集料生产设备（精选7篇）
集料生产设备 篇1
引言
港珠澳大桥桥面铺装面积达70万平方米, 是世界上在建规模最大的钢桥面铺装工程。鉴于港珠澳大桥在桥梁建设领域重要的地位及广阔的国际社会影响力, 在钢桥面铺装技术和控制难度大的局面下, 如何确保桥面铺装质量与设计的一致性, 确保钢桥面铺装工程施工质量和使用耐久性成为迫切需要突破的重大问题。
为此, 设计单位在对港珠澳大桥钢桥面铺装使用环境条件进行分析, 包括铺装层温度分布、交通荷载、铺装结构受力变形状态等, 对国内外典型钢桥面铺装使用情况进行深入调查分析, 对典型铺装材料进行对比研究, 重点对浇注式沥青混凝土MA和热拌环氧沥青混凝土铺装进行试验研究分析。在付出大量调查研究及试验工作后, 最终选定采用英国BS1447标准的MA类浇筑式沥青混凝土, 作为港珠澳大桥钢桥面下面层铺装方案。该标准对细集料的分档提出了新的要求, 即将0~2.36mm细集料细分为A料 (0.075~0.212mm) 、B料 (0.212~0.6mm) 、C料0.6~2.36mm) 三档, 而国内的集料加工生产线尚无法生产出满足如此苛刻要求的集料产品。
1 研发背景
2014年, 广东省长大公路工程有限公司中标港珠澳大桥钢桥面铺装工程。为保证高质高量的完成此项工程任务, 第一要务便是解决集料来源问题。着眼于国内钢桥面铺装市场, 未来随着浇注式体系在港珠澳大桥桥面的成功运用, 国内钢桥面铺装市场将逐步摆脱环氧体系一枝独秀的局面, 形成环氧和浇注两分天下格局;浇注式沥青混凝土集料质量标准将会大幅度提高。因此, 着手构建一条集料加工生产线, 无论从眼前需求亦或是长久战略考量, 都是有百利而无一害的选择。
2 设备选型
2.1 项目设想
节能和环保是我国的基本国策之一。为此, 本项目在设计之初, 便决定采用厂内封闭式生产, 从材料入库到成品出库, 皆在封闭式厂房内进行。此举既可保证生产流程满足环保需求, 亦可满足全天候生产作业, 不受外部天气影响。
初步设想。集料加工生产流程, 如图1所示。
其中, 母材选择到二级破碎皆在项目外进行。
2.2 设备配套
2.2.1 破碎设备
鉴于国内集料生产厂设备的良莠不齐, 生产出来的集料也是粒形差、针片状含量高、级配不均匀等特点, 项目选用何种破碎主机来改善这种情况成为重中之重。经多方试验筛选, 立轴式破碎机成为项目的定型产品。立轴破起源于新西兰, 在90年代进入我国, 属于集料生产过程中的三级、四级破碎设备。随着多年的发展, 它目前可分为两大类:闭式转子立轴破和开式转子立轴破。每一种又分为石打铁和石打石两种。经立轴破碎机生产出来的石料, 具有粒形针片状含量低、接近立方体等特点。
项目选用的立轴破采用石打石的方式进行材料破碎、整形, 原理为物料由入料斗进入在电机带动高速旋转的转子中, 物料靠转子表面摩擦力和流道板的作用随转子转动, 同时受离心力的作用向外抛射。当离开转子时几乎达到了转子边缘的线速度, 物料以此速度冲击于破碎腔上的衬板, 约30s后, 由于其结构设定, 衬板会被一层致密的物料覆盖, 而后从转子出来的物料将打在这层由物料覆盖的衬板上, 形成石打石的破碎状态, 从而有效减少衬板的磨损。随后, 逐渐失去动能的物料颗粒靠重力自落排出破碎机, 进入筛分设备。破碎设备的示意图, 如图2所示。
2.2.2 筛分设备
项目的难点在于将0~2.36mm细集料细分为三档, 且每档集料的应洁净、干燥、无杂质, 并有适当的颗粒级配。在多方了解振动筛的原理、技术参数和当前趋势后, 项目选定空气筛加概率筛的筛分组合。
空气筛技术是采用风选技术和振动筛分技术的干法集料制造筛分技术, 如图3所示。设备由一台大功率鼓风机和高效率振动筛组成。鼓风机吹出的强风可将小于0.075mm的粉尘吹入除尘设备, 同时也可将石料更加均匀地吹洒在振动筛网上, 增高其筛分效率。经过空气筛筛分后的骨料, 将分为两档。其中, 粒径大于2.36mm的骨料将再次进行输送至破碎机进行破碎, 而0~2.36mm粒径规格的骨料间将被输送至概率筛进行分档。
二次筛分所采用的机器为概率筛。该设备采用一种全新的激振方式, 通过一对特殊结构的振动电机把振筛以往的直线往复运动转换为高频、小振幅的摆动。每一层筛网激振装置在振动电机的驱动下使振动臂对筛网进行高频、小振幅激振, 从而使物料在筛网上不断做抛物状运动, 达到筛分目的。经由概率筛筛分后的物料将分为ABC三档, 并进入骨料包装设备。
2.2.3 包装设备
为保证成品料的存储干净无污染, 方便成品料运输, 项目最终采用袋式包装作为成品料的存储方式。经破碎筛分后, ABC三档集料将分别由皮带输送机及螺旋输送机将其传送至物料提升机。同时, 在AB两档集料的出料口设有集料比例调节阀。通过调节此阀门, 可以获取理想的三档集料产出比。最后, 经由提升机输送的物料将会进入包装机原料暂存仓, 随后将由人工进行操作打包。项目所采用的包装机为半自动包装设备, 由人工进行挂袋。在物料重量达到预设值时, 物料将自动脱钩, 并由工人进行扎口封紧。
2.2.4 除尘系统
项目集料加工过程采用的是干法除尘, 除尘器选用离线脉冲除尘器。它的优点是除尘效果好, 应用广泛, 占地面积小, 维修保养方便。在大功率引风机作用下, 经布袋过滤后的粉尘排放量实测值为0.6mg/m3, 低于国家标准 (GB4915-2004) 的1.0mg/m3排放值。同时, 从原材料运输到原材料包装, 每一环节都设计了除尘风管。在包装机出料口上方, 本项目还另外添加了一套独立可控的小型除尘设备, 彻底解决了粉尘逸散问题。在两套除尘系统的作用下, 保证了生产车间无尘化生产。粉尘经除尘器过滤后储存到粉罐, 再通过罐车运输集中处理。
2.2.5 质量管控
