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沥青面层碎石加工设备选型及关键技术探讨
2023年05月24日    阅读量:13871     新闻来源:《公路》    |  投稿

摘 要

以哈密G331项目碎石加工的经验为基础,阐述了碎石加工生产线设备的选型和工艺流程,从规格、棱角性、针片状颗粒含量、压碎值、洁净度、粉尘含量等主要控制指标方面进行碎石加工关键技术的探讨,提出了沥青面层碎石加工设备选型需要考虑的因素和原则,建议沥青各结构层碎石加工应该采用破碎整形机,并采取合理的除尘措施保证集料的洁净度。同时,对于沥青拌和楼的筛网配置也提出了合理化建议。


关键词 沥青面层 | 碎石加工 | 设备选型 | 关键技术


随着国家环保政策的收紧,一些不符合环保要求的石料厂被关停,沥青面层的碎石供应逐渐从买方市场向卖方市场转化,碎石价格逐年增加沥青网sinoasphalt.com。在这种情况下,很多施工企业逐渐改变碎石采购方式,采用了引进碎石生产线或和石料生产商合作的方式解决碎石供应问题。但是,由于施工企业经验不足,缺乏碎石场调查、碎石生产设备选型、碎石生产线规划、碎石加工质量控制等配套的管理策划,造成生产的碎石存在一些问题,比如碎石规格不符合要求、棱角性不好、针片状含量超标、压碎值过大、洁净度不符合要求、粉尘含量超标、部分规格碎石完工后剩余较多等。这些现象的出现,一方面会造成反复调整碎石加工设备和加工工艺而影响生产进度,并造成成本增加;另一方面,也会由于进度压力,减少对设备的维护保养时间,造成碎石加工质量失控,影响到沥青路面施工质量。因而,要想保证沥青面层的施工质量,必须从原材料的质量抓起,那么控制好碎石场的集料质量就显得尤为重要。而碎石的质量除了和母材的岩性、力学性质和纹理构造有关外,还与碎石加工设备选型及关键指标的控制措施有关。下面以哈密G331项目碎石加工为例,探讨沥青面层碎石加工设备选型及质量控制的关键技术。


1设备选型

目前我国的碎石破碎设备基本上是在引进、消化、吸收前苏联、德国等国家(地区)的碎石破碎设备基础上进行仿制,而后通过自行研发、改进,形成了自有的碎石破碎设备系列产品。用于公路沥青面层碎石加工生产的设备主要有振动给料机、振动筛、颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥式破碎机、箱式破碎机、破碎整形机(或复合式破碎机)等,碎石加工设备选型要综合考虑母岩的岩性及抗压强度、碎石加工数量、工期等因素。


1.1工期

哈密G331项目全长145km,设计采用新建二级公路标准,2020年3月份开工建设,计划于2021年10月1日建成通车,主要分部分项工程有路基、桥涵、路面、防排水、房建、机电及交安等。沥青面层结构为7cm厚AC-25C下面层+5cm厚AC-16C上面层。沥青面层于2020年8月份开工,计划于2021年6月底完工,有效施工时间为6个月。


1.2碎石加工数量及计划安排

哈密G331项目沥青面层需碎石45万t,计划于2020年5月1日~2021年5月31日完成,冬休期为4个月,则每月需完成5万t。计划建立一套碎石生产线,按照每月20d计算,每天需完成2500t工作量。按照每天生产15h、每小时产量167t、设备额定产量打5折计算,要求生产队伍配置每小时生产能力为400t的生产线。


1.3宕口调查

项目引进一台钻孔取芯设备,对母岩的岩性、抗压强度、压碎值、密度、黏附性进行了调查,调查结果见表1。

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1.4常用碎石破碎机简介

(1)颚式破碎机。

颚式碎石机破碎比大,是初级破碎设备,主要将大块径的碎石母料进行中等粒度破碎,分粗破和细破两种,见图1。颚式破碎机适宜于处理边长125mm~750mm、抗压强度不大于320MPa的石料。

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(2)反击式破碎机。

反击式破碎机是公路桥梁和路面用集料的主要加工设备,利用其可将初级破碎后的石料二次加工成所需规格的集料,并可兼具整形破碎功能,适宜于处理边长80mm~250mm(最大不宜超过500mm)、抗压强度不超过300MPa的各种粗、中、细石料,见图2。

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(3)圆锥式破碎机。

液压式圆锥破碎机(图3)较弹簧式圆锥破碎机(图4)产量高出35%~60%,已是路面碎石加工中二次破碎或细破的主流设备。圆锥式破碎机采用层压破碎原理,使针片状集料含量减少,粒级更均匀,出料粒型好。其进料粒度为28~275mm,生产能力为30~660t/h,适宜于处理抗压强度不超200MPa的各种粗、中、细石料。

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(4)箱式破碎机(锤式破碎机)

