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沥青加热搅拌技术研究
第一章 前言
由于沥青类路面具有表面平整、 无接缝、 行车舒适、 耐磨、 振动小、 噪音低、 施工周期短、 养护维修简便等优点, 因而获得越来越广泛的应用, 特别是近几年高速公路建设和城市道路刷黑都采用热拌沥青混合料路面结构, 就我们江汉油田矿区道路也逐渐向黑色路面结构形式发展, 我单位今年承建了两条沥青混凝土路面, 在施工过程中对沥青混凝土加热搅拌技术展开了科研攻关, 为工程顺利进行提供了技术支持。
《沥青加热搅拌技术研究》主要从热拌沥青混合料原材料质量控制、 配合比设计、 拌制工艺及混合料的运输等几方面作为重点展开, 针对施工过程中出现的热拌沥青混合料拌制质量达不到标准要求去寻求原因、 分析原因、 提出改进措施并总结经验。经过以研究指导施工, 克服施工工艺中的质量问题, 减少了材料浪费, 加快了施工进度, 并探索积累了一套宝贵的经验。
第二章 热拌沥青混合料的一般规定
一 热拌沥青混合料的概念 是由适当比例的粗集料、 细集料及填料组成的符合规定级配的矿料与沥青拌和而制成的符合技术标准的沥青混合料( 以AC表示, 采用圆孔筛时用LH) , 适用于各种等级的路面, 高速公路和一级公路沥青面层的上面层、 中面层及下面层均应采用沥青混凝土混合料铺筑, 沥青碎石混合料仅适用于过渡层及整平层, 其它等级公路的沥青面层上面层也应采用沥青混凝土混合料铺筑。热拌沥青混合料分为四类:
( 一) 密级配沥青混凝土混合料: 各种粒径的颗粒级配连续、 相互嵌挤密实的矿料与沥青拌和而成, 压实后剩余空隙率小于10%的沥青混合料。剩余空隙率3%—6%的为І型密实式沥青混凝土混合料剩余空隙率4%—10%的为Ⅱ型半密实式沥青混凝土混合料;
( 二) 半开级配沥青混合料: 由适当比例的粗集料、 细集料及少量填料( 或不加填料) 与沥青拌和而成, 压实后剩余空隙率在10%以上的半开式沥青混合料, 也称沥青碎石混合料;
( 三) 开级配沥青混合料: 矿料主要由粗集料组成, 细集料较少, 矿料相互拨开, 压实后空隙率大于15%的开式沥青混合料;
( 四) 间断级配沥青混合料: 矿料级配组成中缺少一个或若干个档次而形成的间断级配的沥青混合料。
若按混合料类别来分可按下表分类( 规格以方孔筛为准)

混合料

类 别

密 级 配

开 级 配
半开 级配

公 称 最大 粒 径( ㎜)

最 大粒 径( ㎜)
沥 青 混凝土
沥青稳定碎石
沥青玛蹄碎石
沥青磨耗 层
沥青碎石基层
沥 青 碎 石
特粗式
—
ATB—40
—
—
ATPB—40
—
37.5
53.0

粗粒式

—
ATB—30
—
—
ATPB—30
—
31.5
37.5
AC—25
ATB—25
—
—
ATPB—25
—
26.5
31.5

中粒式

AC—20
—
SMA—20
—
—
AM—20
19.0
26.5
AC—16
—
SMA—16
OGFC—16
—
AM—16
16.0
19.0

细粒式
AC—13
—
SMA—13
OGFC—13
—
AM—13
13.2
16.0
AC—10
—
SMA—10
OGFC—10
—
AM—10
9.5
13.2
砂粒式
AC—5
—
—
—
—
AM—5
4.75
9.5
空隙率( %)
3～5
3～6
3～4
>18
>18
6～12
—
—
注:1 空隙率可按配合比设计要求适当调整;
2 各层沥青混合料应满足所在层位的功能性要求;
3 沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大,并应与压实层厚度相适配,对热拌 热铺密级配沥青混合料,沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5—3倍.
二 热拌沥青混合料的矿料的级配范围
热拌沥青混合料的矿料的级配范围是经过专题研究, 总结中国沥青混合料施工经验, 参考了国外沥青混合料矿料级配, 能过理论法和经验法编制而成, 下面是密级配沥青混凝土混合料级配范围:

级配类型
经过下列筛孔( ㎜) 的质量百分率( %)
31.5
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
粗粒式
AC—25
100
90~100
75~90
65~83
57~76
45~65
24~52
16~42
12~33
8~ 24
5~ 17
4~ 13
3~7
中 粒 式

AC—20

100
90~100
78~92
62~80
50~72
26~56
16~44
12~33
8~ 24
5~17
4~ 13
3~7
AC—16

100
90~100
76~92
60~80
34~62
20~48
13~36
9~ 26
7~18
5~ 14
4~8
细 粒 式
AC—13

100
90~100
68~85
38~68
24~50
15~38
10~28
7~20
5~ 15
4~8
AC—10

100
90~100
45~75
30~58
20~44
13~32
9~23
6~ 16
4~8
砂粒式
AC—5

100
90~100
55~75
35~55
20~40
12~28
7~ 18
5~10
三 热拌沥青混合料技术标准
1 马歇尔试验技术标准( 以密级配沥青混凝土混合料为例)

试验指标
单

位
高速公路、 一级公路

其它 公路

行人道路
夏炎热区
夏热及夏凉区
中轻交通
重载交通
中轻交通
重载交通
击实次数 ( 双面)
次
75
50
50
试件尺寸
ø101.6㎜*63.5㎜
空 隙
率

90㎜以内
%
3~5
4~6
2~4
3~5
3~6
2~4
90㎜以下
%
3~6
2~4
3~6
3~6
—
稳定度MS 不小于
KN
8
5
3
流值FL
㎜
2~4
1.5~4
2~4.5
2~4
2~4.5
2~5
矿料间隙VMA( %) 不小于
设计空隙率( %)
相应于以下公称最大粒径( ㎜) 的最小VMA及VFA技术要求
26.5
19
16
13.2
9.5
4.75
2
10
11
11.5
12
13
15
3
11
12
12.5
13
14
16
4

12
13
13.5
14
15
17
5
13
14
14.5
15
16
18
6
14
15
15.5
16
17
19
沥青饱和度VFA( %)
55~70
65~75
70~85
2 沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求
气候条件与技术指标
相应于下列气候分区所要求的稳定度( 次/㎜)

七月平均最高气温( ℃) 及气候分区
>30
20~30
<20
1.夏炎热区
2.夏热区
3.夏凉区
1—1
1—2
1—3
1—4
2—1
2—2
2—3
2—4
3—2
普通混合料 不小于
800
1000
600
800
600
改性混合料 不小于
2400
2800

2400
1800
SMA
混合料
普通 不小于
1500
改性 不小于
3000
OGFC混合料
1500( 一般交通路段) 、 3000( 重交通量路段)
3 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变技术要求
气候条件与 技术指标
相应于下列气候分区所要求的破坏应变( µε)

年极端最低气温 ( ℃)
<—37.0
—21.5~—37.0
—9.0~—21.5
>—9.0
1.冬严寒区
2.冬寒区
3.冬冷区

4.冬温区
1~1
2~1
1~2
2~2
3~2
1~3
2~3
1~4
2~4
普通沥青混合料
不小于
2600
2300

改性沥青混合料
不小于
3000
2800
2500

4 沥青混合料水稳定性技术要求
气候条件与技术指标
相应于下列气候分区的技术要求( %)
年降雨量( ㎜)
及气候分区
>1000
500~1000
250~500
<250
1.潮湿区
2.湿润区
3.半干区
4.干旱区
浸水马歇尔试验残留稳定度( %) 不小于
普通沥青混合料
80
75
改性沥青混合料
85
80
SMA
混合料
普通沥青
75
改性沥青
80
冻融劈裂试验的残留强度比( %) 不小于
普通沥青混合料
75
70
改性沥青混合料
80
75
SMA
混合料
普通沥青
75
改性沥青
80