众所周知, 国内众多集料加工厂之所以无法生产出高品质集料, 一方面是因为设备配套陈旧落后, 另一方面是开放式生产过程中没有严格的质量管控体系。项目着眼于新标准、新规范下的集料市场, 以质量为本, 在制订一系列管理细则后, 通过科技手段来为集料产品质量做后盾。具体方法, 成品打包后, 项目为每包成品集料配置一张电子身份证, 如图4所示。电子身份证所包含的信息有本包集料的原材料信息、成品信息、检测信息以及生产信息。实现这样一种功能, 则需通过互联网技术。工作人员将每包成品集料的各类信息输入到本项目的质量管控系统中, 在成品打包过程中, 工作人员通过包装机操控位设立的工位机, 将各类信息录入到每包成品集料的电子身份证中, 从而完成全套工序。简而言之, 日后本项目可对每包成品集料的质量负责, 同时可追责到个人。结合严格的管理制度, 有助于杜绝生产过程的不规范, 保证集料的高品质。
3 产品质量
产品质量情况, 如表1所示。
经验收检测, 本项目所产集料完全达到了英国BS1447:1988标准对集料的要求。
4 结语
通过本项目的顺利建设使用及所产集料在港珠澳大桥的成功应用, 证明了以“大型化、工厂化、标准化”建设集料加工生产厂是符合现代化生产管理要求的一种模式。本项目的建设, 填补了国内高端品质集料的空白, 打破了高端集料依赖进口的格局, 规范了行业标准, 对我国高等级路面发展起到了一定的推动示范作用。
摘要：本文介绍广东省长大公路工程有限公司在中标港珠澳大桥钢桥面铺装项目后, 面对桥面铺装集料短缺的问题, 如何在短时间内进行设备选型配套, 建设出可生产高品质集料的生产线的概况。通过此集料套生产线的配置, 解决了在环保要求日趋严格、机制砂逐步取代河沙的环境下的高品质集料短缺的问题, 为集料加工行业的发展起到了一定的推动指引作用。
关键词：港珠澳大桥,工厂,集料,破碎,筛分
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集料生产设备 篇2
目前, 煤矸石烧结多孔砌块、粉煤灰加气混凝土砌块和混凝土小型空心砌块是吉林省新型墙体材料的主导产品, 其中, 按照当地相关资源的供应情况, 可以采用多种粗细集料为原料的混凝土小型空心砌块还有很大的发展空间。
吉林省圣翔建筑材料有限公司始建于2011年8月, 总投资1.5亿元, 分二期建设, 厂区占地面积5万m2, 具有年产40万m3环保型混凝土空心砌块等多品种系列产品的生产线, 于2012年5月成功开始试生产。企业投资方看好利用长春地区的热电厂煤渣资源生产轻集料混凝土空心砌块的广阔市场前景, 该环保利废项目立项得到国家发展和改革委员会、工业和信息化部的支持, 主要生产设备引进了日本虎牌 (Tiger) 机械有限公司的全自动混凝土制品成型设备, 使整条生产线完全实现自动化, 较大程度保证了的生产质量和生产效率。
其中, 该企业生产的煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块的内部结构设计和生产过程新颖独特, 主要用于框架结构的非承重外墙体, 可满足严寒地区第三阶段围护结构建筑节能65%的要求, 大幅度提高建筑物的居住舒适度, 可替代使用外墙外保温结构, 因而避免了外保温表面饰面层常出现的开裂、渗漏和脱落问题, 解决了有机保温材料与建筑物主体不同寿命的难题。该复合砌块施工方便, 可降低工程造价。复合砌块的砌筑方法和普通砌块基本相同, 施工速度快, 工效较高, 它与EPS外墙外保温技术进行比较, 优势为墙体砌筑与保温层同时完成, 无二次室外作业, 简化施工程序, 缩短工期, 可确保工程质量。
1原材料
1.1原料要求
1.1.1碎石
要求碎石连续粒级的公称粒级5~10 mm, 表观密度约2700 kg/m3, 干堆积密度约1260 kg/m3, 含泥量和针片状颗粒含量等指标应符合GB/T 14685—2011《建筑用碎石、卵石》有关规定。
1.1.2煤渣
目前煤渣已成为仅次于粉煤灰的电厂主要工业固体废弃物。在某些地区, 煤渣的应用还未引起足够重视, 仍在大量积存, 其利用率远低于粉煤灰。
长春热电二厂的煤渣原料粒径分布见表1。但是某些地区热电厂原状煤渣颗粒可能偏粗, 需要磨细, 煤渣细度应与混凝土的细集料天然粗砂接近 (细度模数为3.7~3.1) , 但不宜过细。煤渣的绝干体积密度宜为714~893 kg/m3, 作为混凝土的轻集料, 它的绝干体积密度与较大密度的陶粒 (300~900 kg/m3) 相近。统计表明, 各个地区煤渣粗细程度差别很大, 一般情况, 要求原状煤渣或者磨细煤渣的最大粒径小于5 mm;如果煤渣较粗时, 应考虑砌块薄壁孔洞和肋厚尺寸的影响, 原状煤渣或者磨细煤渣的最大粒径应小于10 mm。煤渣的烧失量等指标应符合GB/T 17431—2010《轻集料及其试验方法》有关规定。
1.1.3粉煤灰
可以采用Ⅱ级粉煤灰, 但为了节约优质灰以及降低成本, 一般采用低等级粉煤灰, 如Ⅲ级灰 (或者技术性能接近于Ⅲ级灰) 。粉煤灰的技术要求应符合GB 1596—91《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定, 但含水量不作规定, 其中45 μm方孔筛筛余量不大于45%, 烧失量不大于15%, 以限制未燃尽碳的含量, 以免碳含量过多使粉煤灰的活性组分减少并导致小型空心砌块强度降低。如果采用低于Ⅱ级的粉煤灰, 应考虑适当增加粉煤灰的用量 (超量系数 δc=1.3) [1]。
1.1.4水泥
采用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。
1.1.5生石灰
要求生石灰中CaO和MgO总含量不少于75%, 1 mm筛筛余不大于1.5%, 技术指标应符合JC/T 480—92《建筑生石灰粉》的规定。由于相对应的粉煤灰不是主要原料, 根据粉煤灰的质量情况, 亦可不使用硫酸盐激发剂, 以降低成本。
