王貴生

（山西省公路局 晉中分局靈石段，山西 靈石 031300）

我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，要求道路的承載能力、抗滑性能、使用壽命和材料的可再生利用方便性等一系列技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的不斷提升，這也是全球道路交通行業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的主要標(biāo)志之一。作為高等級(jí)瀝青路面結(jié)構(gòu)組成的主體，瀝青混凝土材料制備過(guò)程中的質(zhì)量控制構(gòu)成了道路整體建設(shè)質(zhì)量的基礎(chǔ)。基于長(zhǎng)期從事瀝青混凝土路面施工和養(yǎng)護(hù)工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為要達(dá)到路用瀝青混凝土材料的設(shè)計(jì)要求，必須針對(duì)下述質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行必要的嚴(yán)格管控。

1 原材料質(zhì)量的保證措施

眾所周知，高質(zhì)量的瀝青混凝土的性能和品質(zhì)取決于各單項(xiàng)材料自身的品質(zhì)、合適的材料配合比例以及合理的制備工藝。其中，對(duì)各種級(jí)配原材料實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量控制是達(dá)成瀝青混凝土材料高品質(zhì)的起點(diǎn)和基礎(chǔ)。

1.1 級(jí)配礦料

在瀝青混凝土的材料組成中，級(jí)配礦料根據(jù)材料設(shè)計(jì)由不同比例的粗集料、細(xì)集料和作為填料的石粉組成。

粗、細(xì)集料構(gòu)成了瀝青混凝土路面的主要承重骨架，為了保證集料在混凝土中與周邊材料嵌結(jié)緊密和結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定（包括與瀝青具有良好的和易性），粗集料的外觀應(yīng)當(dāng)（或接近）為多面立方體，表面盡可能干燥、潔凈及不含雜質(zhì)，無(wú)風(fēng)化坑蝕之弊。為了保證路面面層在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)具有良好的路用特性，上面層（高等級(jí)瀝青路面通常具有上、中、下3層）的粗集料應(yīng)采用抗磨耐碎的酸性石料（如花崗巖、閃長(zhǎng)巖等），能夠起到良好的抗滑和耐磨作用[1]。由于這些耐磨石料的采購(gòu)價(jià)格明顯較高，故其他面層可酌情使用成本較低的石灰?guī)r、青石等其他材料。這種上下不同材料的合理搭配，既保證了上面層的抗滑性能和長(zhǎng)壽命，又兼顧了材料選擇的經(jīng)濟(jì)性。山西省交通科學(xué)研究院在太長(zhǎng)二級(jí)路完成的RCCP（高碾壓混凝土路面）項(xiàng)目對(duì)道路表層布設(shè)抗滑結(jié)構(gòu)的上下集料不同配置技術(shù)進(jìn)行了成功的應(yīng)用，取得了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的雙重效果。

優(yōu)異的細(xì)集料應(yīng)當(dāng)采用機(jī)制砂、石屑或天然砂，亦必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的抗磨和耐沖擊性能。細(xì)集料的表面質(zhì)量與粗集料相似，即含水量較低、潔凈、無(wú)風(fēng)化痕跡、不含雜質(zhì)，其粒徑應(yīng)具有合適的級(jí)配范圍。

填料（石粉）在瀝青混凝土中起著重要的致密作用。由于石粉和瀝青形成的瀝青膠漿液的黏結(jié)作用使得混合料中的各種礦料良好地結(jié)合在一起，并經(jīng)合理的碾壓工序形成路面抗壓結(jié)構(gòu)。目前，高等級(jí)道路施工中的填料大多是石灰?guī)r、巖漿巖中的強(qiáng)基性巖石等石料經(jīng)球磨粉碎工藝得到的礦粉[2]。另外，集料在烘干過(guò)程中，由于在滾筒中跌落撞擊加之與火焰進(jìn)行熱交換的混合作用，級(jí)配集料必然會(huì)產(chǎn)生一定量的粉料剝離。由于集料的運(yùn)動(dòng)和與較大顆粒材料比重的差異，這些粉料必然會(huì)以輕質(zhì)粉塵的形式飛離，由于烘干設(shè)備引風(fēng)機(jī)（用于助燃和除塵）的作用，經(jīng)過(guò)除塵（通常采用重力旋風(fēng)除塵和布袋除塵）收集的石粉也是混凝土材料中填料的重要組成部分。

