謝立揚+謝詩元

0 引言

中國的高速公路經(jīng)過30多年的建設，取得了令人矚目的成果，通車里程由80年代的幾百公里，增加到2014年的11.19萬公里，通車里程位居全球第一。但是，在這些成績背后也存在許多問題，由于公路建設速度過快，很多地方施工管理不到位，往往會出現(xiàn)已建成的高速公路通車不久就面臨大修的現(xiàn)象，其中相當一部分問題是由于集料質量不符合規(guī)范而引起的。特別是集料的生產(chǎn)工藝、設備和生產(chǎn)管理存在的問題尤為嚴重。

與國外相比，中國在集料的標準規(guī)范及生產(chǎn)質量控制方面有相當大的差距。國內集料存在的問題主要集中在以下幾個方面：集料規(guī)格不符合要求；針片狀和粉塵含量超標；集料離析嚴重；供料不穩(wěn)定。

瀝青混凝土路面的工程質量很大程度上取決于集料是否規(guī)范。集料質量穩(wěn)定，不但能夠保證工程質量，還可以減少瀝青攪拌設備生產(chǎn)時的級配波動，提高攪拌設備的產(chǎn)量，進而減少生產(chǎn)過程中的能耗和有害氣體的排放。因此，公路集料質量控制的研究對瀝青混凝土路面的施工質量意義重大。

1 集料加工設備與工藝

集料加工設備主要有振動給料機、顎式破碎機、反擊式破碎機或圓錐破碎機、振動篩、給料皮帶和除塵設備等。設備的工作原理和結構國內外基本一致。

顎式破碎機一般作為一級破碎用，主要由定顎和動顎兩部分工作裝置組成，通過動顎對定顎周期性的往復運動，對碎石進行擠壓、揉搓、劈裂等多重破碎，使碎石由大變小，逐漸下落，直至從排料口排出。顎式破碎機的優(yōu)點是結構簡單、破碎比大，但生產(chǎn)的石料針片狀含量較大，不能直接用于高速公路。其工作原理見圖1。

圓錐破碎機一般用于第二級破碎，設備主要有2個同方向的圓錐體組成。工作時，定錐固定不動，動錐由電機通過皮帶經(jīng)傳動軸帶動，在偏心套的迫動下作旋擺運動，使物料在破碎腔內不斷受到?jīng)_擊、擠壓和彎曲作用，從而達到物料破碎的目的。圓錐破碎機由于采用層壓破碎原理，生產(chǎn)的碎石針片狀石料較少，粒級較為均勻，料粒形狀較好，但缺點是調整和維修較為困難。其工作原理見圖2。

反擊破碎機可作為破碎系統(tǒng)的二級或三級破碎使用。通過裝在轉子上的反擊板錘擊石料并使石料與反擊架碰撞進行破碎。石料進入板錘作用區(qū)時，與轉子上的板錘撞擊被破碎，接著又被拋向反擊裝置再次被破碎，然后又從反擊板彈回板錘作用區(qū)。石料由大到小進入反擊腔重復破碎，直至被破碎到所需粒度，由出料口排出。反擊破碎機的優(yōu)點是可控制出料粒度，顆粒形狀好，但在生產(chǎn)時粉塵較大。其工作原理見圖3。

對于碎石的加工工藝，中國還沒有明確的標準要求。具體的加工流程視當?shù)夭牧虾褪┕ひ蠖?，國內外通常都采用二級或三級加工工藝，工藝流程見圖4。

對集料的加工管理，國內一些省份做了相應的研究，廣東交通廳立項的《瀝青路面配套關鍵技術研究》課題將瀝青路面集料標準化加工技術作為一個子項目研究，成果在7個項目中應用，并取得成功。在江蘇省制定的《高速公路施工標準化技術指南（路面工程）》規(guī)范中提出：“集料加工生產(chǎn)能力應滿足工程需要。集料生產(chǎn)設備包括二次或二次以上破碎方式的碎石生產(chǎn)線（其中至少有一次采用反擊或圓錐式破碎方式）、除塵設備、振動喂料機和三層以上的振動篩?！币?guī)范還進一步明確了一級破碎宜采用顎式破碎機，二級破碎宜采用反擊破碎機，如集料針片狀含量較高，可采用沖擊式破碎機整形。