1.1.6高效减水剂
采用萘系FDN型, 掺量为水泥用量的0.5%~1.0%。技术指标应符合GB 8076—2008《混凝土外加剂》的规定。
1.1.7聚苯乙烯型材
自熄型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料应具备质量轻、结构均匀、 导热系数低、吸水率较小、机械强度高和耐冲击性能较好等特点。根据GB 10801—1989《隔热用聚苯乙烯泡沫塑料》, 应不低于Ⅱ级聚苯乙烯泡沫塑料的技术要求, 表观密度不小于20 kg/m3, 抗压强度在0.15 MPa以上。按照设计要求加工成型材。
1.2配合比设计
原材料质量比为:碎石10%~25%、煤渣30%~70%、粉煤灰15%~35%、水泥12%~16%、生石灰2%~4%;减水剂适量; 水固比为0.14~0.16。
2生产工艺过程的优化
以邻近的辽宁省为例, 2009年10月辽宁省建筑材料监督检验院受辽宁省质量技术监督局的委托, 对沈阳、大连、鞍山等9个地区生产的轻集料混凝土小型空心砌块进行了质量抽查, 共抽查了60个企业 (全部采用煤渣为原料) 生产的产品。检测结果表明, 仅抗压强度问题就占受检总数的70%左右[2,3], 其它质量问题也较为严重, 这些基本问题的频繁发生应引起我们高度重视。
2.1煤渣的来源
煤渣是指燃煤灰渣的简称, 亦可称为炉渣。其中炉渣也包括以块煤为燃料的工业和民用锅炉, 以及冬季采暖锅炉排放的固体废弃物。燃煤灰渣主要有粉煤灰、沸腾炉渣和流化床固硫灰渣 (简称固硫灰渣) 等。粉煤灰和沸腾炉渣是人们比较熟悉的2类燃煤灰渣。固硫灰渣是指含硫煤与固硫剂 (通常为石灰石) 以一定比例混合后在循环流化床锅炉内经850~900 ℃ 燃烧固硫后所产生的固体废弃物, 固硫灰渣成分特殊, 不宜用于生产墙体材料的原料[4]。
火电厂以磨细煤粉为燃料, 平均粒径约50 μm, 小于10 μm和大于100 μm颗粒占煤粉总量的10%左右, 制粉系统磨制的细煤粉, 经燃烧器与送煤粉的一次热风一起喷入炉膛, 煤粉与助燃热空气在炉膛内强烈混扰和悬浮燃烧, 大约经几秒钟的时间就完成了燃烧过程。燃烧室内收集的炉底灰和粗灰约占灰渣总量的10%, 其余经电收尘器收集的粉煤灰占90%左右[5]。
沸腾锅炉燃烧温度均在1000℃以下, 远低于煤粉炉的1400℃, 因此粉煤灰是在高温流态化条件下形成的。而沸腾炉渣生成温度较低, 不会出现较强致密组织, 造成沸腾炉渣表面结构疏松, 吸水性较强。低钙粉煤灰中Al2O3在较高温度下 (1400℃) , 主要形成低活性的莫来石的结晶相, 而沸腾炉渣的Al2O3在较低温度下 (850~900℃) , 主要形成较高活性的偏高岭石。从而使沸腾炉渣的活性明显高于粉煤灰[6]。因此, 本项目的煤渣轻集料是指上述炉底灰 (炉底渣) , 无论是否需要磨细, 其细度远大于粉煤灰, 使它的潜在活性难以发挥, 可看作惰性轻集料。
2.2粗细集料的颗粒级配
本项目的煤渣轻集料作为主要原料, 可看作全部取代天然河砂细集料使用, 并添加少量碎石以弥补粗集料的不足。因此, 粗细集料的适宜颗粒级配可参考表2的美国和日本普通混凝土小型空心砌块推荐标准的内容[7]。
从表2可以看出, 煤渣轻集料的合理颗粒级配应略粗于天然粗砂, 并允许掺加少量粒径小于10 mm的其它粗集料; 如果某一个地区热电厂煤渣颗粒太粗, 应进行磨细处理, 但粒径不宜过细, 并可以不掺加其它粗集料。显然, 上述合理的粗细集料颗粒级配是正确解决小型空心砌块产品的抗压强度、 抗冻性、吸水性、干缩裂缝和其它耐久性等问题的基础。
2.3养护方式
如果采用自然养护, 周围环境的湿度是保证混凝土砌块中水泥正常水化的重要条件。如湿度过低, 混凝土表面会失水, 迫使内部水分向表面迁移, 在混凝土中形成毛细管通道, 结构疏松, 使混凝土的密实度、抗冻性、抗渗性下降, 砌块强度较低;或者混凝土表面产生干缩裂缝, 也影响表面质量和耐久性。生产企业采用自然养护, 很难严格按自然养护工艺的相关要求进行操作, 砌块质量受气候影响较大。企业砌块堆放场地可能无防雨和排水措施, 造成砌块相对含水率超标, 加之砌块强度偏低, 致使砌块砌筑完毕后由于干燥收缩造成墙体开裂。
露天养护时, 需在砌块坯体表面覆盖草垫或塑料薄膜等遮盖物, 并定期浇水养护。当环境温度低于4℃时, 不得浇水养护。因此, 自然养护属于北方企业夏季简易生产方式, 正规的大中型企业应采用蒸汽养护方式, 可保证较长的生产周期和稳定的砌块质量。
3生产工艺过程
3.1生产工艺流程
煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块在模振成型阶段, 先将预制的阻燃型聚苯乙烯保温型材放入模箱中, 再浇注煤渣轻集料混凝土拌合物, 振动成型后经养护, 使保温层、 结构层和面层成为一个整体。生产工艺流程见图1。
3.2生产工艺过程和主要机械设备的特点
3.2.1生产工艺过程的特点
(1) 该生产企业建有仓储和配料用的全封闭大棚, 用于储存碎石、煤渣、粉煤灰和生石灰等原料, 使原料含水率较小并免受冬季大块冰冻的干扰, 以保证混凝土拌合物和砌块成品质量的稳定可靠。
(2) 国内一般的相应墙材企业年人均劳动生产率约为15万标块, 仅为国外先进水平的1/25左右[8]。但该企业生产自动化水平较高, 采用PLC技术集成为一个全自动化系统, 自原材料输送、计量、加水、搅拌、制品成型、湿成品输送、湿成品养护、成品输送、成品码垛完全实现自动化, 保证了产品的生产效率和质量。在设备稳定运行的情况下, 整条生产线仅需4名操作员就可维持正常生产。
