沥青路面用机制砂的生产与应用研究

部分调查结果见表 5 及图 1 ～ 2。 调查中主要对路 面的坑槽和车辙等主要路面破损评价指标进行了 比较, 结果显示, 品质较好 ( 经水洗和除尘处理) 石 屑沥青混合料铺筑路段路面优于一般石屑路面, 机制砂沥青混合料铺筑路段路面明显优于石屑沥 青混合料路面 ( 如表 5 所列) , 无疑, 机制砂可为沥 青混合料提供更强的路面性能。
路面用细集料的经济性分析, 仅看这些数据来否 定机制砂的应用是不合理的, 应从整个施工过程 及路面使用寿命以及环境污染等社会影响的角度 来综合评价。
表 6 某地区沥青路面用花岗岩细集料的工程单价
元 t 细集料 出场单价 机制砂 40 ～ 60 石屑 10 ～ 20 天然砂 ( 河砂) 20 ～ 30
2 路用机制砂的生产
收稿日期: 2006210225
道路用机制砂的生产, 按照制砂机破碎原理
100
交通与计算机 2006 年第 6 期 第 24 卷 总 133 期
可分为: 颚破、 圆锥破、 反击破等; 按照碎石破碎次 数可分为: 一级、 二级和三级破碎等。 发达国家对 机制砂的生产工艺和设备研究了几十年, 这方面 的技术比较先进。 我国在这方面的发展起步较晚, 整体水平不容乐观。 由于公路建设的各级部门对 机制砂应用未能给予足够重视, 致使机制砂在路 面工程中使用量少, 产量不高, 加之生产技术水平 提高缓慢, 绝大部分石场的机制砂生产工艺单一、 设备陈旧。 推广多级多工艺破碎技术是提高我国 路用细集料生产质量的必然趋势。 显然, 目前人们对路用机制砂的认识不够准 确, 以为对石料进行简单破碎加工, 增加除尘或水 洗工艺, 即可获得机制砂, 实则不然, 真正的沥青 路面用机制砂应当是利用特定规格的粒料作为原 材料, 采用专门工艺的机械设备加工生产的具有 粗糙、 洁净、 棱角性好等特点的细集料。 比较规范 的做法一般为: 块石经一破颚式破碎后, 再对大粒 径碎石进行二级锥破, 这样获得的规格碎石, 如10 ～ 20 mm , 20 ～ 30 mm , 20 ～ 40 mm 才可以用来作 为制砂机的原料, 最后至少有一道工序使用专门 的制砂机 ( 一般为反击式破碎原理) 生产机制砂。 目前, 我国路用机制砂生产质量不理想的主要问 题有以下几个方面: 1 ) 设备落后, 工艺不合理。 如多采用两级一 闭路式破碎流程, 第一、 二级破碎设备均为颚式破 碎机, 其他破碎方式 ( 圆锥破或反击破) 较少采用, 所产机制砂粉尘含量大、 片状颗粒多。 虽然近些年 有些地区引进吸收了部分国外先进技术, 如采用 三级破碎, 并增加了圆锥破碎机和先进的反击破 破碎机, 但由于生产管理不力, 除尘和水洗工艺得 不到有效保证, 反击破破碎板等关键设备不能及 时更换等原因, 导致机制砂生产质量一直无法令 人满意。 2) 对制砂生产质量的认识不够。路用机制砂 不同于建筑用机制砂, 其颗粒特性、 筛分质量等对 沥青混合料配合比设计影响很大, 而影响其加工 质量的主要是制砂机采用的原料。 严格意义上讲, ( 路用机制砂应采用专门规格 一般 10 ～ 20 mm 或 10 ～ 30 mm ) 的粒料来加工, 这样会增加破碎、 筛 分转运等工序, 成本随之增加。 现在大多数石场采 用闭路式生产流程, 原料规格和质量变异较大, 造 成机制砂的筛分等指标波动很大。 此外, 还存在着 回破率较高的现象, 即采用较大粒径规格料加工 机制砂, 经一次破碎后未能符合要求的大粒径碎
( 万辆・d - 1 )
备 注
0. 7 ～1
A K 216A , 通车 2 a
面层
4 机制砂的经济性分析
较普遍的一种观点认为: 虽然机制砂对提高 沥青混合料性能十分重要, 但价格偏高, 影响机制 砂推广应用。 为此本文对广东地区某花岗岩石料 石场生产的机制砂、 石屑以及当地的天然砂的出 场单价进行了调查, 结果见表6。 实际上, 对于沥青
图 1 某高速公路使用一般质量 图 2 某高速公路采用机制砂路 石屑路段出现大量坑槽 段路用性能非常理想
