破碎砾石沥青混凝土施工工法.docx
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破碎砾石沥青混凝土施工工法
破碎砾石沥青混合料施工工法
GGG（京）B3-2011
完成单位：
北京城建道桥建设集团有限公司
北京市政建设集团有限责任公司
主要完成人：
张勇李红专杨国良高成富陈道宝
1前言
在环保低碳、倡导绿色生态经济的社会发展趋势下，碎石作为沥青路面的常规材料，因其开山爆破的采石加工过程会对自然资源产生巨大的破坏，而越来越引起社会的关注，采用其它更安全、节能、环保的路用材料，形成配套材料加工工艺和路面施工技术，成为新的技术开发点。
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中规定，破碎砾石可作为路用材料在高等级沥青路面中使用，并对破碎砾石轧制后的破碎面提出了明确要求。
但在一般沥青路面工程中，极少用破碎砾石作为集料的主要原因之一是，砾石是在天然状态下形成的自然材料，岩性差异大，在力学强度、粘附性等指标上存在较大变异；石质坚硬，普通加工法产出的碎石针片状指标和破碎面不能满足规范要求，且含泥砂量高，对沥青混合料性能影响大。
我公司通过对破碎砾石沥青混合料开展系统研究，确定了砾石两级破碎加工、水洗工艺，获得了破碎面率高、压碎值低、级配良好的破碎砾石材料和机制砂材料；通过科学的配合比设计，采用添加抗剥落剂和水泥的综合抗剥落措施，提高了沥青与破碎砾石的粘附性，使破碎砾石沥青混合料能够满足沥青路面路用性能要求，成功地解决了破碎砾石在高等级沥青路面工程中应用的技术难题，形成了整套破碎砾石沥青混合料施工技术。
破碎砾石沥青混合料施工技术已成功应用于四川“5.12”地震灾后援建项目近35km的一级公路和10km的城市主干道路面工程，如此大规模应用，在国内尚属首次，并在此基础上总结形成了本工法。
实践证明，本工法安全、环保、低碳，对建设资源节约型、环境友好型社会具有较大的促进和推动作用。
2特点
2.1在砾石资源丰富地区，因地制宜，以砾石作为路面集料加工原材料，确定了较为合理的砾石采集范围：
粒径60mm～500mm的卵砾石。
2.2采用两级破碎加工、水洗工艺，确保了材料质量。
冲击破碎机锤头与设备膛壁之间的距离设定为25mm，使石料得到100%的破碎面，出料粒径满足了设计要求。
2.3采取综合抗剥落措施，提高了混合料的稳定性，确保了破碎砾石沥青混合料的路用性能满足高等级沥青路面设计要求。
2.4本工法施工过程安全、环保，节约资源。
解决了常规沥青混合料石料采集过程中开山采石危险、运输成本高、安全隐患大、环境破坏严重的问题。
3适用范围
本工法适用于高速公路、一级公路及各等级道路沥青混凝土路面施工。
4工艺原理
4.1沥青混合料主要靠粗集料的嵌挤作用形成稳定骨架嵌挤密实结构，因此，通过择优选材和合理的石料破碎加工工艺，确保粗集料的破碎面和压碎值满足要求，使混合料形成骨架嵌挤结构。
4.2天然砾石含偏酸性材料较多，与沥青粘附性较低，水稳定性差，因此，通过采用综合抗剥落措施加以解决，使混合料路用性能满足要求。
4.3采用循环水洗工艺，提高石料洁净度，进一步提高混合料质量，消除粉尘污染。
5工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
收集砾石一级破碎二级破碎水洗、筛分分级碎石质量检测
配合比设计破碎砾石沥青混合料生产、运输现场摊铺、碾压
5.2操作要点
5.2.1收集砾石
料源的选择应满足河道安全需要，宜结合河道整治工作，就地取材。
经过初步采集、筛分，将粒径60mm～500mm、含泥量小于1%的卵砾石收集成堆后备用。
5.2.2一级破碎
用装载机将砾石料喂入一级破碎机，破碎机出料口宽度调整在60mm，使出料粒径均小于60mm，每颗砾石基本上都具备一个以上破碎面，一级破碎后的石料经由传送皮带传送至二级破碎设备。
5.2.3二级破碎
采用立轴式冲击破碎机。
通过离心力将石料沿水平方向喷射到破碎腔内的冲击壁上，石子在立轴旋转锤头与膛壁之间不断地反弹、击打，被冲击破碎，形成多个破碎面。
为保证出料粒径符合要求，通过调节锤头与膛壁间距来控制各种粒径石料的规格。
经过反复调整与试验，根据材料需求规格，锤头与设备膛壁之间的距离设定为25mm。
加工后石料粒径范围能够达到0～30mm（其中0～20mm粒径的石料占90％～95％，20mm～30mm粒径的石料占5％～10％）。
5.2.4水洗、筛分分级
石料破碎后由传送皮带传送至振动筛进行水洗、筛分分级。