(3) 煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块采用类似二排四孔的砌块设计型式, 但在布料之前, 在模箱内首先由一层自熄型阻燃聚苯乙烯泡沫塑料型材就位于固定位置, 从而占据其中的一排二孔的空白空间 (保温型材的厚度大小和厚度方向的型材数量, 还可根据保温标准要求进行调节和变化) , 再经布料和振动成型, 养护后复合砌块中间层的高效保温材料层利用两侧各8个燕尾型榫槽结构 (企口) 分别与两侧的混凝土层形成可靠联结, 三层构造一次成型。
(4) 该企业自制适合严寒地区的常压蒸汽养护窑, 成本低, 而效果较好, 避免了南方某些养护窑产品可能的水土不服现象。该养护窑为长条形隧道窑型式, 内侧设有带孔的蒸汽管, 顶部设有蝶阀的排气孔, 用于排湿和排汽, 底部设有冷凝水排水沟, 墙壁外侧采用聚苯板外保温方式, 门的外侧为纯棉门帘密封, 保温封闭效果较好。
3.2.2主要机械设备特点
采用先进水平的混凝土砌块模振成型设备, 由日本虎牌机械有限公司的全资子公司中国天津虎牌美泰科机械有限公司生产。该设备可生产上百种制品, 包括各类多孔、盲孔砌块、 节能保温砌块、承重砌块、劈裂砌块、装饰墙砖等墙体砌筑材料;园林挡土砌块、彩色地砖、路缘石、植草砖、透水砖、园艺砖、境界石、重载铺地砖等地面工程材料;水工砌块、护路护坡砌块等环保工程材料。
M-8型成型机是先进和经济的模振设备, 配有强有力的振动电机和虎牌公司独有的旋转扒料器。适用于粉煤灰等多种原料, 原料进入模箱迅速而平稳, 布料时间短且均匀, 成型速度快, 产品密实度高。设备设计结构简捷而厚实, 操作简单, 寿命长, 维护保养费用低。
该成型设备配有可调振动器, 并可以手动调频调幅或遥控自动调频调幅, 为生产出省时、水泥耗量低的高质量砌块创造了条件。并安装有横向拉孔装置。成型机可以快速换置模具, 采用手动方式或自动方式, 全过程最快只需2 min。成型机装有先进的控制技术, 整条生产线的生产过程可用图形表示, 并配有电子自动诊断和清除故障控制盘, 使操作运行简便、有效安全。另外, 使用垂直二次布料系统, 可以节省一半以上为达到彩色装饰效果所花费的昂贵的原材料成本, 同时砌块强度不变。并配有高成品率劈裂机, 大大提高了劈裂块的成品率。
采用的M-8型成型机还配有托板运送系统和码垛系统, 主要技术经济指标为振动电机2台或4台, 单次砌块成型数量8块, 成型速度11~13 s, 砌块生产量2600块/h, 年生产量17.5万m3。
4产品性能和经济技术分析
4.1产品性能
目前, 吉林省地方标准规定长春地区 (严寒地区) 的新建住宅工程应满足建筑节能65%的外墙传热系数限值要求, 当体型系数Sc≤0.3时, 建筑节能65%的外墙主体部位传热系数限值为0.45 W/ (m2·K) 。
煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块的主规格为390 mm×190 mm×190 mm, 采用390 mm×190 mm×190 mm+ 390 mm×190 mm×190 mm砌块组砌方式, 自保温复合砌块墙体的传热系数和产品性能见表3。吉林省建筑材料产品质量监督检验站按照GB/T 4111—1997《混凝土小型空心砌块试验方法》对该产品进行检测 (其中放射性按照GB 6566—2010 《建筑材料放射性核素限量》进行检测) , 结果为合格品。
该企业以煤渣轻集料为主要原料生产的普通型混凝土小型空心砌块计有11种规格。此外, 利用先进砌块成型设备、模具和金属刀具优势, 设计开发出掺加无机颜料 (普通型) 的彩色吸声隔音砌块、装饰砌块、转弯劈裂砖、彩色劈裂砖、荷兰砖、荷兰花格砖、透水砖、盲道盲点砖、波浪砖、地砖等符合市场需求的多品种系列产品, 共有建筑砌块、马路方砖、护坡水工砌块、挡土墙、路牙石等5大系列化的优势商品。其中, 彩色或普通色的混凝土劈裂砖为新型产品 (非传统陶瓷类劈裂砖) , 可用于外墙装饰、挡土墙和步道砖等部位, 该砖由相互咬合的凹凸两个部分所组成, 有浑厚、大气、朴素、自然的新颖装饰效果。
4.2复合砌块成本和墙体直接造价分析
按企业年产40万m3煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块进行测算。普通砌块所用原料进厂价114.86元/m3 (砌块) , EPS板原料65.52元/m3, 动力、工资费27.25元/m3, 财务费用12.40元/m3, 资产折旧费19.0元/m3, 税金5.0元/m3;由于仅废料之一的煤渣用量就超过30%, 可以享受国家减免增值税政策, 该砌块合计成本244.03元/m3, 销售价格285元/m3, 利润40.97元/m3, 则利润可达1638.8万元/年。
自保温复合砌块主规格390 mm×190 mm×190 mm, 价格为285元/m3, 390 mm厚墙体每m2墙体的复合砌块用量为0.38 m3, 该墙体直接造价为130.0元/m2, 可达到节能65%的要求;如果采用内部无保温层的普通型混凝土小型空心砌块 (390 mm×190 mm×190 mm) , 价格为255元/m3, 普通型墙体 (390 mm×190 mm×190 mm+390 mm×190 mm×190 mm) 直接造价117.6元/m2, EPS外保温直接造价96元/m2, 则普通型混凝土空心砌块与EPS复合墙体的直接造价为213.6元/m2, 也同样可达到严寒地区建筑节能65%的要求。因此, 自保温复合砌块墙体方案较后者直接造价低83.6元/m2。另外, 假如分别满足严寒地区建筑节能50%和65%的要求, 随着建筑节能标准要求的提高, 对于外墙外保温技术, 上述普通墙体材料和EPS板的厚度可能都要增加;因此, 假如这2种内部构造型式的复合砌块墙体分别与相应的外墙外保温技术进行比较, 直接造价的差距可能进一步增大[9]。
