港珠澳大桥钢桥面铺装集料精细化加工技术及全寿命经济分析

曾雪芳

0 引言

钢桥面铺装一直是公认的技术难题，作为主要材料的集料，一直受加工工艺及加工技术的限制，无法达到钢桥面铺装所要求的精细化水平。港珠澳大桥桥面铺装采用了英国BS1447标准[1]，对细集料进行了严格的分档，将0～2.36 mm细集料细分为A料（0.075～0.212 mm）、B料（0.212～0.6 mm）、C料（0.6～2.36 mm）3档，对混合料的级配控制更加稳定。

国内外集料加工工艺目前通常采用二级或三级加工工艺，无法较好控制集料的针片状含量和洁净度[2]。本文通过对承包人专门为港珠澳大桥桥面铺装设立的集料工厂生产线介绍[3-5]，对比普通集料的变异性差异，分析集料精细化加工技术对大桥全寿命周期经济效益增益的效果[6-7]。

1 集料精细化加工工艺

为满足港珠澳大桥钢桥面铺装的严苛要求，承包人在广东省中山市设立了集料工厂，工厂的设计和建造遵循了大型化、工厂化的管理理念，设粗、细集料生产线各1条，可独立生产，也可联机生产。

1.1 粗集料精细化加工工艺

采用10～20 mm的半成品碎石作为原材料，在USF-394HS立轴冲击破碎主机中进行破碎，破碎后的骨料通过皮带机C-4进入ZS2468A筛分机中进行筛分，破碎过程中骨料中的粉尘通过主机的分级装置吸附进2LQM660离线脉冲清灰除尘器中，经专用粉尘收集装置收入粉罐存储[8]，工艺流程见图1。

图1 粗集料生产工艺Fig.1 Coarse aggregates production process

1.2 细集料精细化加工工艺

细集料的加工和分级是集料工厂的核心技术，细集料须经破碎分级成A料（0.075～0.212 mm）、B料（0.212～0.6 mm）、C料（0.6～2.36 mm）3档，分级标准达到了微米级，无现成经验可循。通过借鉴食品及药品行业的分级筛分设备（空气筛及概率筛），并进行工业化设计，形成细集料生产线。

采用10～20 mm的半成品碎石作为原材料，经US7-474H立轴冲击破碎主机里进行破碎，破碎后骨料通过振动给料机进入到空气筛中进行一级筛分，筛分后的成品料通过皮带机输送到NC2024A概率筛中进行二级的筛分，形成细集料成品。筛分过程中的粉尘被吸附到2LQM660离线脉冲清灰除尘器中，经专用粉尘收集装置收入粉罐存储。加工工艺见图2。

2 精细化集料加工性能指标对比

在普通碎石生产线分别取样粗、细集料，与集料工厂生产成品料技术指标进行对比。

2.1 粗集料指标对比

选取同原材料，经普通生产线和集料工厂生产的成品料进行指标对比，见表1。与普通粗集料相比，精细加工粗集料技术指标变异性小，多个技术指标变异性均＜10%。说明精细加工能保证集料技术指标稳定性；对比不同集料粒径下的相同技术指标规律发现，随集料的粒径减小，技术指标变异系数也相应减小，技术指标稳定性更好。

2.2 细集料指标对比

取相同原材料，经普通生产线（0～2.36 mm）与集料工厂加工的分级后细集料复配成（0～2.36 mm）集料性能指标进行对比，见表2。

图2 细集料生产工艺Fig.2 Fine aggregates production process

表1 粗集料技术性质及其变异性Table 1 Technical indicators of coarse aggregates and their variations

表2 细集料技术性质及其变异性Table 2 Technical indicators of fine aggregates and their variations

与普通细集料相比，精细加工细集料砂当量增加了20%，亚甲蓝值减少了70%，棱角性提高了26%；精细加工细集料技术指标变异系数小，其中亚甲蓝值变异系数为9.6%，是所有指标中变异性最大的，砂当量、棱角性、坚固性等指标的变异系数均小于5%。试验结果说明，精细加工细集料更加粗糙，洁净度更高，具有良好的技术指标稳定性。

3 精细集料加工对铺装层寿命的对比分析

对于港珠澳大桥钢桥面铺装而言，行车功能层为SMA-13，SMA-13结构层的铺装性能是设计寿命能否实现的关键，而分析SMA-13的性能指标，影响最大的是混合料级配的稳定性和体积指标的参数值，分别选取普通集料和精细加工集料进行混合料的指标对比，不同集料SMA-13级配对比及体积技术指标检测分别见表3、表4。

表3 不同集料SMA-13级配对比Table 3 Comparison between different gradationsfor SMA-13 with different aggregates

表4 不同集料SMA-13体积技术指标检测汇总Table 4 Data for volume technical indicators of SMA-13 with different aggregates

从SMA-13采用普通集料和精细加工集料级配偏差分析和混合料性能指标对比分析来看，采用精细加工集料配制的SMA-13级配的稳定性明显提高，同时偏差率大幅降低；混合料性能指标对比普通集料有大幅提升，尤其是对南方高温地区路用性能影响较大的车辙动稳定度指标提升明显。由此可见，采用精细加工集料完成的桥面铺装可确保设计使用寿命，路面性能更优，可大幅降低后期运营养护成本。

4 精细集料加工对铺装全寿命周期的经济分析

港珠澳大桥桥面铺装总面积达到70万m2，采用精细化集料加工技术后，铺装质量及技术指标更加稳定，可确保大桥铺装层达到15 a的设计使用寿命。分析后续运营养护费用对比集料精细化加工的投入，其对大桥全寿命周期的经济性分析及增益效果见表5。

表5 全寿命周期经济性分析Table5 Whole life-cycle economic analysis万元

经过对比分析，采用精细加工集料，虽然前期加工成本增加，但由于施工质量稳定，大大减少了后期养护费用的支出，全寿命周期经济优势突出，且大幅减少了社会影响以及对通行带来的干扰。

5 结语

集料工厂的建成和精细化加工技术的应用，解决了港珠澳大桥桥面铺装集料及国内其他钢桥面集料分档的技术难题，为国家钢桥面施工的产业升级以及产业链的完善奠定了基础，补足了国内钢桥面施工的短板。同时，通过经济性分析，精细化加工的集料对桥面铺装的全寿命经济指标有巨大的增益作用，值得在后续项目中进行推广应用。