國(guó)內(nèi)外道路集料生產(chǎn)工藝、標(biāo)準(zhǔn)和管理探討

謝立揚(yáng)+謝詩(shī)元

0 引言

中國(guó)的高速公路經(jīng)過(guò)30多年的建設(shè)，取得了令人矚目的成果，通車?yán)锍逃?0年代的幾百公里，增加到2014年的11.19萬(wàn)公里，通車?yán)锍涛痪尤虻谝?。但是，在這些成績(jī)背后也存在許多問(wèn)題，由于公路建設(shè)速度過(guò)快，很多地方施工管理不到位，往往會(huì)出現(xiàn)已建成的高速公路通車不久就面臨大修的現(xiàn)象，其中相當(dāng)一部分問(wèn)題是由于集料質(zhì)量不符合規(guī)范而引起的。特別是集料的生產(chǎn)工藝、設(shè)備和生產(chǎn)管理存在的問(wèn)題尤為嚴(yán)重。

與國(guó)外相比，中國(guó)在集料的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及生產(chǎn)質(zhì)量控制方面有相當(dāng)大的差距。國(guó)內(nèi)集料存在的問(wèn)題主要集中在以下幾個(gè)方面：集料規(guī)格不符合要求；針片狀和粉塵含量超標(biāo)；集料離析嚴(yán)重；供料不穩(wěn)定。

瀝青混凝土路面的工程質(zhì)量很大程度上取決于集料是否規(guī)范。集料質(zhì)量穩(wěn)定，不但能夠保證工程質(zhì)量，還可以減少瀝青攪拌設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的級(jí)配波動(dòng)，提高攪拌設(shè)備的產(chǎn)量，進(jìn)而減少生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和有害氣體的排放。因此，公路集料質(zhì)量控制的研究對(duì)瀝青混凝土路面的施工質(zhì)量意義重大。

1 集料加工設(shè)備與工藝

集料加工設(shè)備主要有振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)或圓錐破碎機(jī)、振動(dòng)篩、給料皮帶和除塵設(shè)備等。設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外基本一致。

顎式破碎機(jī)一般作為一級(jí)破碎用，主要由定顎和動(dòng)顎兩部分工作裝置組成，通過(guò)動(dòng)顎對(duì)定顎周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)碎石進(jìn)行擠壓、揉搓、劈裂等多重破碎，使碎石由大變小，逐漸下落，直至從排料口排出。顎式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、破碎比大，但生產(chǎn)的石料針片狀含量較大，不能直接用于高速公路。其工作原理見(jiàn)圖1。

圓錐破碎機(jī)一般用于第二級(jí)破碎，設(shè)備主要有2個(gè)同方向的圓錐體組成。工作時(shí)，定錐固定不動(dòng)，動(dòng)錐由電機(jī)通過(guò)皮帶經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)，在偏心套的迫動(dòng)下作旋擺運(yùn)動(dòng)，使物料在破碎腔內(nèi)不斷受到?jīng)_擊、擠壓和彎曲作用，從而達(dá)到物料破碎的目的。圓錐破碎機(jī)由于采用層壓破碎原理，生產(chǎn)的碎石針片狀石料較少，粒級(jí)較為均勻，料粒形狀較好，但缺點(diǎn)是調(diào)整和維修較為困難。其工作原理見(jiàn)圖2。

反擊破碎機(jī)可作為破碎系統(tǒng)的二級(jí)或三級(jí)破碎使用。通過(guò)裝在轉(zhuǎn)子上的反擊板錘擊石料并使石料與反擊架碰撞進(jìn)行破碎。石料進(jìn)入板錘作用區(qū)時(shí)，與轉(zhuǎn)子上的板錘撞擊被破碎，接著又被拋向反擊裝置再次被破碎，然后又從反擊板彈回板錘作用區(qū)。石料由大到小進(jìn)入反擊腔重復(fù)破碎，直至被破碎到所需粒度，由出料口排出。反擊破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可控制出料粒度，顆粒形狀好，但在生產(chǎn)時(shí)粉塵較大。其工作原理見(jiàn)圖3。