5结语
(1) 煤渣轻集料混凝土自保温复合小型空心砌块有效利用低品质工业废料煤渣 (成本以运费为主) 为主要原料, 原料处理和混合料配合比较为合理, 采用新颖的生产工艺设计理念和先进的混凝土砌块成型设备, 生产自动化水平较高, 为保证产品质量、生产效率和开发符合市场需求的多品种系列化产品, 打下坚实的基础。
(2) 该自保温复合砌块提高了砌块产品的附加值, 相对降低了用户的使用成本。其内部构造由高效保温层材料层、结构层和保护层组成为一个整体, 是集保温和建筑围护功能为一体的外墙材料。施工时墙体的结构与保温部分同时完成, 不需要进行二次施工。产品的热工性能优异, 满足当地严寒地区建筑节能65%的外墙传热系数限值的要求, 块型设计独特, 消除墙体冷桥产生的隐患, 并有根据需要进一步改善产品热工性能的潜力。按照经济技术分析, 企业的经济效益和社会效益显著。
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沥青-集料粘附性研究综述 篇3
关键词：水损害,沥青,集料,粘附性
随着我国运输业的发展,我国对高等级公路的使用质量要求也越来越高。沥青路面有着混凝土路面不可替代的优势,占据着高等级公路90% 以上的比例。但是在沥青路面使用过程中,道路行驶车辆超速、超载现象频繁出现, 已建公路养护力度不够,导致大量不同等级的公路出现了不同程度的破坏。据调查显示,对于大多数沥青路面来说, 他们的整体结构和其性能并未发生严重破坏,路面的主要破坏主要是表面层出现了坑槽、滑移、剥落和开裂等常见病害。根据相关研究表明,沥青路面的早期损坏70% 以上直接或间接与路面的水稳性相关,即是由水损害引起的 [1]。
水损害带来的不良影响早已引起各个国家的关注。美国SHRP路面长期使用性能专家组、加拿大运输协会和我国“八五”攻关计划专家等都针对水损害问题进行了专项研究,并取得了令人瞩目的成果[2]。
针对水损害问题,各国学者从沥青混合料级配、沥青- 集料粘附性及其改善措施、路面结构和路面排水设施等各个相关方面进行了深入研究。沥青- 集料粘附性是沥青混合料抵抗水损害的前提条件,它不仅直接影响着整个沥青路面的初期使用性能,还影响着沥青路面的长期使用效果。为了提高沥青路面的整体水稳定性,防止沥青混合料水损害的发生,本文着重从沥青- 集料粘附性方面来进行综述。
1沥青混合料水损害机理分析
水损害是指沥青路面在有水存在的状态下,经过外界荷载和环境因素的影响,水分逐渐渗入到沥青或沥青与集料的界面上,使得沥青- 集料粘附性降低直至丧失粘结力, 从而引起沥青路面出现拥包、松散、坑槽、裂缝等损害现象。水损害不仅是一个短期路面损害现象,而且还是一个长期影响路面性能的病害。
沥青混合料水损害主要有两种机制:一种是随着行车荷载的碾压,沥青膜与集料之间的界面和集料与集料之间造成了剪切破坏,使得水分侵入沥青与集料表面微裂缝等进入界面使得沥青和集料间的粘附性逐渐丧失最终失效从而导致沥青膜从石料表面脱落;水损坏的另一种机制是水分通过吸附、置换、乳化、扩散等作用渗透入沥青,导致沥青胶结料自身的粘聚强度降低,最终水分穿透沥青膜进入混合料界面内部而导致水损坏。沥青路面水损害是一个复杂的过程,在破坏过程中这两种机制是共同作用相互促进的并存体系。故在研究水损害发生进程中,有必要去研究粘结破坏与粘聚破坏这两种机制各自所占据的比例以及在各个破坏阶段对破坏的影响大小。
2沥青与集料粘附理论研究[3,4,5,6]
由于沥青与集料的粘附性是沥青混合料抵抗水损害的基础,同时也直接影响着沥青混合料的使用质量和耐久性, 为了提高路面水稳定性,防止沥青混合料水损害的发生, 学者们从沥青与集料粘附作用机理方面进行深入研究,到目前为止已形成一定的理论。
2.1力学理论
力学理论认为沥青- 集料粘附性来源于两者之间的分子力作用。沥青与集料之间的分子力和集料的表面积密切相关。从微观角度来看,集料表面是粗糙多孔、高低不平的,这种物理性质增加了集料的表面积,从而使得沥青和集料的粘结面积变大,提高了沥青与集料总的粘结力。同时由于微裂缝和空隙分布在集料表面,沥青在裹附集料时渗入这些微裂缝和空隙,待沥青凝结硬化后,沥青与集料之间形成机械咬合力,增加了两者之间的粘结力。
2.2化学反应理论
化学反应理论认为,沥青- 集料粘附性主要来源于沥青与集料表面物质发生化学反应。目前的研究多集中于酸碱反应理论,即沥青中的酸性成分与矿料表面的碱性物质发生了反应,形成新的化学键而产生粘附。酸性集料缺乏碱性物质而导致与沥青的粘附性较差,这也是目前普遍认为碱性集料和沥青粘附性比酸性集料好的原因。
2.3表面能理论
表面能理论认为,沥青- 集料粘附性是来源于沥青浸润矿料表面能量作用。当沥青裹附集料时,由于沥青和集料相互接触吸引而产生能量交换。在测试水和集料、沥青和集料的表面能时发现水能够更好地浸润集料,故而易导致沥青- 集料粘附性降低而破坏。
2.4分子定向理论
分子定向理论认为,沥青- 集料粘附性来源于沥青中的表面活性物质和矿料表面极性分子之间定向吸附作用。 当沥青裹附与集料表面时,沥青中的活性成分(酚类、羧酸类、亚砜类、砒啶类等)率先与集料表面的极性分子形成吸附形成力场,从而使得非极性分子获得定向排列能力构成沥青膜表面吸附层。
2.5静电理论
静电理论认为,沥青- 集料粘附性来源于沥青与集之间的静电引力作用。沥青、集料这两种性质差别很大的物质之间形成一个电容器模型,当它们亲密接触时使之充电, 形成了电层之间的作用力即静电引力,使沥青与集料粘附在一起。
