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中國的高速公路經(jīng)過20多年的飛速發(fā)展取得了令人矚目的成果，通車?yán)锍虖?0年代的幾百公里增加到2014年11.19萬公里，通車?yán)锍叹尤虻谝弧５沁@些成績(jī)的背后也存在著許多的問題，由于公路建設(shè)速度過快，很多地方施工管理不到位，往往出現(xiàn)已經(jīng)建成的高速公路出現(xiàn)通車不久就面臨大修的情況，其中一部分是因?yàn)榧腺|(zhì)量不符合規(guī)范引起的。特別是集料的生產(chǎn)工藝、設(shè)備和生產(chǎn)管理存在的問題尤為嚴(yán)重。

與國外相比，中國在集料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和生產(chǎn)質(zhì)量控制方面有著很大的差距。國內(nèi)的集料主要存在以下問題：1、集料規(guī)格不符合要求；2、針片狀和粉塵含量超標(biāo)；3、集料離析嚴(yán)重；4、供料不穩(wěn)定。

瀝青混凝土路面的工程質(zhì)量很大程度上取決于集料是否規(guī)范。細(xì)集料質(zhì)量穩(wěn)定，不但能夠保證工程質(zhì)量，還可以減少瀝青攪拌設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的級(jí)配波動(dòng)，提高攪拌設(shè)備的產(chǎn)量，進(jìn)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(zhì)量控制的研究對(duì)瀝青混凝土路面的施工質(zhì)量意義重大。

1、集料加工設(shè)備與工藝

集料加工設(shè)備主要有振動(dòng)給料機(jī)、鄂式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)或圓錐式破碎機(jī)、振動(dòng)篩、給料機(jī)、皮帶機(jī)和除塵設(shè)備等。設(shè)備工作原理和結(jié)構(gòu)國外基本一致。

鄂式破碎機(jī)一般作為一級(jí)破碎用，主要有定鄂和動(dòng)鄂兩部分工作裝置組成，通過動(dòng)顎對(duì)定顎的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)碎石進(jìn)行擠壓、揉搓、劈裂等多重破碎，使碎石由大變小，逐漸下落，直接從排料口排出。鄂式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。

圓錐式破碎機(jī)一般用于二級(jí)破碎，設(shè)備主要有2個(gè)同方向的圓錐體組成，工作時(shí)，定錐固定不動(dòng)，動(dòng)錐由電機(jī)通過皮帶經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)，在偏心套的迫動(dòng)下作旋擺運(yùn)動(dòng)，使物料在破碎腔內(nèi)不斷地受到?jīng)_擊、擠壓和彎曲的作用，從而達(dá)到物料破碎的目的。圓錐破碎機(jī)由于采用層壓破碎原理，生產(chǎn)的碎石針片狀石料較少，粒型較為均勻，料粒形狀好，但缺點(diǎn)是調(diào)整和維修較為困難。

圓錐破碎機(jī)

反擊式破碎機(jī)一般用作二級(jí)破碎或者三級(jí)破碎。通過裝在轉(zhuǎn)子上的反擊板錘擊石料并使石料和反擊架碰撞進(jìn)行破碎。石料進(jìn)入板錘作用區(qū)時(shí)，與轉(zhuǎn)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(jìn)入反擊腔重復(fù)破碎，直到被破碎到所需粒度，由出料口排出。反擊式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可控制出料粒度，顆粒形狀好，但在生產(chǎn)時(shí)粉塵較大。

反擊式破碎機(jī)

對(duì)于碎石加工工藝，中國還沒明確的標(biāo)準(zhǔn)要求。具體的加工流程視當(dāng)?shù)夭牧虾褪┕ひ蠖?，國?nèi)外通常采用二級(jí)或者三級(jí)加工工藝。

對(duì)集料的加工管理，國內(nèi)一些省份做了相應(yīng)的研究，在江蘇省制定的《高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)指南（路面工程）》規(guī)范中指出：“集料加工生產(chǎn)能力應(yīng)滿足工程需要。集料生產(chǎn)設(shè)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式或者圓錐式破碎方式），除塵設(shè)備、振動(dòng)喂料機(jī)和三層以上的振動(dòng)篩?！币?guī)范還進(jìn)一步明確了一級(jí)破碎宜采用鄂式破碎機(jī)，二級(jí)破碎機(jī)宜采用反擊式破碎機(jī)，如集料針片狀含量較高可采用沖擊式破碎機(jī)整形。

圓錐破碎機(jī)在國內(nèi)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(xiàng)目辦投資600多萬人民幣在華縣蓮花寺引進(jìn)芬蘭諾德伯格生產(chǎn)的破碎設(shè)備，其工藝流程是“先碎后篩”的二級(jí)閉路系統(tǒng)，即一級(jí)破碎的石料全部進(jìn)入圓錐破碎機(jī)進(jìn)行二級(jí)破碎后，再進(jìn)行成品料的篩分。一級(jí)破碎機(jī)選用諾德伯格C80R鄂式破碎機(jī)。二級(jí)破碎選用G158圓錐破碎機(jī)，進(jìn)料粒度可達(dá)120mm，振動(dòng)篩選用4層篩網(wǎng)，生產(chǎn)2.5-5mm、5-10mm和10-16mm的路面面層用石料。

并不是所有的破碎工藝都必須采用二級(jí)破碎，如合徐高速施工時(shí)，當(dāng)?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，破碎工藝只采用一級(jí)破碎，破碎主機(jī)為反擊式破碎機(jī)，振動(dòng)篩為4層篩網(wǎng)，篩孔尺寸為22.5、15、9、5mm。在5個(gè)月的生產(chǎn)中，集料的優(yōu)良率達(dá)到了95%以上。

