《武汉工程大学学报》  2014年11期 17-22   出版日期：2014-11-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ
热拌沥青混合料筛分


0引言沥青混凝土路面因为其行车舒适、噪声低、开放交通迅速、养护简便，被我国高速公路和城市道路广泛采用.当前，我国大多数新建的沥青混凝土路面是由热拌沥青混合料分层摊铺压实而成的.热拌沥青混合料的性能直接影响沥青混凝土路面的质量［12］，广大学者对热拌沥青混合料的路用性能做了广泛而深入的研究.然而，热拌沥青混合料的筛分研究仍属空白.总体上，沥青混合料的物理结构是松散的，可认为它是一种典型的颗粒性材料［3］.沥青混合料的主要组成－矿质集料，也是典型的颗粒性材料，它是可以筛分的.沥青混合料与矿质集料的最大区别就是前者含有沥青胶浆，沥青胶浆具有一定的稠度和粘性［45］，势必会影响沥青混合料的筛分.研究热拌沥青混合料的筛分，将进一步了解热拌沥青混合料的性质.另外，热拌沥青混合料如能实现筛分，一个沥青混合料拌和站将能同时生产两种甚至多种不同配比的热拌沥青混合料，可以保证沥青混合料的供给.因此，研究热拌沥青混合料的筛分具有一定的理论和工程意义.本文选择AC13和AC20作为研究对象，先根据马歇尔法确定各自的最佳沥青含量,然后将两种混合料的集料和沥青在拌和锅中一起搅拌，获得混杂在一起的AC13和AC20的混合料；再让混杂的混合料依次通过孔径为16 mm、13.2 mm、4.75 mm的方孔抬筛，对筛分得到的四档沥青混合料进行分配，再次搅拌得到新的AC13（n）与AC20（n）.通过燃烧法［6］和筛分试验，对比分析AC13（n）、AC20（n）与AC13、AC20的沥青含量和矿料级配曲线变化情况.1试验方案1.1原材料的准备矿质集料选用石灰岩，沥青采用70#道路石油沥青，原材料的基本性能均符合规范要求，详见表1、表2和表3.矿质集料经过水洗、烘干，参照我国现行相关规范［7］推荐的中值级配准备矿料，规范推荐的密级配沥青混凝土混合料集料级配见表4.表1粗集料技术性能指标Table1Coarse aggregate technical performance indicators指标单位要求表面层其他层次实测值结论试验方法石料压碎值%≤26≤2822.1合格T 0316洛杉矶磨耗损失%≤28≤3027.4合格T 0317表观相对密度≥2.60≥2.502.87合格T 0304吸水率%≤2.0≤3.00.7合格T 0304针片状含量%≤15≤1811.2合格T 0312表2细集料技术性能指标Table 2Fine aggregate technical performance indicators指标单位要求实测值结论试验方法表观相对密度≥2.502.84合格T 0328砂当量%≥6078.6合格T 0333棱角性（流动时间）s≥3036.5合格T 0345表3沥青基本性能Table 3Asphalt basic performance指标单位要求实测值结论试验方法针入度（25 ℃,5 s,100 g）0.1 mm60~8071.1合格T 0604软化点（R&B）15 ℃≥4650.5合格T 0606延度（15 ℃）cm≥100均大于150合格T 0605表4规范推荐的密级配沥青混凝土混合料集料级配范围Table 4Aggregate gradation range of densegraded asphalt mixtures recommended by specifications类型通过下列筛孔（mm）的质量百分数/%26.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC13//10090～10068～8538～6824～5015～3810～287～205～154～8AC2010090～10078～9262～8050～7226～5616～4412～338～245～174～133～7根据试验室的沥青混合料拌和锅的实际拌和能力，配制20 000 g矿质集料用于试验，具体配制参数见表5.