综合分析以上5种理论,它们各自从不同的角度对沥青与集料的粘附机理做出了一定的解释,每一种理论都有着自己独特的见解,但是除了表面能理论目前在研究中能够定量的分析其粘附性大小,其余只是从定性的角度来解释。从原理上来看,上述理论之间是有着互通之处的。比如力学理论中的粘附和表明能理论中的浸润、化学反应理论中酸碱活性中心和分子定向理论中的极性分子定向吸附以及静电理论中引力吸附,它们之间有着不可分割的关联性。故在用理论去解释沥青- 集料的粘附机理时,不能用单独的理论去分析,必须综合考虑,合理利用,这样才能更好地解释清楚沥青- 集料粘附作用。
3沥青- 集料粘附性影响因素研究
3.1沥青
沥青作为沥青混合料一主要成分,它的各项性能对沥青- 集料粘附性的影响也有着不可替代的作用。目前对于沥青性质对粘附性的影响因素主要有化学组分、粘度、酸值、电性能等。
1)国内研究表明沥青- 集料的粘附性是胶质和沥青质决定的[7]。而国外通过对沥青官能团的分析表明沥青中的化学成分对集料的吸附性能由强到弱排列为:羧基>亚砜>嘧啶类>酚>吡咯烷>酮[8]。但是沥青中化学成分与集料吸附性能力强弱并不能代表其抗水损害能力。在后来的研究中发现羧基确实对集料吸附性最强烈的,同时也是最容易被水置换的,而吡啶型官能团却能降低沥青混合料的水损害[9]。
2)沥青粘度与沥青- 集料粘附性两者之间并没有良好的相关性,但是对于同样的沥青和集料来说,沥青的粘度越大,沥青- 集料的粘附性越好[10]。
3)由于沥青中的酸性成分多于碱性成分,故在研究中表明在一定限制范围内,随着沥青酸值的增大,沥青- 集料的粘附性越好[11],这同时也说明了碱性集料比酸性集料与沥青粘附性好的原因。
4)沥青的电性能取决于沥青表面中的活性成分,而沥青中活性最大是沥青质和胶质中的沥青酸与沥青酸酐, 所以沥青中沥青酸和沥青酸酐越多,沥青的电性能越好, 粘附性越好[12]。这同时也验证了在一定范围内,沥青酸值越大,粘附性越好的结论。
3.2集料
集料作为沥青混合料又一主要组成成分,它的各项性能对沥青- 集料粘附性有着十分重要的影响。从目前的研究来看,集料的化学成分、酸碱值、表面构造以及表面电荷等因素对沥青集料的粘附性影响较大。
1)铝、铁、镁、钙等元素的存在对沥青- 集料的粘附性有贡献,但钠、钾等元素的存在会降低沥青- 集料的粘附性[13];
2)碱性较强的集料与沥青的粘附性好,酸性集料与沥青的粘附性差;
3)表面粗糙、富有棱角的集料,有利于混合料内部形成嵌锁结构,增大与沥青的接触面积,从而提高沥青与集料之间的粘附性能[14];
4)当矿料表面 ζ 电位为正值时,其值越大,沥青- 集料的粘附性越好,当矿料表面 ζ 电位为负值时,其绝对值越大,沥青- 集料粘附性越差[7]。
3.3水
从沥青混合料水损害机理中,可以发现水作为路面水损害发生的必要条件,它在沥青中的渗透行为之间影响着沥青及沥青- 集料界面的性能。水在全球范围内普遍存在, 只要有水存在,那么沥青路面就有可能发生水损害。它通过对沥青的渗透降低沥青粘度,甚至渗透到沥青- 集料的界面,导致水损害。从无水到有水的状态,沥青- 集料破坏现象是从沥青破坏转变为沥青- 集料界面破坏即从沥青内聚力破坏转变为沥青与矿料的界面粘附破坏[15,16]。沥青是个复杂的化合物,而水在沥青中扩散更是一个复杂的过程,到目前为止,多采用红外光谱- 衰减全反射和电化学阻抗法来研究水在沥青中的扩散。国内魏建明博士采用此方法研究水分在沥青中传输过程,通过试验和理论分析将水分在沥青中的扩散可以分为2个阶段:水分与沥青作用形成扩散通道的阶段和水分在沥青中较快扩散的阶段,并把水分在沥青中形成扩散通道这一阶段作为整个扩散过程的速度控制步骤[17]。
在沥青和集料性质研究中,还有对其表面能的研究, 但归根结底,表面能的大小都是与其原材料性质息息相关的。沥青、集料和水是影响沥青- 集料粘附性因素中主要的元素,它们对粘附性的影响可以从粘附理论中寻找到各自的依据。在分析沥青- 集料粘附性影响因素中,它们是不可避免的,在以上综述中可以发现目前对于原材料对沥青- 集料粘附性的影响还是多集中于定性分析阶段;对于其他因素如荷载、空气氧化等在分析粘附性时也是不可避免的。故在以后的研究中,希望能够结合外在环境条件对沥青- 集料粘附性进行综合分析。
4结语
沥青- 集料粘附性是沥青混合料性能研究中一个极其重要的部分,它不仅影响着沥青路面前期的使用性能,而且关乎着沥青路面的长期性能。本文从沥青混合料水损害机理、沥青- 集料粘附理论以及其影响因素方面进行了综述。可知沥青- 集料粘附性能影响着路面的使用性能及寿命,同时沥青- 集料粘附性能影响因素多且复杂,故在以下几个方面还需进行深入的研究。
1)研究沥青与集料之间的粘结破坏与粘聚破坏这两种机制在各个破坏阶段对沥青混合料破坏的影响大小;
2)水在沥青中的扩散过程还需进一步深入研究,挖掘其原因,例如水与沥青成分的亲和反应;
3)沥青- 集料粘附性相关原材料影响因素在水等外在环境因素的作用下对粘附性的影响程度;
4)考虑外在环境因素,对沥青混合料抵抗水损害的长期性能研究;
5)沥青- 集料粘附性相关影响因素之间的联系和综合影响研究;
6)表面能理论在实际工程中的运用研究。
广西石灰岩集料特性调研 篇4
关键词：道路工程,矿产资源分布,石灰岩,集料特性
1 广西石灰岩地区分布特点
广西地区石灰岩一般可以分为三种:硅质石灰岩、泥质灰岩、纯质石灰岩。
1.1 纯质石灰岩类
纯质石灰岩类的石山分布面积为1万5平方公里左右, 占整个广西地区裸露石山面积的1/3左右。其中多分布在都安峰丛区以及桂林阳朔一带。
1.2 硅质石灰岩类
该种石灰岩构成的石山分布面积达27841.15平方公里, 占广西地区裸露石山面积的60%, 几乎所有县市均有分布。其中以都安、梧州、北部湾、柳江、融安、南宁等分布最多, 面积均达1000平方公里以上。
1.3 含泥质灰岩
由石灰岩夹砂页岩或火成岩构成的石山丘陵面积约26580.45平方公里, 占整个广西地区面积的23%。主要分布在南丹、河池、鹿寨等地区[1]。