第三章 原材料的质量控制
热拌沥青混合料搅拌的质量好坏直接取决于原材料质量的好坏, 因此控制好原材料的质量至关重要, 拌制热拌沥青混合料的原材料主要有以下几种:
一 沥青
热拌沥青混凝土是由沥青胶结料和矿质集料组成的铺路材料 , 沥青胶结料, 即沥青或改性沥青起到把集料颗粒结成密实休并使混合料防水的胶粘剂的作用。当粘结一起时, 矿质集料起着赋与体系强度和韧度的石料骨架作用。沥青有石油沥青、 煤沥青及改性沥青等,用于公路建设的主要使用道路石油沥青,即由石油经蒸馏、 吹氧、 调和等工艺加工得到,主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的符合沥青路面使用技术要求的半固体粘稠状物质。
1 道路石油沥青的技术要求如下表
指标
单位
等级
沥青标号
160号
130
110号
90号
70号
50号
30号
针入度
( 25℃ 5S 100g)
0.1㎜

140~200
120~140
100~120
80~100
60~80
40~60
20~40
针入度指数PI

A
—1.5~+1.0
B
—1.8~+1.0
软化点(TR&B),不小于
℃
A
38
40
43
45~
44
46~
45
49
55
B
36
39
42
43~
42
44~
43
46
53
C
35
37
41
42
43
45
50
60℃动力粘度‚,不小于
Pa.s
A
—
60
120
160~
140
180~
140
200
260
15℃延度,不小于
cm
A、 B
100
80
50
蜡含量(蒸馏法),不大于
%
A
2.2
B
3.0
C
4.5
闪点,不小于
℃

230
245
260
溶解度,不小于
%

99.5
质量变化,不大于
%

±0.8
残留针入度比,不小于
%
A
48
54
55
57
61
63
65
B
45
50
52
54
58
60
62
C
40
45
48
50
54
58
60
残留延度,(10℃),不小于
㎝
A
12
12
10
8
6
4
—
B
10
10
8
6
4
2
—
残留延度,(15℃),不小于
㎝
C
40
35
30
20
15

10
—
其中A B C为沥青等级,A级沥青适用于各个等级的公路,适用于任何场合和层次;B级沥青适用于高速公路、 一级公路沥青下面层及以下层次,二级及二级以下公路的各个层次或用作改性沥青、 乳化沥青、 稀释沥青的基质沥青;C级沥青只能用于三级及三级以下公路。
2 施工过程中质量控制措施
①沥青材料应附有炼油厂的质量检验单,运至现场的沥青材料必须按要求进行试验,经评定合格后方可使用;
②沥青贮运站及沥青混合料拌合厂必须将不同来源、 不同标号的沥青分开存放,不得混杂,沥青使用期间贮存温度不宜低于130℃,并不得高于170℃,在非施工使用期间可在常温下贮存,但不可长期存放,否则应重新检验;
③道路石油沥青在贮运、 使用及存放过程中应有良好的防水措施,并避免雨水或加热管道蒸汽进入沥青罐中;
④施工时沥青的加热温度应根据沥青品种、 标号、 粘度、 气候条件及铺筑层的厚度选定, 一般标号在90号以下为150—170℃, 大于90号控制在140—160℃, 其中沥青粘度大、 气温低、 铺筑层厚度薄用高限。
二 粗集料
所谓粗集料是经加工( 轧碎、 筛分) 而成粒径大于2.36㎜的碎石、 破碎砾石、 筛选砾石、 矿渣等集料。
1 沥青混合料用粗集料质量技术要求