方箱破碎机主要适用于抗压强度不超过中上等硬度的各种石料的一、二级破碎,并可兼具整形破碎功能,见图5。


(5)破碎整形机。

破碎整形机兼有冲击破与锤破的优点,特别适用于硬质石灰岩、白云岩、花岗岩、玄武岩等的人工造砂生产、路面碎石集料的加工破碎及碎石的整形破碎,见图6。其可直接作为颚破、圆锥破等设备的后续二破设备,也可作为独立整形使用。

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1.5生产线工艺流程与设备配置案例分析

哈密G331项目配置的碎石加工设备包括1台振动给料机+1台颚式破碎机+2台箱式破碎机+4套振动筛,如图7所示。

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根据工期计划和碎石需求量分析,对于G331项目沥青面层,碎石日产量为2500t就能满足要求,需要配置一套每小时产量为400t的生产线。根据碎石场母岩岩性及强度检测结果,应该配置颚破+圆锥破生产线。但圆锥破一次性投入大,而项目碎石需求量仅为45万t,合作的碎石加工商也有现成的箱式破碎设备,综合各种因素,项目选用了图7所示生产线。石料从山上爆破下来,通过自卸车将石料送入振动给料机,振动给料机把石料均匀地送入颚式破碎机,颚式破碎机对石料进行第一阶段破碎。经颚式破碎机破碎后的石料通过输送皮带被送入2台箱式破碎机进行第二阶段破碎。破碎后的物料经过振动筛分级筛分,大于30mm的物料重新返回箱式破碎机破碎,30mm以下的物料由皮带输送机送入振动筛分级筛分,再由下一级皮带输送机输送至成品区。


碎石加工厂设备选型的最好状况是生产过程中维修成本低、集料质量合格且稳定、工程结束后集料基本没有剩余。G331项目下面层集料基本生产完毕,在实际使用中发现,3~5mm规格集料在拌和楼使用很少,碎石场剩余相当部分这种集料,而0~3mm集料存在缺口,说明当初碎石场生产线在技术规划上存在缺陷,应该配置破碎整形机,把3~5mm集料制砂后使用。


综上所述,碎石加工宜采用3级破碎工艺,即初破(颚破)→二破(圆锥破、反击破或锤破)→三破(整形机),工艺流程如图8所示。

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2关键技术

集料质量差是目前公路建设中特别严重的问题,突出的表现是材料脏、粉尘多、针片状颗粒含量高和级配不规格等,经常不能达到规范要求。这些技术指标的控制就是碎石加工生产线的关键技术。在规范关于集料的技术要求中,按其性质可分为两类:一类是反映材料来源的“资源特性”,或称为料源特性、天然特性,它是由石料产地所决定的,如密度、压碎值、磨光值等;另一类是反映加工水平的“加工特性”,如石料的级配组成、针片状颗粒含量、破碎砾石的破碎面比例、棱角性、含泥量、砂当量、亚甲蓝值、细粉含量等。


从碎石场调查可知,G331项目选择的碎石场,“资源特性”的各项技术指标均能满足规范要求,下面主要阐述反映“加工特性”的一些技术指标的控制措施。


2.1级配组成

公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定了集料的16种规格,其中粗集料有14种、细集料为2种,如表2、表3所示。

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在集料规格选定前,首先要确定振动筛的尺寸,并且要和设备选型同步进行。振动筛尺寸越大,生产效率越高且筛分越充分,集料规格越稳定。振动筛配套的筛孔尺寸确定非常关键,这要根据控制的关键筛孔确定,所以,要首先把各种结构类型沥青混合料的关键筛孔确定下来。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定:“标准配合比的矿料合成级配中,至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值。”所以,沥青混合料的关键筛孔应该是0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径4个筛孔,同时要兼顾选用规格集料两端所对应的筛孔,并且和沥青拌和楼热料仓筛网统筹考虑。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)给出了间歇式拌和机用振动筛和标准筛筛孔的对应表,如表4所示。

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G331项目采用AC-25C和AC-16C两种级配沥青混合料,AC-25C对应的关键筛孔应该是0.075mm、2.36mm、4.75mm、26.5mm,AC-16C对应的关键筛孔应该是0.075mm、2.36mm、4.75mm、16mm。0.075mm筛孔主要控制细粉通过率,碎石场和拌和楼一般不设置。那么综合两种沥青混合料的要求,碎石场考虑的关键筛孔应该是2.36mm、4.75mm、16mm、26.5mm。但无论是碎石场还是沥青拌和楼,筛孔尺寸相差越大,振动筛筛分越不容易充分,级配波动越大,所以还应该根据沥青面层粗集料规格增加一定规格的集料。根据G331项目沥青面层结构类型,碎石加工厂选用了10~25mm、10~15mm、5~10mm、3~5mm、0~3mm等5种规格集料。为保证AC-25C其他规格集料也能在AC-16C通用,保证AC-16C上面层19mm筛孔通过率为100%,碎石场振动筛配套筛网尺寸为30mm、18mm、11mm、6mm、3mm。各档集料筛分结果如表5所示。