1.2 瀝青

瀝青是混凝土材料中的黏結(jié)劑。由于我國(guó)國(guó)土廣闊，由南到北橫跨熱帶、亞熱帶和溫帶等不同氣候特征，且地質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣而復(fù)雜，所以瀝青混凝土中的瀝青材料必須根據(jù)工程施工時(shí)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境溫度及礦料物化特征、路面（包括水泥穩(wěn)定基層）類型、施工工藝和道路等級(jí)、車輛荷載和交通流的不同進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，且應(yīng)根據(jù)瀝青與級(jí)配礦料的和易性進(jìn)行必要的試驗(yàn)驗(yàn)證。

特別指出的是，自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，我國(guó)高等級(jí)瀝青路面已普遍采用改性瀝青（改性劑多為SBS、PE、SBR和橡膠粉等）作為黏結(jié)劑，而改性瀝青的3項(xiàng)路用指標(biāo)與普通瀝青有較大的差異，其中軟化點(diǎn)的差別更為明顯。圖1是以國(guó)產(chǎn)90號(hào)石油瀝青為基質(zhì)瀝青，摻配不同比例的SBS材料制作的改性瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)示意[3]。

圖1 SBS改性劑不同摻配比例的改性瀝青軟化點(diǎn)的變化

顯然，改性瀝青的軟化點(diǎn)較普通石油瀝青提高了60%以上，這對(duì)于提升路面的綜合性能，特別是抵御路面的早期損壞具有重要意義。改性瀝青必須依照嚴(yán)格的制作工藝完成，才能保證其達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求[4]。如固態(tài)SBS改性劑必須經(jīng)膠體磨剪切至5μm以下且與基質(zhì)瀝青均勻充分地混合在一起。由于SBS改性劑的材料比重僅為基質(zhì)瀝青的30%以下，因此改性瀝青在制作、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中必須采取攪拌措施以防材料離析而降低其使用效果。目前，工程單位使用的改性瀝青大多為商品改性瀝青，而改性瀝青的制作也以較大產(chǎn)量（單臺(tái)改性設(shè)備多為20 t/h以上，最高達(dá)40 t/h）進(jìn)行生產(chǎn)，明顯超過(guò)了目前國(guó)內(nèi)外最大產(chǎn)量瀝青混凝土拌和機(jī)（5000型）的瀝青使用量?？紤]到目前國(guó)內(nèi)道路施工部門保有的機(jī)型主要為3000型及以下的中小型設(shè)備，同時(shí)鑒于改性瀝青在使用和儲(chǔ)存中的特殊性，并由此帶來(lái)的諸多施工質(zhì)量（主要考慮瀝青的重復(fù)加熱和材料離析等現(xiàn)實(shí)問題）和工程成本問題，筆者認(rèn)為研發(fā)和生產(chǎn)為瀝青混凝土拌和機(jī)現(xiàn)場(chǎng)配套作業(yè)的改性瀝青制備設(shè)備是適宜的和必要的。

2 瀝青混凝土材料制備過(guò)程中的質(zhì)量控制

瀝青混凝土材料是由級(jí)配礦料和瀝青按照一定的配合比例進(jìn)行充分拌和而成。因此，除了材料的配合比設(shè)計(jì)由拌前提出外，混合料制作中的質(zhì)量控制主要應(yīng)考慮材料的計(jì)量、烘干加熱與拌和的充分和均勻性等技術(shù)指標(biāo)。

2.1 冷、熱礦料的計(jì)量

在進(jìn)入烘干前的冷料計(jì)量和烘干后進(jìn)入拌和時(shí)的熱料計(jì)量是保證設(shè)計(jì)目標(biāo)配合比的關(guān)鍵。前者采用皮帶秤流量計(jì)量，后者采用電子稱重計(jì)量。由于二者之間經(jīng)過(guò)了材料的加熱烘干工序，因此先后進(jìn)入稱量時(shí)的材料數(shù)量并非常數(shù)。為了對(duì)其進(jìn)行必要的修正，目前工程單位一般采用對(duì)冷料增加一個(gè)估算值（如增加一定的百分比）。在實(shí)際工程中，這個(gè)估算值要么偏大，要么不足，結(jié)果容易造成材料供應(yīng)過(guò)剩而棄料（或者烘干機(jī)間歇作業(yè)），或供料不足而影響生產(chǎn)。有鑒于此，對(duì)各冷料倉(cāng)的供料速率進(jìn)行較為精確的量化是必要的，其量化數(shù)據(jù)見式（1）所示。