指 标

单位
高速公路及一级公路

其它等级公路
表面层
其它层次
石料压碎值 不大于
%
26
28
30
洛杉矶磨耗损失 不大于
%
28
30
35
表观相对密度 不小于
—
2.60
2.50
2.45
吸水率 不大于
%
2.0
3.0
3.0
坚固性 不大于
%
12
12
—
针片状颗粒含量 不大于
其中粒径大于9.5㎜ 不大于
其中粒径小于9.5㎜ 不大于
%
%
%
15
12
18
18
15
20
20
—
—
水洗法<0.075㎜颗粒 不大于
%
1
1
1
软石含量 不大于
%
3
5
5
2 施工中粗集料质量控制
①经选择确定的沥青混合料用集料在施工中应保持稳定,不得随意变更,应在固定的石料厂取料;
②粗集料应该洁净、 干燥、 无风化、 无杂质,具有足够的强度、 耐磨耗性,进的第一批集料应及时送检,检验符合粗集料质量技术要求方可使用;
③沥青路面所用粗集料应尽量采用碱性岩石,如石灰岩、 白云岩、 玄武岩或辉绿岩等,因为碱性岩石与沥青具有较好的粘附性,采用这类岩石制备的沥青混合料可获得较高的力学强度和抗水性,当必须采用酸性石料如花岗岩、 斑岩等时,应掺入抗剥剂。
三 细集料
细集料是天然形成或经加工(轧碎、 筛分)而成的粒径小于2.36㎜的天然砂、 机制砂及石屑等集料。其中石屑是指采石场加工碎石时经过4.75㎜的筛下部分。
1 沥青混合料用细集料质量要求
项目
单位
高速公路、 一级公路
其它等级公路
表观相对密度 不小于
―
2.50
2.45
坚固性( >0.3mm部分) 不小于
%
12
―
含泥量(小于0.075mm的含量)不大于
%
3
5
砂当量 不小于
%
60
50
亚甲蓝值 不大于
g/kg
25
―
棱角性(流动时间) 不小于
s
30
―
2施工中细集料质量控制
① 细集料应洁净、 干燥、 无风化、 无杂质,并有适当的颗粒级配。细集料的洁净程度, 天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示,石屑和机制砂以砂当量表示;
② 热拌沥青混合料的细集料宜采用优质的天然砂或机制砂, 但其用量有所限制, 在缺砂地区也能够使用石屑;
③ 细集应与沥青有良好的粘结能力, 与沥青粘结性能很差的天然砂不宜用于高等级公路的沥青面层。
四 填料
沥青混合料用填料是在沥青混合料中起填充作用的粒径小于0.075mm的矿物质粉末,一般采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。
1 沥青混合料用矿粉质量要求
项目
单位
高速公路、 一级公路
其它等级公路
表观密度 不小于
t/m3
2.5
2.45
含水量 不大于
%
1
1
粒度范围<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm
%
%
%
100
90~100
75~100
100
90~100
70~100
外观
―
无团粒结块
亲水系数
―
<1
塑性指数
―
<4
2施工中填料质量控制
①矿粉要求干燥、 洁净, 当采用水泥、 石灰、 粉煤灰用填料时其用量不宜超过矿料总量的2%, 粉煤灰作为填料使用时, 烧失量应小于12%, 塑性指数应小于4%, 且用量不超过填料总量的50%;
②雨季施工时要注意填料的防水, 结团成块的不得使用。
第四章 沥青混合料的配合比设计
Ø 沥青混合料配合比设计有马歇尔法和维姆法, 大多数公路单位传统上采用马歇尔混合料设计法, 马歇尔法需要进行室内试验, 旨在经过稳定度/流值与密实度/孔隙订分析, 提出适合的沥青混合料。沥青混合料配合比设计包括目标配合比设计阶段、 生产配合比设计阶段及生产配合比验证阶段, 经过配合比设计决定沥青混合料的材料品种、 矿料级配及沥青用量。