對(duì)于碎石的加工工藝，中國(guó)還沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求。具體的加工流程視當(dāng)?shù)夭牧虾褪┕ひ蠖?，?guó)內(nèi)外通常都采用二級(jí)或三級(jí)加工工藝，工藝流程見(jiàn)圖4。

對(duì)集料的加工管理，國(guó)內(nèi)一些省份做了相應(yīng)的研究，廣東交通廳立項(xiàng)的《瀝青路面配套關(guān)鍵技術(shù)研究》課題將瀝青路面集料標(biāo)準(zhǔn)化加工技術(shù)作為一個(gè)子項(xiàng)目研究，成果在7個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，并取得成功。在江蘇省制定的《高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)指南（路面工程）》規(guī)范中提出：“集料加工生產(chǎn)能力應(yīng)滿足工程需要。集料生產(chǎn)設(shè)備包括二次或二次以上破碎方式的碎石生產(chǎn)線（其中至少有一次采用反擊或圓錐式破碎方式）、除塵設(shè)備、振動(dòng)喂料機(jī)和三層以上的振動(dòng)篩?！币?guī)范還進(jìn)一步明確了一級(jí)破碎宜采用顎式破碎機(jī)，二級(jí)破碎宜采用反擊破碎機(jī)，如集料針片狀含量較高，可采用沖擊式破碎機(jī)整形。

圓錐破碎機(jī)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)公路集料中使用較少，它主要用于破碎硬度較大的石料。1998年，陜西交通廳項(xiàng)目辦投資600多萬(wàn)人民幣在華縣蓮花寺引進(jìn)了芬蘭諾德伯格生產(chǎn)的破碎設(shè)備，其工藝流程是“先碎后篩”的二級(jí)破碎閉路系統(tǒng)，即一級(jí)破碎的石料全部進(jìn)入圓錐破碎機(jī)進(jìn)行二級(jí)破碎后，再進(jìn)行成品料的篩分。一級(jí)破碎選用諾德伯格C80R顎式破碎機(jī)，二級(jí)破碎選用G158圓錐破碎機(jī)，進(jìn)料粒度可達(dá)120 mm，振動(dòng)篩選用4層篩網(wǎng)，生產(chǎn)2.5～5mm、 5～10 mm和10～16 mm路面面層用石料。

并不是所有的破碎工藝都必須采用二級(jí)破碎，如合徐高速施工時(shí)，當(dāng)?shù)厥蠟槭規(guī)r，施工單位經(jīng)過(guò)分析論證，決定從石料廠采購(gòu)大塊石料，自己破碎加工，破碎工藝只采用了一級(jí)破碎，破碎主機(jī)為反擊式破碎機(jī)，振動(dòng)篩選擇了4層篩網(wǎng)，篩孔尺寸定為22.5、15、9、5 mm。在5個(gè)月的生產(chǎn)中，集料的優(yōu)良率達(dá)到了95%以上。

目前高速公路所用的石料大多來(lái)源于社會(huì)上的小石料廠，這些廠家生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)陋，石料質(zhì)量難以滿足施工規(guī)范要求。但石料市場(chǎng)是個(gè)賣方市場(chǎng)，為了解決石料供應(yīng)和質(zhì)量的矛盾，各地的施工管理部門想出了不少辦法。江西吉蓮高速提出了碎石材料市場(chǎng)準(zhǔn)入制度的管理辦法，要求碎石材料供應(yīng)商必須經(jīng)過(guò)業(yè)主審查合格并列入供應(yīng)商準(zhǔn)入名單后，方可為項(xiàng)目供應(yīng)材料。吉蓮高速建設(shè)辦還對(duì)工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)能力、場(chǎng)地加工、規(guī)格等事項(xiàng)提出要求，如路面基層碎石加工必須采用振動(dòng)給料機(jī)、一級(jí)破碎用顎式破碎機(jī)、二級(jí)和三級(jí)用反擊破碎機(jī)或沖擊式整形破碎機(jī)、4層篩網(wǎng)以上的大面積振動(dòng)篩、水洗料設(shè)備、布袋除塵設(shè)備，并根據(jù)碎石加工規(guī)格，統(tǒng)一推薦了篩網(wǎng)的尺寸。這樣從制度上保證了碎石材料的品質(zhì)。