表5试验集料备料用量Table 5Test aggregate amount of preparation筛孔尺寸/mmAC20级配中值的质量分数/%AC13级配中值的质量分数/%试验设计备料/g19.005/50016.0010/1 00013.201451 9009.501018.52 8504.752023.54 3502.3611162 7001.187.510.51 8000.606.57.51 4000.3055.51 0500.152.53.56000.0753.54750＜0.075561 100总计10010020 000根据马歇尔法试验得到AC13与AC20的最佳沥青用量，见表6.第11期李杰,等：热拌沥青混合料筛武汉工程大学学报第36卷表6最佳沥青含量Table 6Optimum asphalt content类型最佳沥青质量分数/%AC134.5AC204.01.2沥青混合料的拌和与筛分将两种不同配比的矿质集料混合均匀并加热到170 ℃，沥青拌和机的拌和温度设为150 ℃，拌和得到的沥青混合料放在135 ℃的恒温箱中保温.然后，将沥青混合料依次通过孔径为16 mm、13.2 mm、4.75 mm的抬筛.当然，每次过筛前需通过恒温箱使待筛分的沥青混合料达到135 ℃.沥青混合料的拌和及筛分过程见图1和图2.图1热拌沥青混合料的拌和 Fig.1HMA mixing图2热拌沥青混合料的筛分Fig.2HMA sieving1.3沥青混合料的分配混杂在一起的热拌沥青混合料依次通过孔径为16 mm、13.2 mm、4.75 mm的抬筛，根据筛分后热拌沥青混合料所处的不同位置，将筛分后的沥青混合料分为4个类别，即＞16 mm、13.2~16 mm、4.75~13.2 mm和＜4.75 mm.参照表5中AC20和AC13级配中值的质量百分比，对沥青混合料进行分配.例如，对于4.75~13.2 mm范围的沥青混合料，AC13（n）的分配比例为58.3%=（18.5+23.5）/（10+20+18.5+23.5）×100%；AC20（n）的分配比例为41.7%=（10+20）/（10+20+18.5+23.5）×100%.同理，其他类别的混合料分配比例见表7.表7混合料筛分后的分配比例Table 7Distribution ratio after mixtures sieving类别＞16 mm13.2~16 mm4.75~13.2 mm＜4.75 mmAC13（n）的分配比例/%026.358.356.4AC20（n）的分配比例/%10073.741.743.6总计1001001001001.4沥青混合料的燃烧法试验和矿质集料的筛分试验四档不同类别的沥青混合料经过分配，再搅拌得到新的AC13（n）与AC20（n）.热拌沥青混合料筛分是否可行的两个技术指标是沥青含量和矿料级配，它们会影响沥青混合料的路用性能［810］.若筛分得到的沥青混合料在沥青含量和矿料级配方面均符合规范规定的范围，则说明热拌沥青混合料的筛分是可行的.因此，通过燃烧法试验测定AC13（n）和AC20（n）的沥青含量，并与设计的沥青含量对比.通过筛分试验测定AC13（n）和AC20（n）的级配，并与设计的中值级配对比.2试验分析2.1沥青含量分析经过燃烧法试验，AC13（n）的沥青含量为4.7%，AC20（n）的沥青含量为3.9%.与表6对比发现，筛分后，AC13（n）相对于AC13沥青含量有所增加，AC20（n）相对于AC20沥青含量有所减少.沥青含量的变化与沥青混合料的分配比例有关，在表7中，AC13（n）的分配比例在4.75~13.2 mm 和＜4.75 mm两份沥青混合料中均比AC20（n）的大，说明AC13（n）分配了相对多的细集料，细集料的比表面积比粗集料的比表面积大，细混合料的沥青含量高于粗混合料的沥青含量，因而导致了筛分后沥青混合料的沥青含量发生变化.2.2级配分析对燃烧后的AC13（n）和AC20（n）进行筛分试验，筛分结果见表8.