石料筛分采用多层振动筛进行破碎砾石筛分。
振动筛分成A、B、C、D共四层，筛孔直径分别为24mm、17mm、12mm、6.5mm，形成17mm～24mm、12mm～17mm、6.5mm～12mm、0mm～6.5mm四档粒径规格的碎石。
振筛的转速一般控制在960转/分钟。
超过最大要求尺寸的粒料，通过返回皮带进入二级破碎机再次被击打破碎。
为确保材料的洁净，在筛分过程中，通过振动筛顶部安装的喷水花管，用高压水流冲洗破碎石料。
细集料经过筛网后，通过洗砂池清洗沉淀，除去杂质，再通过旋转式取砂机和传送皮带传送至堆料场。
5.2.5碎石质量检测
通过两级破碎筛分水洗得到的破碎砾石，按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）中表4.8.2和表4.8.7的质量要求内容进行指标检测。
5.2.6配合比设计
配合比设计按《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的规定步骤进行三阶段配合比设计。
为使混合料路用性能满足规范和设计要求，通过试验，采用综合抗剥落措施：
在沥青中掺加0.4%抗剥落剂；上面层在混合料中掺加3%水泥代替3%的矿粉。
配合比设计以浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验其水稳定性；以60℃车辙试验动稳定度指标检测其高温稳定性能。
因集料水洗后，细集料所含有的<0.075mm颗粒极少，为满足混合料的级配要求、提高稳定性，掺加的填料比例要比普通碎石沥青混合料适当提高。
5.2.7破碎砾石沥青混合料的生产、运输
配合比设计完成后，按照确定的标准配合比进行破碎砾石沥青混合料的生产。
生产采用间歇式拌和机，产量应满足连续施工的要求，确保拌和均匀，温度、级配、油石比满足设计
和规范要求。
混合料的运输，采用大吨位自卸车，配备保温、防雨苫布，装载混合料前将车厢清理干净，涂刷均匀隔离液。
5.2.8现场摊铺、碾压
破碎砾石沥青混合料的摊铺、碾压工艺应按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）要求进行。
6材料与设备
6.1材料
6.1.1砾石料源：
河道上游冲刷搬运距离短，砾石粒径大，采集、破碎困难，软弱成分多，成分变异大；而下游则因沉积作用，砾石粒径较小，不易形成要求的破碎面。
因此，宜选择河道中游地段，采集粒径60mm～500mm以内、含泥量小于1%砾石作为原料。
6.1.2沥青：
根据设计要求，采用符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）要求的沥青。
6.1.3填料：
采用矿粉、水泥两种，各指标应符合规范要求。
6.1.4抗剥落剂：
为提高石料与沥青的粘附性，增强混合料抗水损害性能，采用综合抗剥落措施，即在沥青中掺加0.4%的抗剥落剂；在上面层混合料中，再掺加3%水泥代替3%的矿粉。
6.2设备
6.2.1一级破碎采用规格为PE-500×750（进料口尺寸）的颚式破碎机。
6.2.2二级破碎采用立轴式冲击破碎机，根据产出匹配，宜采用PL900规格以上设备。
6.2.3破碎后的砾石筛分分级设备采用多层振动筛，具体的规格和分级数量可根据沥青混合料类型需要调整。
在振动筛进料端设置高压水泵，在细集料出口设置沉淀池和洗砂机。
6.2.4根据砾石分布位置、深度等情况，配备装载机、挖掘机、自卸车等设备。
6.2.5拌合设备：
采用3000型间歇式拌合楼，配备双路粉料提升系统和计量仓，采用拌和机的新粉仓作为矿粉储存罐，采用废粉仓作为水泥储存罐，独立计量添加。
6.2.6根据工程规模，现场配备摊铺机、压路机、水车、装载机梁等必要施工设备。
表6.2主要设备一览表
序号
设备名称
设备型号
数量
备注
1
颚式破碎机
PE-500×750
2
2
立轴式冲击破碎机
PL900
1
3
振动筛
4YK1548
1
4
挖掘机
PC200
1
5
装载机
ZL50
3
6
沥青拌合站
LB-3000
1
7
摊铺机
ABG-423
2
8
双钢轮振动压路机
DD130
2
9
双钢轮振动压路机
DD110
1
10
轮胎压路机
XP301
2
11
运输车
载重18吨以上
15
根据综合运距测算
12
水车
8m3
1
7质量控制