2 集料加工標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)

對(duì)于混凝土路面，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有出臺(tái)一個(gè)單獨(dú)的集料標(biāo)準(zhǔn)，僅是在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40—2004中的4.8～4.10章節(jié)中提出對(duì)粗集料、細(xì)集料和填料的要求。與此對(duì)應(yīng)的《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTG 42—2005給出了集料的取樣、篩分等試驗(yàn)方法。國(guó)外則針對(duì)集料的不同用途制定了相應(yīng)的集料標(biāo)準(zhǔn)，如在歐洲國(guó)家道路施工采用的 《Aggregtes for bituminous mixtures and surface treaments for roads、airfields and other traffficked areas》（EN13043：2002）、《Aggregtes for concrete》（EN12620：2002A1-2008）、EN13242：2002等歐盟標(biāo)準(zhǔn)，還相應(yīng)地制訂了EN933等32個(gè)集料指標(biāo)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)與國(guó)外所要求的技術(shù)指標(biāo)基本相同。endprint

中國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于對(duì)集料的技術(shù)要求包括石料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失、表觀相對(duì)密度、堅(jiān)固性、吸水率、針片狀含量和與瀝青的粘附性等。這些標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)每個(gè)集料而言的，選用的集料必須首先符合這些要求；但當(dāng)單一規(guī)格集料的質(zhì)量指標(biāo)達(dá)不到要求，而按照集料配比計(jì)算的質(zhì)量指標(biāo)符合要求時(shí)，工程上也允許使用。

中國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40—2004對(duì)粗集料規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

高速公路、一級(jí)公路瀝青路面表面層（或磨耗層）的粗集料磨光值應(yīng)符合表2的要求。除SMA、OGFC路面外，允許在硬質(zhì)粗集料中摻加部分粒徑較小的磨光值達(dá)不到要求的粗集料，其最大摻加比例由磨光值試驗(yàn)確定。

破碎礫石應(yīng)采用粒徑大于50 mm、含泥量不大于1%的礫石軋制，破碎面應(yīng)符合表3的要求。

細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)，并有適當(dāng)?shù)念w粒級(jí)配，其質(zhì)量應(yīng)符合表4的規(guī)定。對(duì)于細(xì)集料的潔凈程度，天然砂以小于0.075 mm含量的百分?jǐn)?shù)表示，石屑和機(jī)制砂以砂當(dāng)量（適用于0～4.75 mm）或亞甲藍(lán)值（適用于0～2.36 mm或0～0.15 mm）表示。

國(guó)內(nèi)與國(guó)外集料標(biāo)準(zhǔn)在粗集料的定義和級(jí)配要求上區(qū)別較大，中國(guó)是按公稱粒徑的大小將集料分成S1～S14各種規(guī)格，每種規(guī)格的集料對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的篩分通過(guò)百分率。粗集料規(guī)格見(jiàn)表5。

美國(guó)Superpave規(guī)范中集料的特性包括粗集料的棱角性、細(xì)集料的棱角性、扁平與細(xì)長(zhǎng)顆粒以及粘土含量。Superpave也規(guī)定“集料標(biāo)準(zhǔn)不是針對(duì)個(gè)別集料而是針對(duì)集料混合料的，只要綜合的指標(biāo)合格，也容許在工程上使用?！币?yàn)閷?duì)針片狀顆粒含量、砂當(dāng)量等指標(biāo)，有的集料規(guī)格難以達(dá)到要求，有的則容易符合要求，因此工程上允許采用按實(shí)際比例配制的集料混合料評(píng)價(jià)這些指標(biāo)是否合格。

