随着我国经济建设重点的调整,西部大开发已拉开序幕。西部地区地域广阔,能源、矿产资源丰富,但基础设施不 足,特别是公路网的落后制约着该地区的开发与建设。因此,构架西部高等级公路网是建设的重中之重。在进行高等级公路建设的时候,必须吸取东部沿海地区的经 验,在设计、材料、施工等每个环节上重视质量。西部地区干旱少雨,但有丰富的石油资源,因 此高等级公路多以沥青混凝土路面为主。其骨料质量的好坏对路面质量影响很大。
骨料对公路路面质量的影响
骨料是混合料承载的基础,混合料铺设压实后能否达到应有质量、承载能力、设计寿命
与骨料本身质量有直接关系。在混合料设计阶段,通过大量的取样、试验所取得的级配数据在生产中有许多因素使其发生变化,与设计结果出现偏差,有时可能带来 不良的后果。因此施工中要时刻注意材料质量、粒径分布、含水量等值的变化,调整施工工艺,尽量弥补因材料变化带来的不良影响,同时严把进料关,有条件时应 尽量自己建立材料加工厂,以保证材料质量的稳定。
材料特性对施工及路面质量的影响
粗集料颗粒形状 路面在使用中要抵抗车辆轮胎施加的各种推力、剪切力和冲击力,骨料相互嵌锁作用及相互 摩擦力是抵抗推移、保证稳定性的关键。无规则、带棱角的多边形立方体骨料具有很好的锁紧性及稳定性,因此,骨料中要尽量减少针片状材料的含量。骨料粒形 好,不仅有利于路面结构的强度及稳定性,而且有利于生产施工中的拌易性、混合料的摊铺性能及压实性能,同时材料的粒形很重要,在材料加工中要选择合理的加 工工艺,加工出理想的材料。
粒料的表面纹理 通过冲击力将材料尺寸减小加工法生产的粒料,在其断裂面上留下石料自然的纹理,凸凹粗 糙。而通过挤压力破碎的石料在断裂时,断裂面又进一步滑移,使石料自然纹理破坏。石料的表面纹理能增大骨料间的摩擦系数,提高结构稳定性,同时表面粗糙的 骨料更有利于沥青的裹覆,使骨料表面形成均匀的沥青膜,有利于沥青混凝土的质量。
吸水率 石料的吸水率是集料孔隙率和质量的一个重要指标,集料吸水率过大,则含水量大,给烘干带来 困难,如果在拌和生产过程不调整生产工艺,就要出问题。冷粒料通过级配机进入烘干筒,靠燃气升温烘干,其过程时间不到3 min,这么短的时间无法将石料中过多的水份烘出,石料温度低,拌和站自动控制系统调整主燃烧器的输出,加大火力,增加能耗。实验得出含水量每提高1% ,燃油能耗提高10% 。由于料在烘干筒内停留的时间有限,不可能将石料内部水份全部烘干,这样拌制出的沥青混合料因含水量大而变软,混合料温降快,给摊铺和压实带来困难,很难 保证平整度、压实度,路面质量难以保证。为解决这一问题,应尽量不用吸水率大的材料,若不得不用,就应采取措施,调整烘干筒角度,延长石料在烘干筒中滞留 时间,同时减少拌和机的产量。最好再设置一台烘干筒使材料能够得到预先烘干,另外料的存放要有良好的排水、防雨设施。我们注意到,由于石料的孔隙率较大, 对沥青的吸收能力较大,若在沥青用量上不给予补偿,拌制出的混合料极干有时甚至还会出现白料。实验表明,石料吸收沥青的能力一般为吸水能力的70%左右, 因此在试拌中要找出较佳的沥青用量。吸水率较大的石料与沥青的粘结性较差,为提高石料与沥青的结合力,若加入4% 的抗剥剂,能提高粘附性等级。
集料粒径分布一致性对混凝土的影响
一般沥青混凝土的粗集料通常有2～ 3种,目前我国大型工程对料的需求量很大,大都是在当地很多料场收料,备石料的设备,筛网规格不同,粒料质量参差不齐,因此,同规格的粒料内部粒径分布情 况肯定不同,虽然拌和机有筛网进行筛分,但无法保证每一热料仓中粒径分布稳定,有时相差会很大。这就造成沥青混凝土矿料级配组成发生变化,导致沥青混凝土 各项指标变异性大,影响沥青混凝土面层的质量、结构稳定性和使用寿命。因此为了保证路面结构材料颗粒组成的一致性,最好是自己建料场,国内许多工程也进行 了这方面的试验,经验证明,统一砸石机的型号及筛网网孔尺寸,统一供料对保证沥青混凝土质量很重要。如果自己没有建石料厂的条件,也应给料场规定筛网规 格,作为定购材料的前提条件,同时加强收料的检验工作。
