沥青混合料集料产生离析的原因与控制

吴传记，马士强

（1.山东高速城乡发展集团有限公司，山东 济南 250014；山东高速工程建设集团有限公司，山东 济南 250200）

引言

早期破坏是沥青路面常见的破坏，也是影响沥青路面使用的重要因素。造成沥青路面早期损害的原因有多种，其中沥青混合料离析是重要的原因之一［1］。材料离析是其中比较重要的因素，主要是指混合料发生粗、细集料分离，在沥青混合料中集料一般占到混合料总重的95%以上，集料本身的离析程度会严重影响混合料性能［2-3］。

沥青混合料发生材料离析时，粗细集料发生分离造成混合料级配的变异与不均匀，路面上粗集料集中的部位空隙率大，沥青含量偏小，易造成渗水，同时粗集料集中部位混合料抗拉强度低，抗疲劳性能差，路面易开裂。而细集料集中的地方，沥青含量高，高温稳定性差，易出现车辙、推移等病害。集料离析贯穿于沥青路面施工的全过程，包括材料进场、堆放、拌和、贮存、运输、卸料和摊捕等各个环节［4-6］。

1 原材料加工与堆放对离析的影响

从混合料性能角度，对集料的要求首先是集料棱角性和表面粗糙度，其次是扁平与细长颗粒含量、黏土含量等要求。由于破碎设备结构型式的差异对材料的破碎效果不同，应避免过度破碎使集料变圆滑或过度降低材料表面粗糙度。除了原材料自身特性的影响外，其储存方式对混合料的离析影响也较大。

进场材料如果堆放不正确也会产生离析。当矿料运输车到达拌合站料场后，卡车在料堆上卸料时会发生落差离析和抛料离析。离析程度取决因素：一是粒径差异；二是落差大小；三是卸料速度［7］。

2 原材料加工和堆放要求

目前，高速公路采用大标段，沥青拌合场站占地较大，材料需求量也比较大，因此，应避免多家小型碎石场向一家拌合站供料现象，采用大型专业化碎石场较为理想。

为生产均匀、稳定、符合针片状和棱角性要求的集料，应针对材料性质采用相应的设备和工艺。对硬度较高，难破碎的岩石，如玄武岩、辉绿岩，较理想的的流程是采用三级破碎。对于硬度较低，磨蚀性较差的材料，如石灰岩，初破采用颚式破碎，中破采用反击破碎，细破采用反击破碎。可采用冲击破碎机对材料进行整形或改善人工砂级配，减小针片状材料含量。

加工过程中应保持原材料供给量的稳定性。除此之外，还应保持破碎-筛分系统良好的技术状态和工艺一致性。为控制原材料的变异性，对每种规格的材料进场时应进行筛分检验，其变动量应符合表1、表2 的规定。

表1 粗集料颗粒组成的允许变化量

表2 细集料颗粒组成的允许变化量

在工程建设中，通常认为间歇式搅拌设备由于振动筛的二次筛分可以解决原材料变动的影响，但实际上是不科学的。因为目前振动筛通常为4 级或5级，每一级中的材料变化是无法控制的。比如，4 级设置时振动筛筛孔一般选为5 mm、10 mm、20 mm、30 mm，那么＜4.75 mm 的材料变化就无法控制，即2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm等粒径材料变化时，振动筛无法控制。且相近规格的材料又相互交叉、重迭，更易造成热料仓中材料的变动。热料仓中的热料颗粒组成发生变异，直接导致混合料级配的变动，使混合料发生离析。

合理的材料分级极其重要，不合理的分级不仅目标配合比设计困难，而且施工过程中容易造成材料离析。（1）集料粒径不同引起动力特性的差异，往往粒径小的集料在上，而粒径粗的集料在下。（2）材料分级要方便质量的控制，特别是对沥青路面结构影响显著的筛孔，如4.75 mm、2.36 mm 筛孔，其级配变动将引起路面性能显著变化。（3）材料分级要根据各级材料实际用量，确保用量的均衡，以免个别料斗供不应求而造成配合比波动，或降低生产效率。例如，对于AC-20 沥青混合料，其最大公称尺寸为19 mm，原材料分级为4 级时其规格应为13.2～26.5 mm、4.75～13.2 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm；为 5 级时，其规格应为16～26.5 mm、9.5～16 mm、4.75～9.5 mm、2.36～4.75 mm、0～2.36 mm，这种分级方法不仅有利于目标配合比设计，而且有利于减少原材料离析。

3 进场材料管理

3.1 合理堆放

粒径比较单一的集料，可以适当放宽堆放的要求。对粒径变化较大碎石应采用分层堆放的方法，一层一层地堆积，见图1。对不同堆垛高度集料的筛分分析表明，对于细集料（≤4.75 mm）可堆垛高度应＜4 m；粗集料（≥4.75 mm）堆垛高度＜3 m。

图1 分层堆料

在进料之前搅拌站的料场应做硬化处理并有利于排水。对于细集料应有防雨措施，以保证拌合设备顺利供料和烘干筒的温控精度，也可减少燃料消耗。

3.2 减小同规格集料最大与最小粒径的差距

材料离析的主要原因是同一堆料粒径尺寸相差太大，可明显看到10～30 mm 碎石的离析情况大于10～20 mm 的碎石。在试验室进行混合料配比设计时有十几个筛孔，基本上为单一粒径，每个粒级的材料则不存在离析问题，混合料级配稳定。但是，拌合站不可能设置如此多的冷料仓及振动筛，因此，尽可能多的设置冷料仓与振动筛层数对离析程度有明显改善作用。

3.3 集料的装卸

为减少装载机向冷料仓装载集料时出现离析，装载机应在料堆的全部高度和各个方向上进行采掘，以免由于料堆坍落而引起离析。装载机取样时应垂直面向料堆材料流动的方向，同时使用大臂使铲斗向上滚卷，而不是将铲斗插入很深而使铲斗穿入料堆向上翻转，以免对料堆产生扰动。应避免全部从料堆最底部取样，底部一般粗集料较多且含水量较大。当发现粗细料离析时装载机手应将粗细料就地翻动重新混合后再装料，并应仔细对准料仓，以防发生混仓。

4 结语

（1）在集料生产、运输、堆放等环节均存在离析现象，而集料离析会间接导致沥青混合料离析，进而产生沥青路面早期损坏。（2）通过对加工设备选型要求、配置方案与生产工艺，并严格控制粗集料、细集料颗粒组成的允许变化范围，可有效降低集料离析的发生。（3）集料堆放和装料方式对集料离析有重要的影响。为了减小集料离析,拌合站料场应对集料采取分层、分隔堆料、减小粒径分布范围,对细集料覆盖、装载机垂直产料等方式进行材料管理与装卸。