破碎砾石沥青混合料施工质量控制执行《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004以及《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004的相关要求和设计要求。
7.1材料质量控制
7.1.1破碎砾石粗集料破碎面的要求见表7.1.1。
表7.1.1粗集料破碎面的控制要求
路面部位或混合料类型
具有一定数量破碎面克里的含量（%）
1个破碎面
2个或以上破碎面
沥青路面
表层
高速公路、一级公路不小于
100
90
其他等级公路不小于
80
60
沥青路面
中下面层、
基层
高速公路、一级公路不小于
90
80
其他等级公路不小于
70
50
7.1.2破碎砾石粗集料的技术指标要求与普通碎石要求相同，见表7.1.2。
表7.1.2粗集料技术要求
检测项目
单位
高速公路、一级公路
检测方法
表层
其他层次
石料压碎值
%
≯26
≯28
T0316
洛杉矶磨耗损失
%
≯28
≯30
T0317
表观相对密度
-
≮2.6
≮2.5
T0304
吸水率
%
≯2.0
≯3.0
T0304
针片状颗粒含量（混合料）
其中粒径大于9.5mm
其中粒径小于9.5mm
%
≯15
≯12
≯18
≯18
≯15
≯20
T0312
水洗法，小于0.075mm颗粒含量
%
≯1
≯1
T0310
软石含量
%
≯3
≯5
T0320
7.1.3破碎砾石细集料的技术要求见表7.1.3。
表7.1.3细集料技术要求
检测项目
单位
高速公路一级公路
其他等级公路
检测方法
表观相对密度
—
≮2.5
≮2.45
T0328
含泥量（小于0.075mm的含量）
%
≯3
≯5
T0333
砂当量
%
≮60
≮50
T0334
亚甲蓝值
g/kg
≯25
—
T0349
棱角性（流动时间）
S
≮30
—
T0345
7.1.4其他材料：
沥青、矿粉等，严格按照《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中的有关内容进行检测控制。
7.2施工质量控制
7.2.1合理做好场地规划，并采取硬化等措施，确保原材料堆放场地不积水。
在加工出规格料后，及时倒运存放，尽量降低材料中水分。
各档材料的存放要严格分仓，不串料；细集料存放场地搭设雨棚。
7.2.2设专职检测员负责对原材料进行取样检测，严格控制破碎前的砾石颗粒，不小于60mm，并安排专人捡出不适宜材料。
7.2.3拌合站在施工前要对骨料秤、沥青秤、粉料秤和温度传感器进行标定。
7.2.4在施工时，拌合站操作人员严格按照配合比设计比例，定量添加抗剥落剂和水泥，做好投放记录。
严格按照生产配合比投料拌合，控制好拌合时间和温度，避免出现超温料和花白料，若集料含水量较大，在生产时适当提高烘干温度5～10℃，确保烘干集料的残余含水率小于1％，并适当延长拌合时间5S。
根据规范，普通沥青结合料的施工温度宜通过在135℃及175℃条件下测定的粘度－温度曲线按表7.2.4-1的规定确定。
缺乏粘温曲线数据时，可参照表7.2.4-2的范围选择，并根据实际情况确定使用高值或低值。
SBS改性沥青混合料的施工温度根据实践经验并参照表7.2.4-3选择。
通常宜较普通沥青混合料的施工温度提高10℃～20℃。
表7.2.4-1确定沥青混合料拌和及压实温度的适宜温度
粘度
适宜于拌和的沥青结合料粘度
适宜于压实的沥青结合料粘度
测定方法
表观粘度
（0.17±0.02）Pa·s
（0.28±0.03）Pa·s
T0625
运动粘度
（170±20）mm2/s
（280±30）mm2/s
T0619
赛波特粘度
（85±10）s
（140±15）s
T0623
表7.2.4-2热拌普通沥青混合料的施工温度（℃）
施工工序
石油沥青的标号
50号
70号
90号
110号
沥青加热温度
160～170
155～165
150～160
145～155
矿料加热温度
间隙式拌和机
集料加热温度比沥青温度高10～30
连续式拌和机
矿料加热温度比沥青温度高5～10
沥青混合料出料温度
150～170
145～165
140～160
135～155
混合料贮料仓贮存温度
贮料过程中温度降低不超过10
混合料废弃温度高于
200
195
190
185
运输到现场温度不低于
150
145
140
135
混合料摊铺温度
不低于
正常施工
140
135
130
125
低温施工
160
150
140
135
开始碾压的混合料内部温度不低于
正常施工
135
130
125
120
低温施工
150
145
135
130
碾压终了的表面温度不低于