一 材料准备
1 按试验规程规定的取样方法取足够数量的具有代表性的沥青及矿料试样, 检验材料各项性质, 检验合格后方可用于试验;
2 对粗集料、 细集料、 填料进行筛分, 得出各种矿料的筛分曲线;
3 测定粗集料、 细集料、 填料及沥青的相对密度。
二 矿料配合比计算
1 根据公路等级、 路面类型或设计文件规定选择适用的沥青混合料类型, 按规范要求确定矿料设计级配范围;
2 由各种矿料的筛分曲线计算配合比例, 使合成的矿料级配符合已确定矿料设计级配范围, 并应使各个筛孔的经过量接近设计级配范围的中限, 对交通量大的公路应偏向级配范围的下限, 对中小交通量或人行道路则偏向级配范围的上限;
3 合成的级配曲线应接近连续或有合理的间断级配, 不得有过多的犬牙交错, 若经过调整还有两个以上的筛孔起出级配范围时, 应对原材料进行调整。
三 马歇尔试验
1 根据规范上所列的沥青用量范围及实践经验, 估计适宜的沥青用量( 或油石比) ;
2 以估计沥青用量为中值, 按0.5%间隔变化, 取5个不同的沥青用量, 用小型拌和机与矿料拌和, 按规范规定的击实次数成型马歇尔试件, 测定试件的密度, 并计算空隙率、 沥青饱和度、 矿料间隙率等物理指标进行体积组成分析;
3 进行马歇尔试验, 测定马歇尔稳定度及流值等物理力学性质, 以沥青用量为横坐标, 以测定密度、 稳定度、 空隙率、 流值、 饱和度等为纵坐标制图, 分别将试验结果点入图中, 连成圆滑曲线,
4 从成果图中求取相应于密度最大的沥青用量为a1, 相应于稳定度最大值的沥青用量a2及相应于规定空隙率范围的中值的沥青用量a3, 则最佳沥青用量的初始值OAC1=( a1+ a2+ a3) /3;
5 求出各项指标均符合沥青混合料技术标准的沥青用量范围OACmin~OACmax,求中值OAC2, 按最佳沥青用量初始值OAC1求取相应的各项指标值, 当各项指标均符合沥青混合料技术标准时, 由OAC1及OAC2综合决定最佳沥青用量OAC, 一般以OAC1和OAC2的中值作为最佳沥青用量OAC。
四 生产配合比设计
对间歇式拌和机, 必须从二次筛分后进入各热料仓的材料取样进行筛分, 以确定各热料仓的材料比例, 供拌和机控制室使用, 同时重复调整冷料仓进料比例以达到供料均衡 并取目标配合比设计的最佳沥青用量、 最佳沥青用量±0.3%等三个沥青用量进行马歇尔试验, 确定生产配合比的最佳沥青用量。
五 生产配合比验证
拌和机采用生产配合比进行试拌, 铺筑试验路段, 并用拌和的沥青混合料及路上钻取的芯样进行马歇尔试验检验, 由此确定生产用的标准配合比, 作为生产上控制的依据和质量检验的标准。经设计确定的标准配合比在施工中不得随意变更, 若遇进场材料发生变化并经检测沥青混合料的矿料级配和技术指标不符合要求时, 应及时调整配合比。
第五章 沥青混合料的拌制
一 沥青混合料必须在沥青拌和厂采用拌和机械拌制, 拌和厂的设置除应符合国家有关环境保护、 消防、 安全等规定外, 还应具备下列条件:
1 拌和厂应设置在空旷、 干燥、 运输条件良好的地方;
2 沥青应分品种密闭储存, 各种矿料应分别堆放, 不得混杂, 填料不得受潮, 集料宜设置防雨顶棚;
3 应有良好的排水设施;
4 就配备试验室, 并配备足够的仪器设备;
5 应有可靠的电力供应。
二 拌和机的选用
