试论沥青混凝土材料制备过程中的质量控制

王贵生

（山西省公路局 晋中分局灵石段，山西 灵石 031300）

我国交通事业的快速发展，要求道路的承载能力、抗滑性能、使用寿命和材料的可再生利用方便性等一系列技术和经济指标的不断提升，这也是全球道路交通行业发展和进步的主要标志之一。作为高等级沥青路面结构组成的主体，沥青混凝土材料制备过程中的质量控制构成了道路整体建设质量的基础。基于长期从事沥青混凝土路面施工和养护工程的实践经验，笔者认为要达到路用沥青混凝土材料的设计要求，必须针对下述质量控制要点进行必要的严格管控。

1 原材料质量的保证措施

众所周知，高质量的沥青混凝土的性能和品质取决于各单项材料自身的品质、合适的材料配合比例以及合理的制备工艺。其中，对各种级配原材料实施严格的质量控制是达成沥青混凝土材料高品质的起点和基础。

1.1 级配矿料

在沥青混凝土的材料组成中，级配矿料根据材料设计由不同比例的粗集料、细集料和作为填料的石粉组成。

粗、细集料构成了沥青混凝土路面的主要承重骨架，为了保证集料在混凝土中与周边材料嵌结紧密和结构状态稳定（包括与沥青具有良好的和易性），粗集料的外观应当（或接近）为多面立方体，表面尽可能干燥、洁净及不含杂质，无风化坑蚀之弊。为了保证路面面层在整个服务周期内具有良好的路用特性，上面层（高等级沥青路面通常具有上、中、下3层）的粗集料应采用抗磨耐碎的酸性石料（如花岗岩、闪长岩等），能够起到良好的抗滑和耐磨作用[1]。由于这些耐磨石料的采购价格明显较高，故其他面层可酌情使用成本较低的石灰岩、青石等其他材料。这种上下不同材料的合理搭配，既保证了上面层的抗滑性能和长寿命，又兼顾了材料选择的经济性。山西省交通科学研究院在太长二级路完成的RCCP（高碾压混凝土路面）项目对道路表层布设抗滑结构的上下集料不同配置技术进行了成功的应用，取得了技术和经济的双重效果。

优异的细集料应当采用机制砂、石屑或天然砂，亦必须达到设计要求的抗磨和耐冲击性能。细集料的表面质量与粗集料相似，即含水量较低、洁净、无风化痕迹、不含杂质，其粒径应具有合适的级配范围。

填料（石粉）在沥青混凝土中起着重要的致密作用。由于石粉和沥青形成的沥青胶浆液的黏结作用使得混合料中的各种矿料良好地结合在一起，并经合理的碾压工序形成路面抗压结构。目前，高等级道路施工中的填料大多是石灰岩、岩浆岩中的强基性岩石等石料经球磨粉碎工艺得到的矿粉[2]。另外，集料在烘干过程中，由于在滚筒中跌落撞击加之与火焰进行热交换的混合作用，级配集料必然会产生一定量的粉料剥离。由于集料的运动和与较大颗粒材料比重的差异，这些粉料必然会以轻质粉尘的形式飞离，由于烘干设备引风机（用于助燃和除尘）的作用，经过除尘（通常采用重力旋风除尘和布袋除尘）收集的石粉也是混凝土材料中填料的重要组成部分。

1.2 沥青

沥青是混凝土材料中的黏结剂。由于我国国土广阔，由南到北横跨热带、亚热带和温带等不同气候特征，且地质结构多样而复杂，所以沥青混凝土中的沥青材料必须根据工程施工时当地的环境温度及矿料物化特征、路面（包括水泥稳定基层）类型、施工工艺和道路等级、车辆荷载和交通流的不同进行设计和选择，且应根据沥青与级配矿料的和易性进行必要的试验验证。

特别指出的是，自20世纪90年代中期以来，我国高等级沥青路面已普遍采用改性沥青（改性剂多为SBS、PE、SBR和橡胶粉等）作为黏结剂，而改性沥青的3项路用指标与普通沥青有较大的差异，其中软化点的差别更为明显。图1是以国产90号石油沥青为基质沥青，掺配不同比例的SBS材料制作的改性沥青软化点数据示意[3]。