广西的石灰岩有矿区岩层厚度大、岩质优的特点。截至2010年底, 广西省已探明的矿床地共109处。其中大型18处, 中型41处, 小型36处, 矿点20处, 累计探明储量共46亿吨。广西地质调查院罗允义研究表明广西地区现已探明储量的石灰岩矿床有大型16处、中型31处、小型25处, 并综合地质法和遥感法调查发现, 石灰岩总面积达到了5万多平方公里, 占广西总面积五分之一, 估算总量达7.2万亿吨。引进遥感技术重新进行广西石灰岩分布区圈定和资源量估算, 相关统计结果如下表1所示[2]。
2 广西石灰岩的集料性能
如果将石灰岩石料作为沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的路用材料, 那么一般来说评价石灰岩的指标主要有:抗压强度、压碎值、坚固性、洛杉矶磨耗损失和磨光值等。本文有代表性的选取了广西各个不同地区石场生产的石灰岩粗集料, 进行了一系列的粗集料物理力学性能调研, 分析石灰岩作为路用材料的可行性和适用性。
2.1 抗压强度
抗压强度, 是能够反映石灰岩相关性能的关键参数之一, 决定了矿石的坚硬与否。一般认为石灰岩岩质中二氧化硅等含量比玄武岩少, 其抗压强度比玄武岩相对较低, 因此施工单位偏好使用密度更大, 硅质矿物含量更高的玄武岩。表2为广西主要石灰岩矿场的岩石抗压强度。
从以上图表可以看出, 对广西地区大量石料场的石灰岩的抗压强度值进行汇总, 最大抗压强度为126.5Mpa, 最小的仅仅为82.1Mpa, 不过这依然大于规范要求的60MPa, 属于比较坚硬的岩石, 可以用于高速公路的使用条件。
2.2 坚固性能
高速公路表面层的集料长时间暴露在外界环境, 虽然有沥青膜保护, 但是集料本身还是要受自然环境对它的侵蚀, 使集料内部发生较大的物化反应, 岩石本身会发生风化, 破碎和松散, 影响了面层的耐久性。规范中采用集料坚固性试验来模拟集料在硫酸钠溶液多次浸泡与循环作用下抵抗硫酸钠结晶的能力, 测定石灰岩集料安定性。《沥青路面施工技术规范》中对路用石料坚固性做出了明确的要求。不管是高速公路还是一级公路, 或者等级比较低的公路, 这些公路所使用的集料的坚固性都应≤12%。
结合调研的广西地区各石料场的石料坚固性进行统计可得, 该地区石料的坚固值在2.97%-6.2%之间, 大大低于规范12%的限值。所调研的石灰岩坚固性都能满足沥青路面施工技术规范中的要求。由此可以推出:广西地区石灰岩应用于沥青面层中时, 在坚固性这一方面是满足规范要求的。
2.3 压碎性能
在机械荷载逐渐增大的情况下, 石料抵抗压碎的能力即为集料压碎值。它是集料的一种力学指标, 其值越大, 其在公路工程中的适用性就越好。《沥青路面施工技术规范》对所用石料的压碎值做出了明确要求。对于高速公路及一级公路的表面层, 石料的压碎值应该≤26%;其他面层所用石料的压碎值≤28%。长沙理工大学的祝明对广西省南宁市外环公路沿线碎石料场、靖那高速公路和河都高速公路所用碎石压碎值情况进行了汇总[3], 可以看出, 将所调研的广西地区各石料场的石料压碎值进行统计可得, 该地区石料的压碎值在11.3%-22.3%之间, 高于规范标准, 均能够很好地满足《沥青路面施工技术规范》的要求。由此我们可以推断出:广西地区的石灰岩在应用于各等级公路的沥青面层时, 在压碎值这一方面是能满足规范要求的。
2.4 磨耗性能
洛杉矶磨耗损失同样也是集料的一个重要指标, 该指标能很好地反映沥青路面的耐久性和安全使用性能。磨耗值越高, 说明粗集料越能经受汽车轮胎的磨耗, 不至于被早早磨光, 降低行驶安全性;经过统计广西主要石灰岩矿场的磨耗值[4]。将所调研的广西地区各石料场的石料磨耗损失进行统计可得, 该地区石料的磨耗损失最大为25.2%, 最小为15.5%。
在《沥青路面施工技术规范》中, 对石料的磨耗损失主要如下:高速公路及一级公路的表面层, 洛杉矶磨耗损失≤28%;其他面层, 洛杉矶磨耗损失≤30%。而对于一级公路以下的公路, 洛杉矶磨耗损失应该≤35%。可以推断出, 均满足《沥青路面施工技术规范》中对石料应用与沥青路面面层的要求。由此可以推出:广西地区石灰岩应用于沥青面层中时, 在磨耗损失这一方面是满足规范要求的。
2.5 磨光性能
高速公路路面表面层粗集料受到汽车轮胎荷载的反复摩擦, 从而其表面的沥青膜被轮胎磨失, 粗集料在沥青磨掉后暴露在外, 经过相当时间后, 道路抗滑就主要依靠粗集料了。因此, 用集料磨光值来表征路面集料的耐摩擦性, 当磨光值较大, 对于路面来说越有积极效应。磨光值小, 路面越容易被磨光, 对于汽车安全驾驶越不利。而广西省所属区域作为为潮湿区, 当石灰岩石料应用于高速公路及一级公路的表面层, 磨光值应满足>42。从相关广西主要石灰岩矿场的磨光值汇总中可以看出, 各石料场的石料磨光值基本维持在38-43, 仅仅略微小于规范要求的42, 而仅仅只有个别石料场的石料满足规范的磨光值要求。由此可以看出, 广西石灰岩应用与沥青路面表面层时, 在磨光值这一方面只有个别料场的石料满足规范要求, 绝大多数的料场是不满足规范要求的。
3 结语
(1) 广西石灰岩矿物储量相当巨大, 分布范围广泛, 分布在广西西北地区, 西南地区以及东北地区, 在广西省各大厂区均有分布。储量大, 岩质好, 开采方便将是广西石灰岩应用与沥青路面面层的一大优势, 亟待开发, 对于当地经济有很好的提升作用。
(2) 广西石灰岩应用于沥青路面面层中时, 在单轴抗压强度性能、坚固性能、压碎性能、磨耗性能等方面均能满足规范的要求, 在磨光性能方面只有个别石料厂的石灰岩能满足要求。如果磨光值能够满足要求, 那么在公路建设时就可以用石灰岩替代玄武岩, 可以节约工程成本。建议铺设试验路进行验证。
参考文献
[1]李志才.广西石灰岩资源概况及其开发利用现状[J].中国区域地质, 1992 (03) :278-282.