目前高速公路所用的石料大多來源于社會(huì)上的小石料廠，這些廠家的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)陋，石料質(zhì)量難以滿足施工規(guī)范要求。但石料市場(chǎng)是個(gè)賣方市場(chǎng)，為了解決石料供應(yīng)和質(zhì)量的矛盾，各地的施工管理單位相處了不少辦法。江西吉蓮高速提出了碎石材料市場(chǎng)準(zhǔn)入制度的管理辦法，要求碎石材料供應(yīng)商必須經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)審查合格并列入提供商準(zhǔn)入名單后，方可為項(xiàng)目提供材料。吉蓮高速建設(shè)辦還對(duì)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)能力、場(chǎng)地加工、規(guī)格等事項(xiàng)提出了要求，如路面基層碎石加工必須采用振動(dòng)給料機(jī)，一級(jí)破碎用鄂式破碎機(jī)、二級(jí)和三級(jí)用反擊式破碎機(jī)或沖擊式整形破碎機(jī)，4層篩網(wǎng)以上的大面積振動(dòng)篩、水洗料設(shè)備，布了。這樣從制度上保證了碎石材料的品質(zhì)。

2、集料加工標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)

對(duì)于混凝土路面，國內(nèi)還沒有出臺(tái)一個(gè)單獨(dú)的集料標(biāo)準(zhǔn)，僅在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004中的4.8-4.10章節(jié)中提出對(duì)粗集料和細(xì)集料和填料的要求。于此對(duì)應(yīng)的《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTG42-2005給出了集料的取樣、篩分等試驗(yàn)方法。國外則針對(duì)集料的不同用途制定了相應(yīng)的集料標(biāo)準(zhǔn)。 中國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于對(duì)集料的技術(shù) 要求包括石料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失、表現(xiàn)相對(duì)密度、堅(jiān)固性、吸水率、針片狀含量和瀝青的粘附性等。這些標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)每個(gè)集料而言的，選用的集料必須首先符合這些要求；但當(dāng)單一規(guī)格集料的質(zhì)量指標(biāo)達(dá)不到要求，而按照集料配比計(jì)算的質(zhì)量指標(biāo)符合要求時(shí)，工程上也允許使用。

表1 瀝青混合用粗集料質(zhì)量技術(shù)要求

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

表2 粗集料與瀝青的粘附性、磨光值的技術(shù)要求

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

表3 粗集料對(duì)破碎面的要求

細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配，其質(zhì)量應(yīng)符合表4要求。

表4 瀝青混合料用細(xì)集料質(zhì)量要求

國內(nèi)和國外集料標(biāo)準(zhǔn)在粗集料的定義和級(jí)配要求上區(qū)別較大，中國是按公稱粒徑的大小將集料分為S1-S14各種規(guī)格，每種規(guī)格的集料對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的篩分通過率。粗集料規(guī)格如表5。

表5 瀝青混合料用粗集料規(guī)格

歐盟關(guān)于道路用集料標(biāo)準(zhǔn)EN13043由下列部分組成：范圍、引用指標(biāo)、術(shù)語和定義、粗集料和細(xì)集料要求、填料要求、符合性評(píng)價(jià)、標(biāo)示、標(biāo)號(hào)與標(biāo)簽、附錄。這與中國的集料規(guī)范類似。而歐盟混凝土集料標(biāo)準(zhǔn)EN12620和EN13043的不同之處在于把集料指標(biāo)按幾何要求、物理要求和化學(xué)要求進(jìn)行劃分，另外集料所提指標(biāo)也有所不同。

EN13043S是用dID標(biāo)示集料標(biāo)號(hào)的，粗集料的定義是標(biāo)號(hào)為D且粒度不大于45mm或標(biāo)號(hào)為d的粒度不小于2mm的集料。可以看出歐洲的粗集料相當(dāng)于中國的S4-S14的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。EN13043要求所有的粗集料都應(yīng)符合表6規(guī)定的與其粒度標(biāo)號(hào)dID相對(duì)應(yīng)的級(jí)配要求。

表6 一般級(jí)配要求

對(duì)于級(jí)配的粗骨料，如果D≥2d,那么級(jí)配應(yīng)符合中型篩的粗集料級(jí)配的總限值和公差要求，如表7。

表7 中型篩的粗集料級(jí)配的總限值和公差

對(duì)于針片狀含量，中國規(guī)范要求其在12%-20%的范圍內(nèi)，大小視公路等級(jí)要求而定，EN13043要求在15%-50%的范圍內(nèi)。對(duì)于粗集料，EN13043的標(biāo)準(zhǔn)取消了壓碎值這個(gè)力學(xué)指標(biāo)，改為洛杉磯磨耗值以及沖擊值，且沖擊值的試驗(yàn)方法與國內(nèi)不同。中國卻特別注重壓碎值，壓碎值是以前英國標(biāo)準(zhǔn)BS812中的方法，考慮到?jīng)_擊值和磨光值有較好的相關(guān)性，所以中國在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)沖擊值不再做要求。集料的棱角性、細(xì)長(zhǎng)顆粒、安定性和有害物質(zhì)含量等只作為一般性的指標(biāo)，沒有太多的要求。集料的粘附性指標(biāo)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(biāo)即可，粘附性僅僅作為初選集料品種的參考性指標(biāo)。

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