圓錐破碎機在國內生產(chǎn)公路集料中使用較少，它主要用于破碎硬度較大的石料。1998年，陜西交通廳項目辦投資600多萬人民幣在華縣蓮花寺引進了芬蘭諾德伯格生產(chǎn)的破碎設備，其工藝流程是“先碎后篩”的二級破碎閉路系統(tǒng)，即一級破碎的石料全部進入圓錐破碎機進行二級破碎后，再進行成品料的篩分。一級破碎選用諾德伯格C80R顎式破碎機，二級破碎選用G158圓錐破碎機，進料粒度可達120 mm，振動篩選用4層篩網(wǎng)，生產(chǎn)2.5～5mm、 5～10 mm和10～16 mm路面面層用石料。

并不是所有的破碎工藝都必須采用二級破碎，如合徐高速施工時，當?shù)厥蠟槭規(guī)r，施工單位經(jīng)過分析論證，決定從石料廠采購大塊石料，自己破碎加工，破碎工藝只采用了一級破碎，破碎主機為反擊式破碎機，振動篩選擇了4層篩網(wǎng)，篩孔尺寸定為22.5、15、9、5 mm。在5個月的生產(chǎn)中，集料的優(yōu)良率達到了95%以上。

目前高速公路所用的石料大多來源于社會上的小石料廠，這些廠家生產(chǎn)工藝簡單、設備簡陋，石料質量難以滿足施工規(guī)范要求。但石料市場是個賣方市場，為了解決石料供應和質量的矛盾，各地的施工管理部門想出了不少辦法。江西吉蓮高速提出了碎石材料市場準入制度的管理辦法，要求碎石材料供應商必須經(jīng)過業(yè)主審查合格并列入供應商準入名單后，方可為項目供應材料。吉蓮高速建設辦還對工藝流程、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)能力、場地加工、規(guī)格等事項提出要求，如路面基層碎石加工必須采用振動給料機、一級破碎用顎式破碎機、二級和三級用反擊破碎機或沖擊式整形破碎機、4層篩網(wǎng)以上的大面積振動篩、水洗料設備、布袋除塵設備，并根據(jù)碎石加工規(guī)格，統(tǒng)一推薦了篩網(wǎng)的尺寸。這樣從制度上保證了碎石材料的品質。

2 集料加工標準和指標

對于混凝土路面，國內目前還沒有出臺一個單獨的集料標準，僅是在《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40—2004中的4.8～4.10章節(jié)中提出對粗集料、細集料和填料的要求。與此對應的《公路工程集料試驗規(guī)程》JTG 42—2005給出了集料的取樣、篩分等試驗方法。國外則針對集料的不同用途制定了相應的集料標準，如在歐洲國家道路施工采用的 《Aggregtes for bituminous mixtures and surface treaments for roads、airfields and other traffficked areas》（EN13043：2002）、《Aggregtes for concrete》（EN12620：2002A1-2008）、EN13242：2002等歐盟標準，還相應地制訂了EN933等32個集料指標的試驗方法標準，但國內與國外所要求的技術指標基本相同。endprint

中國《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》中關于對集料的技術要求包括石料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失、表觀相對密度、堅固性、吸水率、針片狀含量和與瀝青的粘附性等。這些標準是針對每個集料而言的，選用的集料必須首先符合這些要求；但當單一規(guī)格集料的質量指標達不到要求，而按照集料配比計算的質量指標符合要求時，工程上也允許使用。

中國《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40—2004對粗集料規(guī)定的技術指標見表1。

高速公路、一級公路瀝青路面表面層（或磨耗層）的粗集料磨光值應符合表2的要求。除SMA、OGFC路面外，允許在硬質粗集料中摻加部分粒徑較小的磨光值達不到要求的粗集料，其最大摻加比例由磨光值試驗確定。