式中：Q為某冷料倉(cāng)的供料速率，t/h；δ為 材料的含水量，%；k為瀝青混凝土材料的設(shè)計(jì)油石配比，%；wg為拌和設(shè)備的額定生產(chǎn)能力，t；t為該料倉(cāng)供料占拌和設(shè)備額定生產(chǎn)能力的比例，%。

對(duì)各冷料倉(cāng)的供料速率進(jìn)行量化的目的在于盡量保持各熱料倉(cāng)供料的穩(wěn)定性。顯然，盡可能避免熱料倉(cāng)的待料和過(guò)量溢料現(xiàn)象不僅能夠保證拌和機(jī)的正常作業(yè)，保證混合料的成品質(zhì)量，而且對(duì)于減少材料浪費(fèi)、降低作業(yè)成本具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 材料的烘干和加熱

烘干機(jī)的作業(yè)效率不僅取決于自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幾何參數(shù)，特別是烘干能力是否與燃燒器能夠提供的熱值相匹配，而且與礦料的粒徑、均勻性和材料的含水量有關(guān)。我國(guó)相關(guān)試驗(yàn)條件中的材料含水量要求低于5%，但通常冷料的含水量在2%～3%之間。工程實(shí)踐表明，礦料的含水量每增加1%，則烘干機(jī)的作業(yè)效率會(huì)降低約10%，烘干機(jī)向大氣排氣中的水蒸氣含量會(huì)增加15%以上（影響布袋除塵的效果和使用壽命）。

冷料烘干后的溫度會(huì)達(dá)到165℃左右，顯然已明顯超過(guò)水的沸點(diǎn)，因此冷料的烘干過(guò)程經(jīng)過(guò)了加熱—水蒸發(fā)—升溫的3個(gè)階段。其中水的蒸發(fā)過(guò)程周期最長(zhǎng)且耗能最大，這與水的汽化熱數(shù)值較大和蒸發(fā)過(guò)程較長(zhǎng)有直接關(guān)系。因此，冷料的采集、運(yùn)輸和儲(chǔ)存?zhèn)溆脩?yīng)采取防水防潮措施，盡可能減少因自然落雨和地下水對(duì)冷集料的侵蝕。此舉能夠明顯降低烘干時(shí)間，提高作業(yè)效率，且具有顯著的節(jié)能減排意義。

2.3 混合料的拌和

拌和是瀝青混凝土材料制備的最終工序，為了達(dá)到材料的技術(shù)要求，對(duì)其拌和過(guò)程實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控是十分必要的。

a）拌和溫度的掌握。在實(shí)際工程中，拌和溫度的高低往往取決于混合料在路上攤鋪后，壓路機(jī)進(jìn)行初次碾壓時(shí)的材料溫度（通常稱為初壓溫度，一般為140℃左右），這是保證路面達(dá)到壓實(shí)密實(shí)度的基本條件之一。鑒于目前高等級(jí)瀝青路面均采用改性瀝青作為黏結(jié)劑，因此與普通瀝青混凝土材料相較，改性瀝青混凝土的拌和出料溫度應(yīng)增加5℃～8℃為宜。

b）拌和時(shí)間的優(yōu)化。瀝青混凝土的拌和時(shí)間為干拌和濕拌時(shí)間的算術(shù)和。拌和時(shí)間長(zhǎng)會(huì)使混合料的均勻性提高，但會(huì)加速瀝青的材料老化，影響混合料的路用質(zhì)量并降低拌和效率。因此，拌和時(shí)間的選擇原則是在保證達(dá)到拌和均勻性的前提下盡量縮短拌和時(shí)間。在工程中，通常采用試拌方法確定最小拌和時(shí)間。在改性瀝青混凝土的拌和中，由于瀝青軟化點(diǎn)和黏度的提高，建議相應(yīng)的最小拌和時(shí)間應(yīng)增加5～10 s為宜。