沥青混合料级配设计与拌和机筛网的选择

摘 要：文章主要从沥青矿质混合料设计配方面来分析路面的结构形式，AC类混合料级配比S化后对沥青路面高温稳定性的影响，优化级配，尽可能减少车辙病害的发生。分析了在沥青混合料生产过程中，筛网的选择对级配控制的作用；有效地保障沥青混合的拌制质量，提高生产效率。

关键词：矿质混合料；级配；拌和机；筛孔

中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0008-03

沥青混合料配合比设计中有一个重要的项就是矿质混合料的组成设计。我国现行规范沥青混合料分为AC类、ATB类、SMA类、AM类、OGFC类等。其实质结构类型不外乎悬浮-密实、骨架-密实、骨架-空隙这三种基本的类型。从空隙率角度来分类，可分为密级配、半开级配和开级配，对于密级配来划分可分为连续级配和间断级配。

1 矿料级配设计的基本理论

沥青混合料是以矿质混合料的形式与沥青（改性沥青）组成混合料。为此我们有必要对矿质混合料进行组成设计，其中包括级配理论和级配范围的确定。

1.1 级配理论

目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和粒子干涉理论。前者主描述了连续级配的粒径分布，可用于计算连续级配。后者不仅可用于计算连续级配而且也可用于计算间断级配。

最大密度曲线是通过试验提出一种理想曲线。大粒径之间形成嵌挤结构，之间的空隙由小一级粒径矿料填充。密度最大，空隙小是这种曲线的特点。W・B富勒提出了简化“抛物线最大的密度理想曲线”。该理论认为“矿质混合料的颗粒级配曲线愈接近抛物线，则其密度愈大”。给出了最大密度理想曲线，可用颗粒粒径（d）与通过量（p）表示。

p2=kd

式中：d为矿质混合料各级颗粒粒径（mm）；p为各级颗粒粒径集料的通过量（%）；k为常数。

当d等于最大粒径时则通过量p=100%，即d=D时p=100可求出k=1002・，因此公式可改为：p=100。

在实际应用中，许多研究认为：这一公式的指数不应固定为0.5。有的研究认为在沥青混合料中应用，当n=0.45时密度最大。通常使用的矿质混合料的级配范围（包括密级配和开级配）n幂常在0.3～0.7之间。因此在实际应用时，矿质混合料的级配曲线应该允许在一定范围内波动。

1.2 施工规范与级配理论

我国规范《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中AC类型沥青混凝土级配范围就是根据上述理论基础上，经过优化调整给出的。表1就是以AC-25为例，作了分析。

从表1可以看出，按照最大密度曲线求得出来的级配曲线和级配范围，与规范给出的级配范围有相近的地方，但也不是我们所需要的级配曲线。实际的施工过程中一定要结合公路等级、气候条件、设计要求及当地材料，因地制宜，合理地调整级配，使之具备我们路用性能和经济耐久。

2 沥青混合料矿料级配设计

2.1 级配结构类型的划分

有学者认为粗细类型按公称粒径的1/4为控制粒径，即按控制粒径以含量多少划分，50%为嵌挤结构。

以AC类为例，AC-30的控制粒径为9.5 mm，AC-25、AC-20的控制粒径为4.75 mm，AC-16控制粒径为4.75 mm、2.36 mm，AC-13控制粒径为2.36 mm。控制粒径以上含量50%～70%为骨架结构，控制粒径以上含量大于70%为骨架嵌挤结构，其中控制粒径以上含量58%～65%为骨架密实结构。

2.2 密级配

《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）在配合比设计一节中，把密级沥青混合料划分为粗型（C型）或细型（F型）混合料，并首次提出关键性筛孔这一说法。同一种粒级的混合料粗细划分的标志也就是关键筛孔的通过率加以区分。

关于级配曲线问题，在Superpave中最大密度级配表示一种集料颗粒以最密实的方式排列在一起的级配，然而这是一种要避免的级配。在该0.45次方图上给出两个附加特征：控制点和限制区。控制点的功能为级配必须通过的范围，设置在公称最大尺寸、中等尺寸（2.36 mm）和粉尘尺寸（0.075 mm）；而限制区在最大密度级配附近，在中等尺寸（4.75 mm或2.36 mm取决于最大尺寸）和0.30 mm尺寸之间，形成一个级配不应通过的区域，通过限制区域的级配被称为“驼峰级配”。

Superpave并没有明确给出每个筛孔应通过的级配范围，因此superpave混合料级配设计是种更加宽泛和更大自由度的设计，有利也有弊。这就要求配合设计人员要有专业、丰富的经验，通过大量的试验来完成。

在热拌沥青混合料配合比设计中，级配设计如果能够借鉴Superpave级配设计理念，我们就可能进一步优化级配曲线。例如Superpave中强调是一种S型曲线，即中间料多，最大公称粒径和细料少的特点，AC类混合料级配S化，在规范给定的级配范围内，设计一种S型曲线。这样好处在于我们没有脱离AC类配合比的设计理念，优化了级配。

我们以AC-25类型级配优化为例，分析S化后的特点。公称粒径两侧料少，在AC-25中，我们要注意4.75～19 mm之间料要多，4.75～2.36 mm控制量少，总体来说这种配比抗车辙较好，挠动小，混合料稳定，主要体现混合易于拌和，混合料均匀一致，不离析。但同时我们认识级配S化后，混合料性能的变化，由于骨料偏多，细料少，碾压方面加强，注意碾压的效果与混合料温度之间的关，确定碾压时机。经实践证明，Superpave路面均匀一致，抗车辙有一定的效果的。