表 5 不同细集料高速公路破坏状况调查结果
坑 槽 细集料 车辙 使用情况 ( 处・km - 1 ) mm 使用一 5. 5 最大 20 般石屑路面 使用较 2. 5 最大 8 好石屑路面 应用机制砂 0. 1 最大 2 路面 交通量
油石比
% 4. 5 4. 7
表 4 AK- 16A 检验试验结果
细集料类型 机制砂 石屑 相对石屑的变化 车辙试验结果 浸水马歇尔残 冻融劈裂残 ( 次・mm - 1 ) 留稳定度 % 留稳定度 %
1 431 1 358 5. 6% 95. 2 83. 1 14. 6 93. 8 80. 7 16. 2%
冲击值
8. 6
表 3 A K 216A 级配组成
结构层 石屑 目标配合比 机制砂 通过下列筛孔 ( 方孔筛, mm ) 集料的质量百分数 %
19 100 100 16 93. 2 98. 7 13. 2 80. 4 80. 4 9. 5 65. 1 60. 8 4. 75 37. 5 36. 8 2. 36 27. 1 26. 4 1. 18 20. 9 20. 9 0. 6 16. 9 17. 5 0. 3 11. 8 12. 3 0. 15 8. 6 8. 4 0. 075 6. 3 6. 5
针入度
0. 1 mm 69 15℃延度 cm > 100
101
软化点 闪点 溶解度 含蜡量 ℃ ℃ % %
48. 4 298 99. 9 1. 93
表观粘度, 135 ℃ ( Pa ・ s- 1 )
0. 398
动力粘度, 60 ℃ ( Pa ・ s- 1 )
234
薄膜加热试验 质量损失 15℃延度 针入度比
3. 3 工程应用调查
为了了解细集料对沥青路面的路用性能的影 响, 从 2000 年开始, 对本文依托的某高速公路工 程, 分别铺筑了一般质量石屑、 较好质量以及机制 砂 3 种情况的路段, 并进行了 2 a 多的跟踪调查,
沥青路面用机制砂的生产与应用研究——李 智 张肖宁 邹桂莲 王 琦 表 1 沥青试验结果
% 0. 06 cm > 100 % 73. 1
表 2 石料试验结果
压碎值
% 14. 5
磨耗值
% 14. 3
视密度
( g ・cm - 3 ) 2. 670
吸水率
% 0. 3
粘附性 与改性沥青 与A H 270 4级 3级
针片状
5. 4
软石含量
% 0. 6
0. 075 mm 含量 % 0. 4
坚固性
2. 8
0 引 言
路用机制砂作为近年来出现的沥青路面用细 集料之一, 以其颗粒规整, 片状颗粒少, 表观纹理 丰富、 粉尘含量低等优良物理特性, 以及对沥青混 合料路用性能的改善显著等原因, 已受到越来越 多的关注。 路用细集料还包括天然沙和石屑, 其生产成 本低价格便宜, 是当前工程中使用较多的细集料。 天然砂与沥青的粘附性较差, 不宜大量使用, 多雨 地区更是限制其应用, 此外, 我国各类建筑业的快 速发展, 作为有限资源天然砂时常供应紧张 [ 122 ]。 石屑是目前工程中应用最广泛的路用细集料, 但 质量差及其供应不稳定等问题十分突出[ 325 ]。 同 时, 细集料又是路面建筑材料不可缺少的组成部 分, 道路等级越高对其质量的要求就越高。 寻找质 量好、 供应稳定的新型细集料, 以保证沥青路面材 料设计和施工质量, 具有十分重要的意义。 机制砂显然具备了这些特性, 丰富的石灰岩、 花岗岩、 辉绿岩、 玄武岩等是其稳定生产的料源, 日趋完善的加工设备及工艺使其生产质量得到保 证, 沥青路面用机制砂的应用已成为必然趋势。 为此, 本文从机制砂与其他细集料物理特性的差 异、 生产工艺及其工程应用等角度探索了机制砂 应用的必要性, 并进行了机制砂与石屑的经济效 益分析。
1 路用机制砂与细集料