钢轮压路机
80
70
65
60
轮胎压路机
85
80
75
70
振动压路机
75
70
60
55
开放交通的路表温度不高于
50
50
50
45
表7.2.4-3SBS改性沥青混合料的正常施工温度范围（℃）
工序
SBS改性沥青
沥青加热温度
160～165
改性沥青现场制作温度
165～170
成品改性沥青加热温度，不大于
175
集料加热温度
190～220
改性沥青SMA混合料出厂温度
170～185
混合料最高温度（废弃温度）
195
混合料贮存温度
拌和出料后降低不超过10
摊铺温度不低于
160
初压开始温度不低于
150
碾压终了的表面温度不低于
90
开放交通时的路表温度不高于
50
7.2.5施工时，试验员按照规范要求对混合料取样、检测，按表7.2.5-1进行质量控制。
表7.2.5-1热拌沥青混合料检测频度和质量要求
项目
检查频度
及单点检验评价方法
质量要求或允许偏差
试验方法
高速公路、一级公路
其他等级公路
混合料外观
随时
观察集料粗细、均匀性、离析、油石比、
色泽、冒烟、有无花白料、油团等现象
目测
拌
和
温
度
沥青、集料
加热温度
逐盘检测评定
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
传感器自动检测、
显示并打印
混合料
出厂温度
逐车检测评定
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
传感器自动检测、显示并打印，出厂逐车检测
逐盘测量记录，
每天取平均值评定
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
传感器自动检测、
显示并打印
矿料
级配
（筛孔）
0.075mm
逐盘在线检测
±2%（2%）
－
计算机采集数据计算
2.36mm
±5%（4%）
－
4.75mm
±6%（5%）
－
0.075mm
逐盘检查，每天汇总
l次取平均值评定
±1%
－
总量检验
2.36mm
±2%
－
4.75mm
±2%
－
0.075mm
每天l～2次，以2个试样的平均值评定
±2%（2%）
±2%
T0725抽提筛分
与标准级配比较的差
2.36mm
±5%（3%）
±6%
4.75mm
±6%（4%）
±7%
沥青用量
（油石比）
逐盘在线监测
±0.3%
－
计算机采集数据计算
逐盘检查，每天汇总l次取平均值评定
±0.1%
－
总量检验
每天l～2次
±0.3%
±0.4%
抽提T0722、T0721
马氏试验：
空隙率、稳定度、流值
每天l～2次，以4～6个试件的平均值评定
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
T0702、T0709
浸水马歇尔试验
必要时
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
T0702、T0709
车辙试验
必要时（以3个试件
的平均值评定）
符合《公路沥青路面施工技术规范》规定
T0719
7.2.6现场施工应配备足够数量的压路机，选择合理的压路机组合方式及初压、复压、终压（包括成型）的碾压步骤，以达到最佳碾压效果。
高速公路铺筑双车道沥青路面的压路机数量不宜少于5台。
施工气温低、风大、碾压层薄时，压路机数量应适当增加。
压路机应以慢而均匀的速度碾压，压路机的碾压速度应符合表7.2.6的规定。
压路机的碾压路线及碾压方向不应突然改变而导致混合料推移。
碾压区的长度应大体稳定，两端的折返位置应随摊铺机前进而推进，横向不得在相同的断面上。
破碎砾石沥青混合料在碾压时，宜采用双钢轮初压+轮胎压路机复压+双钢轮压路机终压的碾压组合，严格控制碾压速度，充分利用高温碾压。
现场采用密度仪控制压实度，避免过压和漏压。
每工作日应对已完成的破碎砾石沥青混合料路面按照频率要求进行取芯检测压实度和厚度。
表7.2.6压路机碾压速度（km/h）
压路机类型
初压
复压
终压
适宜
最大
适宜
最大
适宜
最大
钢筒式压路机
2～3
4
3～6
6
振动压路机
3～4（振动）
4（振动）
轮胎压路机
3～5
5
7.2.7铺筑完成待路面冷却至50℃以下后，方可开放交通。
8安全措施
8.1严格执行国家和地方有关部门下发的关于安全施工的规定，杜绝违章指挥、违章作业、违章操作。
8.2加强安全生产教育，采集砾石要遵守地方河道管理单位的规定，在雨季做好防洪防汛措施。