另一种是间断级配，其结构类型就是我们常说的骨架密实结构。最典型的路面类型SMA，其形成机理是粗骨料形成的骨架空隙由沥青胶砂来填充，形成一种稳定骨架密实结构。混合料的特点是“三多、一少”，即沥青多，粗集料多，矿粉多和细集料少。在级配设计过程中，主要控制2.36 mm筛也的对过量，在沥青路面中把粒径2.36 mm作为粗细集的分界线。细集料过多形不成骨架结构，细集料过少，路面空隙过大，不密实。在我国SMA沥青路面已经使用20多年其抗车辙效果也得到了大家的公认，虽然有些地方仍然存在车辙现象，主要还是设计的问题和精细化施工的不够。

2.3 开级配

OGFC是一种骨架空隙结构，用来做上面层。由于其透水性，其中下面层必须是一种密级配不透水层，用来防止雨水的下渗。OGFC路面较好解决了雨天行车带来的水雾和漂移现象，也能起到降噪的作用，全面提升路面路用功能。但也有与身而来的缺点，选材严格，成本高，由于空隙大，沥青易老化而导致路面松散，另外开放交通后，表层空隙易被外来的颗粒堵塞，排水效果大打折扣。

2.4 级配设计应注意事项

以上几种混合料的级配设计不仅要根据混合料的设计的空隙率、饱和度、矿料间隙等参数指标来考虑，还要根据混合料的和易性，拌和机具，摊铺碾压等施工性，结合气候条件综合考虑。

3 生产配合比级配设计

我国目前沥青混合料的拌制多采用间歇式拌和机。不管国产还是进口的拌和机都具备较高的自动化功能。间歇式搅拌是一种不连续的预设产量且稳定称重的沥青混合料的生产方式，这有别于连续式生产方式。主要有供料系统、加热系统、拌和系统、计量系统和筛分除尘系统等几大系统构成。本文主要就筛分系统中和筛网选择作以分析的研究。

间歇式拌和机是根据目标配合比设计中的冷料的掺配比例，按照皮带转速调整来控制流量，冷料进行了混合，（如图1）除矿粉不加入外。然后进入滚筒进行加热，加热后进行第一次除尘，引风机吸附，把微小颗粒吸入布袋除尘器中，风门压力过大时可能把大于0.075 mm颗粒也带走，在除尘器的通道上设置一个回旋转装置，通过离心和重力作用，大于0.075 mm颗粒可被分离沉淀出来，经过螺旋和粉料提升机输送到筛网上参与筛分。加热后的骨料经骨料提升机输送到筛网上进行筛分。拌和机顶层的筛分系统通常是由一套筛网构成，从大到小排序，根据拌和机的产量和性能不同，可分为五个或四个热仓。筛网由电机带动偏心轮进行振动筛分（如图2）。在筛分过程中再进行一次除尘。拌和机整个筛分过程就是这样的。

下面我们主要来分析筛网的选择问题。冷料经过热筛分重新又分为几种规格的料，虽然我们事先设定筛网的规格尺寸，但存在筛分效率和粒径存在搭接的现象。各种热仓料并没有我们想象的那样，界限清晰、互不存有的现象。从拌和机筛网设置的方式和筛分的过程，可分析，各热仓料单级配与拌和产量之间存在一种关系或可以称之为影响，过高产量可能导致材料的筛分不清，而使混合料级配偏离设计。

滚筒里加热料经提升机源源不断地被送入振动筛网中，超颗粒经过溢料口溢出，其余经筛分进入不同规格的热仓中，由于筛网顷斜角度不同和产量大小不一样，与筛网尺寸接近的料易卡住，不易通过，造成我们通常所说的级配叠加现象。热仓需要做单级配筛分，重新进行合成我们需要的级配。由于每种热仓料级配并不是一成不变的，往往随着产量的变化、料源级配的变化而变化，这就要求试验人员随时掌握冷料变化和混合料抽提筛分的结果，分析调整热仓的配料比例，必要时重新进行热仓配合比设计。

合理的选择筛网的搭配，一方面有利于各热仓的供料均衡，最大限度的减少溢料和待料时间，减少浪费，提高产量；另一方面能够有效地控制级配关键控制点，保障混合料的拌制质量。

沥青混合料级配设计我们应遵守以下几个原则。

①热仓所控制几种规格料，尽量与我们冷料规格相匹配，有利于调节冷料的转速，保持供料平衡。

②生产配合比热仓筛分应在正常生产的负荷状态下去设计调整。只有在设计负荷状态下，热仓级配才是生产时级配状态。否则会出现设计的级不能用于正常生产或生产时级配不符设计级配。

③生产合成级配与目标配合比级配相符合。目标级配是目标配合比设计过程中，根据原材料的单级配进行设计，且混合料各项指标均应符合规范和设计要求。我们不应在生产配合比阶段随意加以调整或者进一步的优化。否则会出现溢料和待料现象。

④目标配合比设计时，宜多设计几种级配曲线。经过目标配合设计和各种路用性能验证，确定采用哪一种比例。只有这样，才能确定的符合我们设计要求的级配曲线。

表2给出了常用的AC类（也适用于AM及SMA类）拌和机上的筛孔与所控制标准筛孔对应关系。

4 结 语

以上对矿料级配设计和生产时级配控制做了较分析与比较。虽然铺筑一条经济耐用、优质高效沥青路面涉及到方方面面，不仅仅从混合料级配这一方面考虑，但是如果把矿料级配设计好了，我们就向成功迈出了坚实的一步，矿料级配设计和控制好起到了重要的一环。

参考文献：

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