路用天然砂一般为河砂, 属有限自然资源。 由 于其颗粒圆滑, 对增强沥青混合料的和易性十分 有利, 但与沥青粘附性差会造成混合料水稳定降 低, 限制了其用量不应过多, 如A C 类沥青混合料 常用于 10% 左右。 严格上讲, 石屑是其他粗规格料生产过程中 的副产品[ 4 ] , 即边角料, 显然其质量无法得到有效 保证, 表现为强度差, 片状颗粒含量多, 泥土及粉 尘含量高, 由此配制的沥青混合料不仅无法保障 级配的稳定性, 还有可能给混合料带来质量隐患。 机制砂相对于天然砂来说, 具有理想的颗粒 表面纹理, 可增加颗粒间的摩擦力, 为路面提供更 好的稳定性, 同时能够增强与沥青的吸附能力, 提 高沥青膜厚。 相对石屑而言, 机制砂颗粒规整, 片 状颗粒少, 粉尘含量少及不含泥土等特点, 由机制 砂配制的沥青混合料可以获得更理想的路用性 能[ 4 ]。 目前限于我国大部分路用碎石加工场实际应 用的技术水平落后、 管理上市场化程度不高等现 状, 短期内还无法改变石屑作为沥青混合料主要 细集料来使用的现状, 但尽早认识机制砂的生产 及其对提高沥青混合料性能的贡献, 对于推动我 国沥青路面的技术进步, 增强人们的质量改进意 识十分必要。
沥青路面用机制砂的生产与应用研究——李 智 张肖宁 邹桂莲 王 琦
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沥青路面用机制砂的生产与应用研究
李 智1 张肖宁1 邹桂莲1 王 琦2
( 华南理工大学1 广州 510640) ( 广州华惠工程技术咨询有限公司2 广州 510640)
摘 要 细集料是沥青路面不可缺少的材料组成部分, 由于天然砂的粘附性较差又是一种有 限资源, 品质较差的石屑影响沥青混合料的性能, 致使机制砂的大量应用成为必然趋势。文章介绍 了沥青路面用机制砂的生产、 应用及与其他细集料的性能差异, 实验研究了机制砂及石屑对沥青 混合料性能的影响, 并通过工程应用状况的跟踪, 证明了机制砂是优良的沥青路面用细集料, 可显 著提高沥青路面的抗力。 进一步的经济性分析表明, 机制砂的价格因素不应成为其推广应用的制 约条件。 关键词 机制砂; 石屑; 沥青路面 中图法分类号: U 416. 217 文献标识码: A
3. 1 试Βιβλιοθήκη Baidu方案
以A K 216A 沥青混合料为例, 采用A 270 ( 124) 沥青和花岗岩石料, 从高温稳定性和水稳定性等 方面, 开展了车辙试验、 浸水马歇尔试验和冻融劈 裂试验等对比研究。 原材料和矿料级配组成见表 1 ～ 3 所列。
3. 2 试验结果及分析
为了评价机制砂对路用性能的影响, 进行了 A K 216A 沥青混合料确定最佳油石比试验及其相 关检验试验。 试验结果显示, 机制砂沥青混合料的 最佳油石比比石屑提高 0. 2% ( 如表 3 所列) , 机制 砂沥青混合料的高温稳定性比石屑大5. 6% , 浸水 马歇 尔 试 验 增 加 14. 6% , 冻 融 劈 裂 试 验 增 加 16. 2% ( 如表 4 所列) 。
石在返回喂料口进一步加工, 如采用较大粒径碎 石来加工, 回破率过高, 将导致颗粒棱角性急剧下 降的情况。
3 机制砂的工程应用
我国沥青路面面临迫切解决的一个难题是早 期破坏[ 5 ] , 其中一些破坏现象如坑槽、 车辙、 泛油 [6] 等与细集料的质量差造成级配离析 , 以及天然 砂的使用降低了混合料水稳定性等影响不可忽 视。 细集料粉尘含量大时必须提高沥青拌和楼除 尘力度, 否则混合料偏细, 沥青用量相对不足, 油 膜降低; 细集料颗粒扁平含量过大时, 路面施工中 大量颗粒被压碎, 级配发生变异, 也造成混合料内 部结构缺陷 ( 扁平颗粒压碎后无沥青膜) 。 对于 A K、 SM A 、 O GFC 等表面层沥青混合料, 基本不 使用天然砂, 南方多雨地区为增强沥青混合料水 稳定性, 基本上以少用或不用为趋势。对于A C 类 等大量应用的沥青混合料, 细集料同粗集料对级 配的贡献同样重要, 机制砂的应用有助于改变沥 青路面施工中细集料大量使用石屑的现状, 对改 善混合料级配离析, 确保沥青混合料路用性能大 有益处。 为了对比说明石屑和机制砂对沥青混合料性 能的影响, 本文结合广东省某沥青路面高速公路, 开展了室内试验及路面跟踪调查研究。