2. 1 确定各矿料比例
制定 SMA-13 橡胶沥青混合料配比时,各种成分构成的模式有所区别,会导致沥青混合料的特性产生显著的变化。 所以,为了提升沥青混合料的特性并确保道路建设质量,施工方需要根据施工技术规范调整各类矿石的比例,形成矿料配合比。 这一过程应利用电脑技术在 Excel 软件中编程规划求解,算出合适的比例并且做相应的调整。 根据 SMA-13 矿料配合比的规范要求,合成接近规范级配中线的合成级配。 依据现场粗矿料、细矿料和矿粉的筛选结果设计矿石配比,合成配比如图 1 所示。
本文根据已经建立的相似项目 SMA-13 胶沥青混合料标准油石比,预计初步油石比应设定为 6. 6% ,并依据此设定的油石比与矿物成分比例配置材料,使用压实方法制造马歇尔试件样品。 同时,对沥青加温至 170 ℃ ,矿物质则升温到 185 ℃ ,沥青混合料搅拌温度需保持在 180 ℃ ,制成的样品冷却后温度应该控制在 165 ℃以内,最后以双面的方式进行压实操作,每种样本的数目是 5 个,直径为 101. 6 mm,厚度为 63. 5 mm。 接下来测量的是马歇尔试件的稳固程度和流动指数。 另外,我们需要计算各个初级配方的理论最高相对密度,检测样品内的粗颗粒框架间的间隙率(VCAmix),粗集料骨架分界集料通过率大且 VMA 较大的级配作为设计级配的参考级别。 根据初试级配马歇尔试验结果,确定合成级配二,碎石(9. 5 ~ 16 mm) ∶ 碎石(4. 75 ~ 9. 5 mm) ∶机制砂(0 ~ 2. 36 mm):矿粉 = 45% ∶ 32% ∶ 13% ∶ 10% ,作为设计级配。
2. 2 沥青混合料配合比
制作沥青混合料的过程中,沥青一般分为两个状态:自由沥青和结构沥青。 自由沥青是指在沥青混合料中的剩余沥青部分,其数量的增长会影响沥青混合料的黏附能力。 结构沥青则是在矿物颗粒表面的扩展层状结构上产生的,它被包围在这些结构层里以确保沥青混合料的坚固度[6]。 如果沥青使用量不足,可能导致沥青混合料容易破碎、防水性能下降及硬化等问题;反之,使用太多沥青可能削弱沥青混凝土的黏合效果。 所以,施工团队需要对沥青混凝土的最优油石比做出判断并加以调整,以此有效确定沥青的比例。 依据预设的设计级配和经验确定初试油石比为 6. 6% ,以 0. 3% 为间隔选取 3 个不同的油石比(6. 3%、6. 6%、6. 9% ),并在相同温度条件下采用类似方法制作 3 种不同油石比的马歇尔试件,然后对这些样本进行相关的马歇尔测试,完成其理论应达到的最大相对密度的测算。 所有马歇尔试验结果见表 3。
根据 SMA-13 橡胶沥青混合料马歇尔配比设计技术要求,本文绘制油石比与马歇尔试验的各项指标关系图。 当设计空隙率为 3. 8% ,相对应的油石比为 6. 6% ,矿料间隙率为 18. 0% ,沥青饱和度为 79. 0% ,各项指标均满足 SMA-13 橡胶沥青混合料马歇尔配比设计技术要求。 根据以上试验结果,确定最佳油石比为 4. 6% ,计算粉胶比为 1. 6,计算沥青膜有效厚度为 8. 46 μm。
达到配比的设定目标后,一般情况下沥青混合料无法立即投入实际操作使用。 为了适应搅拌站及工地环境,我们需要对预设的目标配比做出适当修改,从而确立适合生产的配比方案。在这一阶段,施工方必须对 SMA-13 橡胶沥青混合料原料进行试验验证并核实,保证它们与目标配比设计的原料保持一致。
接下来,调节冷料库的流入量,绘制矿物粒度分布及其输送速度与电机的旋转速度的关系图,以此作为参考调控电机的运转速度。 同时,对热料库内的矿石颗粒进行计算、抽样分析和筛选处理,再按照目标配比对其搭配比例进行相应调整。 此外,还需要对冷料库的输入份额进行适度调整,以便维持供应量均衡。 最终,检测生成的配比结果,确认其功能特性是否满足既定标准和规定要求。
2. 3 验证生产配合比
根据预选矿料配合比及最优油石比调配沥青混合料并成型试验样品,以测试其马歇尔体积指数、粗集料框架间隙百分比、稳定度、流值、谢伦堡沥青析漏损失、渗透能力和低温抗裂性能等参数,只有所有指标满足标准与设计具体需求,沥青混合料才能投入实际使用。 详细技术指标数据见表 4。
2. 4 沥青混合料拌和工艺
在制定沥青混凝土配比试验阶段,搅拌的主要环节在试验室完成。 为确保现场混制的效果符合标准并达到预期效果,建设方需要对生产流程实施监控管理。 目前,普遍采用两类常见方式:持续型及非持续型的设备操作模式。 高品质的路面工程往往会选用后者作为首选方案。 前者的适用范围相对有限,尤其涉及大量材料的使用并且时间紧迫时,一般情况下都会考虑从多处获取原料以满足需求(但这也会导致供应来源不确定和不可控)。 所以总体来看,这种类型的机器被广泛用于路面铺设的可能性较低。 此外,我们还需要注意以下几个方面的问题来提高路面的整体性能水平。
2. 4. 1 控制拌和温度
SMA-13 橡胶沥青混合料搅拌前,建设方需对石料及沥青进行预热操作。 一般而言,常规沥青混合料中的沥青温度应该维持在 155 ~ 165 ℃ ;若采用连续型拌和设备,则其与沥青温差宜保持在 5 ~ 10 ℃ ;对于间歇型拌和设备来说,这个温差可以扩大到 10 ~ 30 ℃ 。 然而,如果原材料被过度加温,可能引发沥青老化,这不仅会削弱石料和沥青间的黏附能力,同时会缩短沥青道路的使用年限。 相反地,如果原材料未得到适当的热量,拌和物的均一性将会受到影响,并生成白色粉末状物质。 此外,需要注意的是,建筑方需要监控沥青混凝土混合物制作过程中产生的热量及其流出的温度。
2. 4. 2 控制拌和时间
拌制 SMA-13 橡胶沥青混合料过程中,搅拌时间对其品质有着显著的影响。 如果搅拌时间太久,可能造成石子再次破碎,改变集料状态,而且长时间高温引发沥青老化,进而降低黏附力。 相反地,若搅拌时间不够,则会引起拌和不均匀的问题,这会影响沥青混合料的抗水侵蚀能力。 所以,需要对沥青混合料搅拌时间加以管控。 在这一过程中,施工方应该根据试验结果进行调整,保证沥青能完全覆盖石子。 这个阶段可以分成两个部分:一是湿拌,二是干拌。 一般而言,用间歇式拌和器处理普通沥青混合料时,搅拌时间至少要达到 45 s 以上,而干拌时间应该是 5 ~ 10 s。 至于 SMA-13 橡胶沥青混合料和改性沥青混合料,它们的搅拌时间应当更长一些,最少不能低于 55 s,干拌时间同样是 5 ~ 10 s。 另外,如果有纤维材料存在,那么搅拌时间需要延长 5 ~ 10 s,并且在添加矿粉之前,让石子与纤维充分混合。