歐盟關(guān)于道路用集料標(biāo)準(zhǔn)EN13043由下列部分組成：范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)和定義、粗集料和細(xì)集料要求、填料要求、符合性評(píng)價(jià)、標(biāo)示、標(biāo)號(hào)與標(biāo)簽、附錄。這與中國(guó)的集料規(guī)范類似。而歐盟混凝土集料標(biāo)準(zhǔn)EN12620與EN13043的不同之處在于把集料指標(biāo)按幾何要求、物理要求和化學(xué)要求進(jìn)行劃分，另外集料所提指標(biāo)也有所不同。

EN13043是用d/D標(biāo)示集料標(biāo)號(hào)的，粗集料的定義是標(biāo)號(hào)為D且粒度不大于45 mm或標(biāo)號(hào)為d且粒度不小于2 mm的集料?？梢钥闯鰵W洲的粗集料相當(dāng)于中國(guó)S4～S14規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。EN13043要求所有的粗集料都應(yīng)符合表6中規(guī)定的與其粒度標(biāo)號(hào)d/D相應(yīng)的級(jí)配要求。

對(duì)于級(jí)配的粗集料，如果D≥2d，那么級(jí)配應(yīng)符合中型篩的粗集料級(jí)配的總限值和公差要求，如表7所示。

對(duì)于針片狀含量，中國(guó)規(guī)范要求其在12%～20%的范圍內(nèi)，大小視公路等級(jí)要求而定，EN13043要求在15%～50%的范圍內(nèi)。對(duì)粗集料，EN13043標(biāo)準(zhǔn)取消了壓碎值這個(gè)力學(xué)指標(biāo)，改為洛杉磯磨耗值及沖擊值，且沖擊值的試驗(yàn)方法與國(guó)內(nèi)不同。中國(guó)卻特別重視壓碎值，壓碎值是以前英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS812中的方法，考慮到?jīng)_擊值與磨光值有較好的相關(guān)性，所以中國(guó)在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)范中對(duì)沖擊值不再做要求。集料的棱角性、細(xì)長(zhǎng)顆粒、安定性和有害物質(zhì)含量等只作為一般性的指標(biāo)，也沒(méi)有太多的要求。 集料的粘附性指標(biāo)是中國(guó)特有的，國(guó)外一般沒(méi)有，只要求瀝青混合料滿足水穩(wěn)定性指標(biāo)即可，粘附性僅僅作為初選集料品種的參考性指標(biāo)。

3 集料的生產(chǎn)管理

對(duì)于瀝青層用粗集料，中國(guó)還沒(méi)有出臺(tái)相應(yīng)的集料質(zhì)量管理方法，僅是在規(guī)范中提出：高速公路和一級(jí)公路不得使用篩選礫石和礦渣；粗、細(xì)集料必須由具有生產(chǎn)許可證的采石場(chǎng)生產(chǎn)或施工單位加工。

相比之下，國(guó)外在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)集料的來(lái)源、標(biāo)示、檢驗(yàn)及生產(chǎn)控制有著明確的要求，在準(zhǔn)EN13043和EN12620中有專門“符合性評(píng)價(jià)”、“標(biāo)示”、“標(biāo)號(hào)和標(biāo)簽”3個(gè)條款對(duì)生產(chǎn)商進(jìn)行約束。

在 “符合性評(píng)價(jià)”條款中明確要求：生產(chǎn)商對(duì)集料應(yīng)進(jìn)行初始形式試驗(yàn)和工廠生產(chǎn)控制，以確保所生產(chǎn)的集料符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求，且在必要時(shí)須符合申報(bào)值；另外，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)所造成的環(huán)境影響進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估，所有的試驗(yàn)結(jié)果還會(huì)歸檔。

“符合性評(píng)價(jià)”條款中的 “工廠生產(chǎn)控制”還要求生產(chǎn)商在生產(chǎn)場(chǎng)地建立一套符合附錄要求的工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)，生產(chǎn)商持有的記錄中應(yīng)聲明在集料生產(chǎn)過(guò)程中采取了何種質(zhì)量控制程序。