破碎礫石應采用粒徑大于50 mm、含泥量不大于1%的礫石軋制，破碎面應符合表3的要求。

細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質，并有適當?shù)念w粒級配，其質量應符合表4的規(guī)定。對于細集料的潔凈程度，天然砂以小于0.075 mm含量的百分數(shù)表示，石屑和機制砂以砂當量（適用于0～4.75 mm）或亞甲藍值（適用于0～2.36 mm或0～0.15 mm）表示。

國內與國外集料標準在粗集料的定義和級配要求上區(qū)別較大，中國是按公稱粒徑的大小將集料分成S1～S14各種規(guī)格，每種規(guī)格的集料對應著相應的篩分通過百分率。粗集料規(guī)格見表5。

美國Superpave規(guī)范中集料的特性包括粗集料的棱角性、細集料的棱角性、扁平與細長顆粒以及粘土含量。Superpave也規(guī)定“集料標準不是針對個別集料而是針對集料混合料的，只要綜合的指標合格，也容許在工程上使用?！币驗閷︶樒瑺铑w粒含量、砂當量等指標，有的集料規(guī)格難以達到要求，有的則容易符合要求，因此工程上允許采用按實際比例配制的集料混合料評價這些指標是否合格。

歐盟關于道路用集料標準EN13043由下列部分組成：范圍、引用標準、術語和定義、粗集料和細集料要求、填料要求、符合性評價、標示、標號與標簽、附錄。這與中國的集料規(guī)范類似。而歐盟混凝土集料標準EN12620與EN13043的不同之處在于把集料指標按幾何要求、物理要求和化學要求進行劃分，另外集料所提指標也有所不同。

EN13043是用d/D標示集料標號的，粗集料的定義是標號為D且粒度不大于45 mm或標號為d且粒度不小于2 mm的集料?？梢钥闯鰵W洲的粗集料相當于中國S4～S14規(guī)格標準。EN13043要求所有的粗集料都應符合表6中規(guī)定的與其粒度標號d/D相應的級配要求。

對于級配的粗集料，如果D≥2d，那么級配應符合中型篩的粗集料級配的總限值和公差要求，如表7所示。

對于針片狀含量，中國規(guī)范要求其在12%～20%的范圍內，大小視公路等級要求而定，EN13043要求在15%～50%的范圍內。對粗集料，EN13043標準取消了壓碎值這個力學指標，改為洛杉磯磨耗值及沖擊值，且沖擊值的試驗方法與國內不同。中國卻特別重視壓碎值，壓碎值是以前英國標準BS812中的方法，考慮到?jīng)_擊值與磨光值有較好的相關性，所以中國在《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》規(guī)范中對沖擊值不再做要求。集料的棱角性、細長顆粒、安定性和有害物質含量等只作為一般性的指標，也沒有太多的要求。 集料的粘附性指標是中國特有的，國外一般沒有，只要求瀝青混合料滿足水穩(wěn)定性指標即可，粘附性僅僅作為初選集料品種的參考性指標。

3 集料的生產(chǎn)管理

對于瀝青層用粗集料，中國還沒有出臺相應的集料質量管理方法，僅是在規(guī)范中提出：高速公路和一級公路不得使用篩選礫石和礦渣；粗、細集料必須由具有生產(chǎn)許可證的采石場生產(chǎn)或施工單位加工。

相比之下，國外在標準中對集料的來源、標示、檢驗及生產(chǎn)控制有著明確的要求，在準EN13043和EN12620中有專門“符合性評價”、“標示”、“標號和標簽”3個條款對生產(chǎn)商進行約束。

在 “符合性評價”條款中明確要求：生產(chǎn)商對集料應進行初始形式試驗和工廠生產(chǎn)控制，以確保所生產(chǎn)的集料符合歐洲標準要求，且在必要時須符合申報值；另外，應對生產(chǎn)所造成的環(huán)境影響進行試驗評估，所有的試驗結果還會歸檔。

“符合性評價”條款中的 “工廠生產(chǎn)控制”還要求生產(chǎn)商在生產(chǎn)場地建立一套符合附錄要求的工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)，生產(chǎn)商持有的記錄中應聲明在集料生產(chǎn)過程中采取了何種質量控制程序。