8.3现场拌和厂的设置必须符合国家有关环境保护、消防、安全等规定。
所有机械
设备的操作，均制定安全操作规程，操作人员必须持证上岗，严禁酒后作业。
8.4现场施工人员必须配备相应的劳动保护用品。
8.5认真做好施工机械设备的日常维护和例行保养，保证机械安全使用性能。
8.6施工现场及材料运输的主要路口、路段设专职交通协管员进行维护，并设置警示标志：
非施工车辆和人员禁止进入现场。
8.7严格遵守用电、用火的相关管理规程。
8.8运送沥青混合料车辆不得超高超载，避免发生事故。
9环保措施
9.1料源的选择必须结合河道整治和防洪需要，选择河滩荒地，并得到地方政府管理部门的批准，不得私采滥挖，破环农田、耕地。
9.2对石料加工水洗现场要设置沉淀池，洗石沉淀后的清水应循环利用，节约水源。
沉淀的泥沙因含沙质材料较多，可作为回填沙坑、道路修补的材料加以利用。
9.3加工场应设置在远离居民区位置，减小噪音扰民。
9.4工程完工时，及时恢复施工现场，清除施工垃圾。
9.5运送沥青混合料车辆采取苫盖措施，避免遗撒。
9.6所有机械设备作业前要认真检查，防止油料泄露污染路面。
9.7定期维护保养设备，保持拌和机除尘设备完好，性能达到环保要求。
10资源节约
本工法充分利用了砾石材料，因地制宜、就地取材，保护了环境，避免了开山采石造成的水土流失和植被破坏，同时，也避免了滚石、塌方、爆炸和炸药流失等采石安全隐患。
11效益分析
我公司承担施工的四川什邡广青路一期、广青路二期等路面工程，采用了破碎砾石沥青混合料施工工法，取得了良好的经济效益和社会。
11.1经济效益分析：
破碎砾石沥青混合料与碎石沥青混合料相比，石料原材料成本降低了40%以上，混合料综合成本降低5.4%，取得了较好的经济效益。
通过表10.0.1-1碎石拌制沥青混合料加工成本和表10.0.1-2破碎砾石拌制沥青混合料加工成本对比，采用破碎砾石沥青混合料每吨可降低成本14.92元/吨。
以广青路一期南段路面工程为例，生产破碎砾石沥青混合料16.5万吨，降低成本约246万元。
破碎砾石沥青混合料集料的开采加工与碎石沥青混合料相比，避免了开山采石所需的矿山租赁、开采等繁琐程序，有效降低了成本。
表11.1-1碎石拌制沥青混合料加工成本
序号
材料名称
用量比例（%）
每吨用量（t）
每吨到场单价（元）
价格（元）
1
沥青
4.2
0.042
4350
182.7
2
矿粉
4
0.04
180
7.2
3
碎石
91.8
0.918
70
64.26
4
每吨混合料加工费
--
--
--
20
5
合计
274.16
表11.1-2破碎砾石拌制沥青混合料加工成本
序号
材料名称
用量比例（%）
每吨用量（t）
每吨到场单价（元）
价格（元）
1
沥青
4.2
0.042
4350
182.7
2
矿粉
5
0.05
180
9
3
碎石
87.8
0.878
40
35.12
4
水泥
3
0.03
330
9.9
5
抗剥落剂
0.068
0.000168
15000
2.52
6
每吨混合料加工费
--
--
--
20
7
合计
259.24
11.2社会效益方面：
我公司精心组织施工，优质、高效地提前打通了“生命线”，为灾后重建创造了条件。
此外，通过应用该工法，能有效地利用天然资源，同时也避免开山取石对自然生态的破坏，低碳、环保、安全，综合社会效益显著。
12应用实例
12.1应用工程
四川什邡援建工程广青一级公路一期路面工程，全长29.7公里，设计上面层为5cm厚细粒式SBS改性沥青混凝土AC-13C，下面层为7cm厚中粒式沥青混凝土AC-20C。
工程于2008年6月22日开工，于10月20日完工通车。
路面工程中全部采用破碎砾石沥青混合料，用量达16余万吨，通车两年来，路面整体质量良好，未出现车辙、拥包、坑槽等病害。
继广青公路一期南段路面工程之后，2009年～2010年期间，我公司先后在广青公路二期道路工程2#标、什邡市恢复发展市政工程2#标等道路工程中，近35公里的一级公路和50公里的城市主干道的路面施工中，均采用了破碎砾石沥青混合料面层。
12.2结果评价
以四川什邡广青公路一期南段路面工程为代表的道路援建工程路面施工中，我公司通过对破碎砾石沥青混合料开展系统研究，充分利用当地资源，采用天然砾石为路用原材料，设计了砾石两级破碎加工、水洗工艺，获得了破碎面率高、压碎值低、级配良好的破碎砾石材料和机制砂材料；通过科学的配合比设计，采用添加抗剥落剂和水泥
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