在歐盟國(guó)家實(shí)施的集料工廠生產(chǎn)控制管理體系有以下要求。

（1）組織。規(guī)定了從事管理、實(shí)施和檢查影響質(zhì)量的工作人員的職責(zé)、權(quán)限及他們之間的關(guān)系，以及工廠控制的管理者代表和管理評(píng)審。

（2）控制程序。要求生產(chǎn)商建立并保存工廠控制手冊(cè)，制定程序，滿足工廠生產(chǎn)的工作要求，特別要對(duì)文件資料、分包合同和原材料進(jìn)行控制。

（3）生產(chǎn)管理。規(guī)定了生產(chǎn)商應(yīng)有識(shí)別和控制材料的程序；識(shí)別和控制有害材料的程序，以保證它們不超過(guò)使用集料地方所要求的限制底線；應(yīng)有材料的儲(chǔ)存程序，并且儲(chǔ)存地址和內(nèi)容已被識(shí)別；應(yīng)有程序保證從倉(cāng)庫(kù)提取的材料質(zhì)量沒(méi)有下降，符合要求；應(yīng)能識(shí)別產(chǎn)品的產(chǎn)地和型號(hào)。

（4）檢查和試驗(yàn)。要求生產(chǎn)商有必要的生產(chǎn)設(shè)施和設(shè)備，對(duì)集料檢查、取樣、試驗(yàn)的頻次和位置作出要求。

（5）記錄。應(yīng)當(dāng)記錄工廠生產(chǎn)控制的結(jié)果，包括采樣地址、日期和時(shí)間及與集料試驗(yàn)相關(guān)的其他信息。

（6）不合格品控制。生產(chǎn)商應(yīng)當(dāng)記錄、調(diào)查所有的不合格品，必要時(shí)采取糾正措施。

（7）在生產(chǎn)區(qū)的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和調(diào)整。生產(chǎn)商應(yīng)做必要的安排，以保證在搬運(yùn)和儲(chǔ)存期間集料的質(zhì)量。

（8）運(yùn)輸和包裝。應(yīng)當(dāng)識(shí)別存儲(chǔ)和交貨的責(zé)任范圍；如果集料有包裝，所使用的包裝方法不應(yīng)污染和降低集料的品質(zhì)。

（9）人員培訓(xùn)。應(yīng)對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，并保存培訓(xùn)記錄。endprint

在“標(biāo)示”條款中，要求注明集料的來(lái)源、生產(chǎn)商、集料類型、集料成分和集料尺寸，如果需要，還應(yīng)注明所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和特殊用途。在“標(biāo)號(hào)和標(biāo)簽”條款中，要求交貨單據(jù)至少包含以下內(nèi)容：標(biāo)號(hào)、發(fā)貨日期、單據(jù)序號(hào)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)。

由此可以看出，國(guó)外在集料的加工、試驗(yàn)和生產(chǎn)控制等環(huán)節(jié)已形成了一套完整、成熟的操作流程，從法規(guī)、制度上保證了集料生產(chǎn)的質(zhì)量；而在中國(guó)，由于國(guó)情不同，對(duì)于集料的加工及控制尚處于摸索研究階段，因此亟須公路管理部門盡早出一臺(tái)系列的集料標(biāo)準(zhǔn)，以便指導(dǎo)公路建設(shè)單位和施工單位。

4 結(jié)語(yǔ)

集料的質(zhì)量是影響瀝青路面質(zhì)量的主要因素之一，由于各種原因，中國(guó)還沒(méi)有形成一套完整的關(guān)于路面集料的生產(chǎn)管理規(guī)范。本文針對(duì)目前集料生產(chǎn)管理粗放、集料質(zhì)量不能滿足規(guī)范要求等現(xiàn)象，論述了集料加工工藝和必須的加工設(shè)備，列舉了國(guó)內(nèi)外集料標(biāo)準(zhǔn)的差異，并闡述了歐洲EN13043、EN12620標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)集料生產(chǎn)控制方面的條款，期望國(guó)內(nèi)相關(guān)部門能借鑒國(guó)外的先進(jìn)管理理念，提高國(guó)內(nèi)集料的管理水平，確保公路施工質(zhì)量。

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