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从表5中筛分结果可以看到,各种规格集料筛分结果基本能够满足规范要求,而且10~15mm规格集料19mm筛孔通过率为100%,可以满足AC-25C和AC-16C两种结构类型通用,同时说明碎石场筛网选择合理。


碎石场筛网确定好后,再确定沥青拌和站的筛网配置,并能够使沥青混凝土路面各结构层通用。


G331项目拌和站筛网尺寸为35mm、22mm、11mm、6mm、3.5mm。到目前为止,下面层已完成75%工程量,上面层没有施工。沥青拌和站3~6mm热料仓实际使用比例是7%,拌和站生产过程中没有溢料也没有等料。3~5mm碎石实际使用比例仅为3%,预测上面层也不会突破,但碎石场3~5mm碎石出料比例约为11%。预测工程结束后,将有8%即约3.6万t的3~5mm碎石剩余。这部分集料虽然可以通过引进制砂机加工成机制砂用于水泥混凝土和沥青混合料,但如果不提前规划好,在后期发现问题后再进行调整将会造成成本增加,甚至会无法使用完。为了避免这种情况的出现,还是从级配组成设计上进行分析。


假设碎石场不生产3~5mm集料,用10~25mm、10~15mm、5~10mm、0~3mm等4种规格集料进行级配组成设计。


经分析可知,级配均能满足要求,而且关键筛孔4.75mm、2.36mm、0.075mm的通过率更合理。


4.75mm和2.36mm筛孔通过率的差值小于10%,既有利于混合料形成骨架嵌挤结构,又有利于细料充分填充空隙,降低空隙率和沥青用量;而0.075mm筛孔的通过率接近中值,可以保证合理的粉胶比和油膜厚度,提高沥青混凝土的耐久性。所以,碎石场不生产3~5mm集料仍可以满足工程要求。但是碎石场设置有6mm和3mm两档筛网,必然会存在这两档筛网之间的集料。这部分集料可以直接进入破碎整形机生产机制砂。若生产出来的粗集料针片状颗粒含量、棱角性不好,也可以通过破碎整形机加以解决。


2.2细粉含量及含泥量

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定的细集料指标并不多,但其中最重要的就是洁净要求。沥青混合料石屑或机制砂的细粉含量用0.075mm筛孔的通过率判定,集料中0~5mm规格碎石0.075mm筛孔通过率应小于10%,0~3mm规格集料应小于15%。含泥量用砂当量或亚甲蓝值判定,高速和一级公路砂当量要大于60%,其他等级公路砂当量要大于50%。土含量和细粉含量都会影响砂当量。土当然是越少越好,但细粉必须有一定的含量。细粉含量过少,相应的0.3mm~1.18mm之间规格集料的含量也会减少,不足以填充空隙,会使沥青混凝土残余空隙过大,造成路面水损坏;细粉含量过多,则集料比表面积增大,需要的沥青用量增多,会使路面超密,不但会增加成本,也会造成路面车辙病害。根据多年沥青路面施工实践,细粉含量在6%~12%之间比较合适。G331项目碎石场刚开始生产的0~3mm规格集料0.075mm筛孔通过率在15%左右,砂当量小于50%,细粉含量和含泥量均不满足规范要求。项目经过多方面调查分析,采取以下措施解决了这些问题。在振动给料机和锤破机之间加设一套振动筛,振动筛设两层筛网,上层筛网尺寸为3cm,下层筛网尺寸为5mm。在振动给料机下的滤土器上安装10cm钢筋网,10cm以上石料进入颚破机破碎,10cm以下石料通过皮带输送到振动筛里。


5mm以下粉料通过皮带输送到场外废弃。通过处理,生产出的0~3mm集料砂当量均大于60%,0.075mm筛孔通过率在2%~5%之间。为此,要求碎石场在振动筛5mm筛网上又放置了一片钢板。之后进行检测,0~3mm集料砂当量均大于60%,0.075mm筛孔通过率在6%~12%范围内,符合要求。


3结语

(1)为了加工出符合沥青面层使用的碎石,碎石加工厂设备选型必须要综合考虑工期、碎石需求量、母岩的岩性和抗压强度等。对于石灰岩应优先考虑颚破加反击破,对于其他岩石可优先考虑颚破加圆锥破。

(2)沥青面层各层碎石加工最好配置破碎整形机,把3~5mm之间的石料制砂。上面层集料最好进行整形。

(3)在初破和二破之间加设振动筛或采取除尘的措施,确保0~3mm集料细粉含量和含泥量符合要求。

(4)沥青拌和楼热料仓筛网配置要和碎石加工厂相匹配,避免拌和楼生产过程中出现等料溢料现象,以提高生产效率。

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标签:综合论文技术中心沥青混凝土
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