沥青混合料拌合设备的类型有三种形式, 即间歇强制式拌合机, 连续强制式拌合机和连续滚筒式拌合机。由于间歇强制拌合机拌合设备历史悠久, 技术已趋完善, 而且采用相对简单的计量技术, 即可获得各种沥青混合料较精确的拌合比, 因此得到了广泛的应用, 当前大多数拌合设备多属此类。它的缺点是于滚筒设拌合设备相比, 在同等生产能力下, 其组成部分较多, 结构复杂, 设备庞大, 对除尘实施要求高, 搬迁困难, 连续强制式拌合设备的缺点是工作中产生大量粉尘, 造成严重的空气污染, 除非大大改进除尘设备, 这将增加工程施工成本, 增加建设投资。因此一般公路沥青混合料搅拌选用间歇式拌和机。
三 沥青混合料搅拌温度控制
沥青材料应采用导热油管加热, 沥青与矿料的加热温度应调节到能使沥青混合料的沥青加热温度和出厂温度达到下表的要求:
施 工
工 序
石油沥青的标号
50号
70号
90号
110号
加热温度
160~170
155~165
150~160
145~155
矿料加
热温度
间歇式拌和机
集料加热温度比沥青温度高10~30
连续式拌和机
矿料加热温度比沥青温度高5~10
沥青混合料出料温度
150~170
145~165
140~160
135~155
混合料贮料仓贮存温度
贮料过程中温度降低不超过10
混合料废弃温度, 高于
200
195
190
185
运输到现场温度, 不低于
150
145
140
135
注: 沥青混合料的施工温度采用具有金属探测针的插入式数显温度计测量, 表层温度可采用表面接触式温度计测定。
四 拌和时间
沥青混合料拌和时间应以混合料拌和均匀、 所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度, 并经试拌确定。间歇式拌和机每锅拌和时间不宜少于45s, 其中干拌时间不得少于5~10 s, 连续式拌和机的拌和时间由上料速度及拌和温度调节。
五 外观质量要求
拌和好的混合料应均匀一致, 无花白料, 无结团成块或严重的粗细集料分离现象, 不符合要求时不得使用, 并应及时调整。施工现场一般可凭肉眼观察的经验有”油多发亮”、 ”油多结块、 粘车” 、 ”油少干散”及”过火枯焦”等。
第六章 沥青混合料的运输
一 热拌沥青混合料应采用较大吨位的自卸汽车运输, 车厢应清扫干净, 为防止沥青与车厢板粘结, 车厢侧板和底板可涂一薄层油水( 柴油与水的比例可为1∶3) 混合液, 但不得有余液积聚在车厢底部;
二 从拌和机向运料车上放料时, 应每卸一斗混合料挪动一下汽车位置, 以减少粗细集的离析现象, 运料车应用篷布覆盖, 用以保温、 防雨、 防污染, 夏季运输时间短于0.5小时, 也可不加覆盖;
三 沥青混合料运输车的运量应较拌和能力或摊铺速度有所富余, 施工过程中摊铺机前方应有运料车在等候卸料, 对高速公路和一级公路, 开始摊铺时在施工现场等候卸料的运料车不宜少于5辆;
四 沥青混合料连续摊铺过程中, 运料车应在摊铺机前10~30㎝处停住, 不得撞击摊铺机, 运料车进入摊铺现场, 轮胎上不得沾有泥土等可能污染路面的脏物, 否则设置现场外专门地点洗净轮胎后进入工程现场。
第七章 结束语
一 沥青路面工程施工是我单位重点发展方向, 这既是自身发展的需要, 也是市场发展的需要。经过对沥青加热搅拌技术的研究, 完成了以下研究工作:
1 掌握并完善了沥青加热搅拌的施工工艺流程;
2 熟悉并掌握了热拌沥青混合料的各项技术指标;
3 经过优化沥青混合料的配合比设计, 提高了混合料的质量, 减少了材料浪费, 并加快了施工进度;
4 总结了一套沥青混合料加热及运输的施工工法。
二 由于我单位对沥青路面施工还是刚起步, 缺乏施工经验和技术装备, 因此在施工中还是存在一些不足之处, 在此提以下建议:
1 加强队伍的技术培训工作, 特别是对沥青加热搅拌设备操作人员和公路专业技术人员的技能和技术培训;
2 建立一套完备的检验、 检测体系, 以试验数据来控制施工。