在歐盟國家實施的集料工廠生產(chǎn)控制管理體系有以下要求。

（1）組織。規(guī)定了從事管理、實施和檢查影響質量的工作人員的職責、權限及他們之間的關系，以及工廠控制的管理者代表和管理評審。

（2）控制程序。要求生產(chǎn)商建立并保存工廠控制手冊，制定程序，滿足工廠生產(chǎn)的工作要求，特別要對文件資料、分包合同和原材料進行控制。

（3）生產(chǎn)管理。規(guī)定了生產(chǎn)商應有識別和控制材料的程序；識別和控制有害材料的程序，以保證它們不超過使用集料地方所要求的限制底線；應有材料的儲存程序，并且儲存地址和內容已被識別；應有程序保證從倉庫提取的材料質量沒有下降，符合要求；應能識別產(chǎn)品的產(chǎn)地和型號。

（4）檢查和試驗。要求生產(chǎn)商有必要的生產(chǎn)設施和設備，對集料檢查、取樣、試驗的頻次和位置作出要求。

（5）記錄。應當記錄工廠生產(chǎn)控制的結果，包括采樣地址、日期和時間及與集料試驗相關的其他信息。

（6）不合格品控制。生產(chǎn)商應當記錄、調查所有的不合格品，必要時采取糾正措施。

（7）在生產(chǎn)區(qū)的運輸、儲存和調整。生產(chǎn)商應做必要的安排，以保證在搬運和儲存期間集料的質量。

（8）運輸和包裝。應當識別存儲和交貨的責任范圍；如果集料有包裝，所使用的包裝方法不應污染和降低集料的品質。

（9）人員培訓。應對有關人員進行培訓，并保存培訓記錄。endprint

在“標示”條款中，要求注明集料的來源、生產(chǎn)商、集料類型、集料成分和集料尺寸，如果需要，還應注明所依據(jù)的標準和特殊用途。在“標號和標簽”條款中，要求交貨單據(jù)至少包含以下內容：標號、發(fā)貨日期、單據(jù)序號和歐洲標準編號。

由此可以看出，國外在集料的加工、試驗和生產(chǎn)控制等環(huán)節(jié)已形成了一套完整、成熟的操作流程，從法規(guī)、制度上保證了集料生產(chǎn)的質量；而在中國，由于國情不同，對于集料的加工及控制尚處于摸索研究階段，因此亟須公路管理部門盡早出一臺系列的集料標準，以便指導公路建設單位和施工單位。

4 結語

集料的質量是影響瀝青路面質量的主要因素之一，由于各種原因，中國還沒有形成一套完整的關于路面集料的生產(chǎn)管理規(guī)范。本文針對目前集料生產(chǎn)管理粗放、集料質量不能滿足規(guī)范要求等現(xiàn)象，論述了集料加工工藝和必須的加工設備，列舉了國內外集料標準的差異，并闡述了歐洲EN13043、EN12620標準有關集料生產(chǎn)控制方面的條款，期望國內相關部門能借鑒國外的先進管理理念，提高國內集料的管理水平，確保公路施工質量。

參考文獻：

[1] JTG F40—2004， 公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S].

[2] JTG 42—2005公路工程集料試驗規(guī)程[S].

[3] EN13043：2002 Aggregtes for bituminous mixtures and surface treaments for roads 、airfields and other traffficked areas[S].

[4] EN12620：2002A1-2008， Aggregtes for concrete[S].

[5] 高 磊.路面碎石質量的控制方法[J].北方交通，2011（1）：19 -21.

[6] 任永利.劉 濤，梁錫三.瀝青路面集料加工質量控制[J].長安大學學報：自然科學版，2008，28

（1）：37-40.

[7] 董 昱，袁卓亞.路用二級破碎石料生產(chǎn)實踐和思考[J].筑路機械與施工機械化，2001，18（5）：

25-27.

[8] 陳泰浩，劉 濤.用傳統(tǒng)方法加工的集料質量評價[J]，公路交通技術，2007（2）：32-36.

[9] 劉光榆.提高碎石加工質量的有效方法[J].筑路機械與施工機械化，2004，21（5）：54-56.endprint