的类型、安装角度、筛面面积和操作条件等限制。贝勒姆碎石场振动筛筛孔尺寸选用比标准筛筛孔大一级的尺寸。

3.3 保证碎石颗粒组成的一致性

保持不同规格颗粒组成的一致性才能保证沥青混合料石料组成的一致性,才能铺出高质量的路面。要保持不同规格颗粒组成的一致性,首先要选择先进的破碎筛分设备并组织工厂化生产,其次统一振动筛型号和筛孔尺寸。

3.4 针片状颗粒含量控制

本项目碎石场采用先碎后筛二级破碎闭式循环系统,将一级颚式破碎机的排料全部给入二级反击式破碎机,使后者的给料粒度减少,保证了较低的破碎比,使二级破碎段排料全部颗粒的形状都得到改善。同时可把二级破碎段的排料口稍微调大,但振动筛最大筛孔与成品料的最大粒径一致,增大返料量。有较多的返料进入破碎腔后,将使该破碎段进料的平均粒径减小,从而减小了该破碎段的实际运行破碎比,增大了该破碎段针片状石料重复破碎、折断成立方体集料的几率,重复破碎次数增加,进而使针片状石料含量减小。针片状随碎石粒级变化的规律见图1。

3.5 含泥量控制

1)清理表面覆盖层,爆破后首先用挖掘机分检大块石料,对石土混合机械不能分离部分,加工10 cm×10 cm规格的筛网,用装载机铲料过筛进行筛分,把土块分离出来。2)增加喂料口处石土分离器的间距,把片状和块状泥土等通过传输皮带排出机外。3)在反击破碎石机和各级振动筛处安装除尘装置,排除碎石中的粉尘及灰尘。4)在各成品料输送带端口设置串筒,减少扬尘的同时,避免对场地各成品料堆再次污染。

4 结语

从生产碎石的试验结果来看,各项生产特性指标符合法国规范要求,保证了沥青路面用碎石质量,两个碎石场碎石生产主要应注意:1)采用先进的碎石破碎筛分设备,统一布置合理的振动筛和筛孔尺寸。2)采用先破后筛二级闭路循环系统,增加返料措施,使针片状含量减少。3)增加除泥块和除尘装置,保证集料的清洁度。4)从矿石源头上控制石料质量,提高碎石的生产质量。

[1] XP P18-540,法国集料规范[S].

[2] 沈金安.高等级公路沥青路面施工技术的调查和研究[J].中国公路学报,2000(8):11-14.

[3] 刘光榆.提高碎石加工质量的有效方法[J].筑路机械与施工机械化,2004(6):21-24.