表8混合料筛分后的集料质量分布情况Table 8Aggregate distribution after mixtures sieving筛孔尺寸/mm集料质量/gAC13（n）AC20（n）190484.7167.51 430.413.2408.11 046.69.51 624.31 001.04.752 412.11 957.72.361 495.31 211.31.18993.8757.20.6669.0576.00.3488.8416.70.15322.3276.10.075637.6552.7＜0.075530.7483.0总计9 589.510 193.4为了便于直观分析，结合表4、表5和表8，绘制矿质集料级配曲线图3和图4. 图3AC13与AC13(n)级配曲线Fig.3AC13 and AC13 (n) aggregate gradation curve 图4AC20与AC20(n)级配曲线Fig.4AC20 and AC20 (n) aggregate gradation curve松散的，属于一种颗粒性材料.筛分的对象是颗粒性材料，筛分的目的是将颗粒性材料分成不同粒径的组份.矿质集料也是一种典型的颗粒性材料，它是可以实现筛分的.沥青混合料与矿质集料的最大区别就是前者含有沥青胶浆，沥青胶浆的稠度和粘性对沥青混合料的筛分有影响.随着沥青胶浆的稠度和粘性的增加，沥青混合料越难透筛，而且更容易致使筛孔堵塞.在一定范围内，沥青胶浆随温度降低，粘性增大.试验中通过保证热拌沥青混合料筛分时的温度和控制筛分时间改善沥青胶浆对筛分的不利影响.从试验结果看，控制沥青胶浆的粘性，热拌沥青混合料的筛分是可以满足混合料的配和比要求.设想在实际工程中，若能找到一种外加剂在沥青混合料拌制中降低沥青胶浆的粘性，加上沥青拌和楼对热拌沥青混合料温度的有效控制，在工程上热拌沥青混合料的筛分也是可行的.从技术角度，需要在沥青混合料拌和楼设备的成品出料处增添一些装置，比如振动筛网、计量装置和搅拌装置等.振动筛网将沥青混合料筛分为若干组子沥青混合料，计量装置对个子沥青混合料进行计量分配，搅拌装置分别对计量分配后的子沥青混合料进行搅拌，便得到预期的不同配合比的沥青混合料；从应用角度，不同配合图3和图4表明，筛分得到的沥青混合料在级配方面与设计的中值级配吻合性很好，且符合规范建议.混杂在一起的混合料通过孔径为16 mm的方孔抬筛时，因为沥青胶浆的粘性，导致一部分粒径为13.2 mm的矿料未能过筛.这反映到图4中就是#16的通过率相对中值级配有所降低；反映到表8中就是筛分后#16筛网上的矿料增量（437.9=1 430.4+7.5-1 000）与#13.2筛网上的矿料减量（445.3=1 900-408.1-1 046.6）相近.2.3热拌沥青混合料的筛分可行性分析通过上述分析，在试验室，热拌沥青混合料的筛分能够满足沥青含量和矿料级配要求，其筛分是可行的.沥青混合料的物理结构从总体上看是比的热拌沥青混合料的同时生产可以满足双层摊铺机对原料的需求.因此，热拌沥青混合料的筛分具有一定的实际工程应用价值.3结语a.将符合规范并通过马歇尔设计的AC13与AC20混在一起搅拌，通过筛分、分配、再搅拌形成新的AC13（n）与AC20（n）.试验结果表明：通过筛分得到的新的沥青混合料在沥青含量和矿料级配曲线方面均符合规范规定的范围，且偏离最初的设计很小.因此，热拌沥青混合料的筛分在实践上是可行的.b.热拌沥青混合料与矿质集料的区别在于前者含有沥青胶浆.沥青胶浆的稠度和粘性势必将影响热拌沥青混合料的筛分.沥青胶浆的粘性不利于沥青混合料透筛，且易导致筛孔堵塞.c.热拌沥青混合料能否实际应用，还有待进一步的研究.致谢感谢武汉工程大学交通研究中心对试验的设备及技术支持，感谢大悟县公路局提供试验材料！