图1 SBS改性剂不同掺配比例的改性沥青软化点的变化

显然，改性沥青的软化点较普通石油沥青提高了60%以上，这对于提升路面的综合性能，特别是抵御路面的早期损坏具有重要意义。改性沥青必须依照严格的制作工艺完成，才能保证其达到相应的技术要求[4]。如固态SBS改性剂必须经胶体磨剪切至5μm以下且与基质沥青均匀充分地混合在一起。由于SBS改性剂的材料比重仅为基质沥青的30%以下，因此改性沥青在制作、储存、运输和使用过程中必须采取搅拌措施以防材料离析而降低其使用效果。目前，工程单位使用的改性沥青大多为商品改性沥青，而改性沥青的制作也以较大产量（单台改性设备多为20 t/h以上，最高达40 t/h）进行生产，明显超过了目前国内外最大产量沥青混凝土拌和机（5000型）的沥青使用量。考虑到目前国内道路施工部门保有的机型主要为3000型及以下的中小型设备，同时鉴于改性沥青在使用和储存中的特殊性，并由此带来的诸多施工质量（主要考虑沥青的重复加热和材料离析等现实问题）和工程成本问题，笔者认为研发和生产为沥青混凝土拌和机现场配套作业的改性沥青制备设备是适宜的和必要的。

2 沥青混凝土材料制备过程中的质量控制

沥青混凝土材料是由级配矿料和沥青按照一定的配合比例进行充分拌和而成。因此，除了材料的配合比设计由拌前提出外，混合料制作中的质量控制主要应考虑材料的计量、烘干加热与拌和的充分和均匀性等技术指标。

2.1 冷、热矿料的计量

在进入烘干前的冷料计量和烘干后进入拌和时的热料计量是保证设计目标配合比的关键。前者采用皮带秤流量计量，后者采用电子称重计量。由于二者之间经过了材料的加热烘干工序，因此先后进入称量时的材料数量并非常数。为了对其进行必要的修正，目前工程单位一般采用对冷料增加一个估算值（如增加一定的百分比）。在实际工程中，这个估算值要么偏大，要么不足，结果容易造成材料供应过剩而弃料（或者烘干机间歇作业），或供料不足而影响生产。有鉴于此，对各冷料仓的供料速率进行较为精确的量化是必要的，其量化数据见式（1）所示。

式中：Q为某冷料仓的供料速率，t/h；δ为 材料的含水量，%；k为沥青混凝土材料的设计油石配比，%；wg为拌和设备的额定生产能力，t；t为该料仓供料占拌和设备额定生产能力的比例，%。

对各冷料仓的供料速率进行量化的目的在于尽量保持各热料仓供料的稳定性。显然，尽可能避免热料仓的待料和过量溢料现象不仅能够保证拌和机的正常作业，保证混合料的成品质量，而且对于减少材料浪费、降低作业成本具有现实意义。

2.2 材料的烘干和加热

烘干机的作业效率不仅取决于自身的结构设计和几何参数，特别是烘干能力是否与燃烧器能够提供的热值相匹配，而且与矿料的粒径、均匀性和材料的含水量有关。我国相关试验条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%之间。工程实践表明，矿料的含水量每增加1%，则烘干机的作业效率会降低约10%，烘干机向大气排气中的水蒸气含量会增加15%以上（影响布袋除尘的效果和使用寿命）。

冷料烘干后的温度会达到165℃左右，显然已明显超过水的沸点，因此冷料的烘干过程经过了加热—水蒸发—升温的3个阶段。其中水的蒸发过程周期最长且耗能最大，这与水的汽化热数值较大和蒸发过程较长有直接关系。因此，冷料的采集、运输和储存备用应采取防水防潮措施，尽可能减少因自然落雨和地下水对冷集料的侵蚀。此举能够明显降低烘干时间，提高作业效率，且具有显著的节能减排意义。

2.3 混合料的拌和

拌和是沥青混凝土材料制备的最终工序，为了达到材料的技术要求，对其拌和过程实施严格的质量监控是十分必要的。

a）拌和温度的掌握。在实际工程中，拌和温度的高低往往取决于混合料在路上摊铺后，压路机进行初次碾压时的材料温度（通常称为初压温度，一般为140℃左右），这是保证路面达到压实密实度的基本条件之一。鉴于目前高等级沥青路面均采用改性沥青作为黏结剂，因此与普通沥青混凝土材料相较，改性沥青混凝土的拌和出料温度应增加5℃～8℃为宜。

b）拌和时间的优化。沥青混凝土的拌和时间为干拌和湿拌时间的算术和。拌和时间长会使混合料的均匀性提高，但会加速沥青的材料老化，影响混合料的路用质量并降低拌和效率。因此，拌和时间的选择原则是在保证达到拌和均匀性的前提下尽量缩短拌和时间。在工程中，通常采用试拌方法确定最小拌和时间。在改性沥青混凝土的拌和中，由于沥青软化点和黏度的提高，建议相应的最小拌和时间应增加5～10 s为宜。