碎石场的设置认真对待石料的生产,关系到整个工程的质量、寿命,是质量大计的第一环节。国内许多业主单位,为提高工程质量,都自己设立石料加工厂。目前石 料生产技术日益完善,国外许多生产商也将产品介绍到中国市场,这些都有利于我国生产厂家吸收先进技术,生产出高水平的石料设备目前常用的石料生产设备有: 颚式碎石机,旋回式碎石机,圆锥式碎石机,辊式碎石机,反击式碎石机,锤式碎石机以及近两年在我国出现的技术先进的巴马克“石打石”立轴式冲击式破碎机。
(1) 颚式碎石机结构简单,工作可靠, 维修方便,但它是靠挤压力减小石料尺寸,因此生产出的成品石料针片状含量较大,其产品作为最终路用材料,显然不利于质量,因此,一般常用于粗碎和中碎作业。
(2) 旋回式碎石机具有破碎比大,生产率高,产品粒度均匀,但由于其破碎力为挤压力,因此石料中针片状含量较高。
(3) 圆锥式碎石机在 公路石料加工中应用较广,主要用于中碎与细碎,具有结构可靠,运转平稳,生产率高,破碎比大,产品粒度均匀等优点,但是圆锥式碎石机也是通过挤压力来减小 石料尺寸的,因此只有靠近排料口尺寸的颗粒粒形较好,如开口为20 mm时,一般15～ 25 mm料粒形较好,而5～ 15 mm、3～ 5 mm粒形就差,而且石渣料难以利用。
(4) 反击式碎石机是利用高速旋转的转子板锤冲击石料,使其破碎。碎的石料又以很大的动能冲向前反击板,经撞击而破碎,当其反弹至板锤回转半径以内时,再次受到 冲击破碎,同时被粉碎的石料又以高速冲向后反击板得到进一步破碎。当粉碎后的石料小于反击板下部衬板与板锤回转半径之间的间隙时,即被作为产品排出。可见 反击式破碎机是靠冲击力来减小石料尺寸的,因此可以得到较好的粒形。该设备在公路石料加工中也有较多应用,但由于能耗较大,破碎面层硬度较高的石料时,其 锤头、反击板衬板磨损较快,使用成本较高。
(5)巴马克“石打石”立轴冲击式破碎机具 有一立轴,一具有岩石内衬的转盘与立轴一起高速旋转,该机机壳为无衬板,而是填满石料作为岩石内衬的壳体,因此在破碎过程中,石料的冲击不均性是在石料间 进行,大大减少耐磨材料的消耗及维修时间。“石打石”碎石机工作原理如图1所示。石料从机器顶部进入转盘内被加速到85 m /s的速度后甩进碎石机壳内与填满岩石的内衬相撞,另一部分石料按控制的流量以伞状泻入机壳内并与转盘甩出高速旋转的石料颗粒云相遇,开始发生碰撞和能量 转换的连锁反应。在石料间产生强烈的冲击力,导致颗粒迅速减小最后失去速度而脱离颗粒云排出机器,这种碎石机的好处在于实现真正的“石打石” ,使石料粒形好,破碎比大,生产效率高而能耗与耗材相对其它冲击式碎石机要小得多。
国产路面碎石场现状
目前,国产设备在吸收国外先进技术后,具有较大进步,在许多施工中具有较好的表现,但大多由于材料技术,导致落后于国际上先进水平,同时还存在运行成本较 高,可靠性不如国外品牌。全套使用进口设备,虽然在可靠性、材料质量、运行成本等方面优于国内产品,但一次性投资较大,为了解决这方面的矛盾,将国产设备 与进口关键设备合理组合,便能够形成较好的生产。较佳的方案为:一破用国产颚式破碎机,将500 mm的石料破碎至130 mm以下;二破用圆锥破碎机(国产、进口均可) ,将130 mm的石料破碎至40 mm以下;三破使用进口“石打石”反击破碎机,将石料破碎至最终产品即20～ 50 mm, 5～ 10 mm, 3～ 5 mm 即可。该组合的优点在于最后的产品粒形好,特别是3～ 5 mm和石渣均可利用,另外减少了耐磨材料的更换,大大降低了生产成本。
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