[2]罗允义.广西石灰岩成矿预测、资源总量估算及综合开发利用研究[J].桂林工学院学报, 2002 (03) :328-332.
[3]祝明.广西地区石灰岩碎石压碎值特性及对混凝土抗压强度的影响[J].长沙理工大学, 2012.
探讨沥青砼路面集料的质量控制 篇5
沥青混凝土路面工程的工程质量很大程度上取决于原材料加工是否规范,路面工程成本的最大组成部分在于材料费用。如何在保证材料质量的前提下,最大程度节约材料费用,成为路面工程成本控制的关键。本文将从施工角度探讨集料质量与成本控制的相互关系,使二者达到某种平衡。
2集料控制
2.1计划阶段
在路面工程进场后,立即熟悉图纸,确定沥青面层的结构形式及工程数量。再根据业主单位对沥青面层材料的详细规定,选择料源及规格。比如,汕头市某新建工程的结构形式为AC-25的下面层、AC-20的中面层、AC-13的上面层,工程量分别为16300m3、16500m3、11000m3。其中业主对集料规定,0～5mm石屑必须分开为3～5mm和0～3mm两档材料,并附带除尘设备,以控制混合料生产中粉尘含量。另外上面层材料选用玄武岩或辉绿岩硬质石料。市场调查及测算采用中下面层自加工石灰岩,上面层采用外购玄武岩成品,进行备料工作。
充分考虑中下面层之间的原材料能够通用(3档材料不包括最大规格),进场后确定碎石加工的振动筛的筛孔为:下面层3mm、6mm、16mm、28mm,中面层只将最上面的筛换成24mm,这样0～3、3～5、5～15的材料可以共用。根据以往配合比设计的经验,下面层的用料比例大致为:由粗到细32:28:8:29:3(矿粉),下面层的压实方为16300m3,预估路面压实密度为2.36g/cm3,按照3.9%的油石比进行碎石用量估计,0～3、3～5、5～15、15～25的材料用量分别为:10700T、3000T、10400T、11800T;中面层的用料比例大致为:由粗到细25:33:8:31:3(矿粉),中面层的压实方为16500m3,预估路面压实密度为2.41g/cm3,按照4.3%的油石比进行碎石用量估计,0～3、3～5、5～15、15～20的材料用量分别为:11900T、3100T、12700T、9600T,这样在碎石加工前各档材料的大致用量基本确定:15～25为11800T、15～20为9600T、5～15为23100T、3～5为6100T、0～3为22600T。这一数据可作为刚进场阶段的控制目标。
2.2碎石加工阶段
在实际碎石加工过程中,应当首先确认购进片石的实际生产比例,也就是在加工下面层原材料的时候,多次测定各档碎石的生产比例,该比例与岩石的层理及硬度有关,因此不同的设备、不同的石质、不同的筛孔,各档料的比例都不相同,应该以实际测量数据为准。这就要求在场地建设阶段充分考虑土地征用的具体面积,以备场地堆放。备料数量不仅考虑工程数量表中的实际用量,还要考虑在拌和中废料的使用碎石量、集料本身的天然含水量、天气变化引起的碎石含水量的变化,这些因素都会影响备料总量。在加工过程中还应尽快开展目标配合比试验工作,可能配合比试验不能在短时间内完成,但一定需要将各档原材料的掺配比例及时确定,这样能够精确计算出各档材料的比例及方量。
2.3备料阶段
在备料阶段(将碎石加工场的集料运输到拌和场地堆放)一定要重视集料的离析问题。在沥青混合料生产阶段,因为集料的离析,非常容易出现溢料现象,这样会使得备料的数量与实际生产用量出现偏差,而这种偏差是可以通过一定的措施解决的。
比如,场地的硬化工作尽早开始,使拌和场地尽早具备备料能力,碎石加工场地尽量减少堆料数量。因为备料越多,堆高可能越高,那样集料(特别是粗集料)越容易产生离析。同时试验室要加大对进入拌和场地的原材料检测工作,一般进行目标配合比的原材料筛分结果来源于碎石生产线,与堆放场地的集料筛分结果肯定存在偏差。
因此备料时,尽量使用推土机采用层铺法进行堆放,尽量使二者的试验结果相一致。
2.4沥青混合料生产阶段
在沥青混合料生产阶段,试验室提前对料堆的原材料进行再次的筛分和掺配,根据标定后的冷料仓集料质量曲线确定每日的冷料仓的转速,确保冷料仓进料的比例、质量与目标配合比相一致。
这种做法不仅仅在工程质量上保证混合料的均匀性方面有所提高,同时能够最大程度上减少溢料现象,在经济方面能够保证集料用量的比例与实际备料的比例相一致,最大程度上能减少原材料的浪费。
3 3～5mm碎石的处理
根据经验,3～5mm碎石在中下面层施工中一定会有富余量。具体的处理方法:
3.1下封层
沥青路面工程中必定包括下封层,下封层的施工要求为乳化沥青撒布完成后,用集料撒布车撒布3～5mm石屑,用量为5～8m3/1000m2。该项工程的实施,能部分消化富余量。
3.2在基层施工中使用
3～5mm碎石的用量可在基层施工时提前使用,但由于基层原材料配合比设计中没有3～5mm的材料规格,很难直接加入水泥稳定碎石。
但如果在进行水稳的配合比工作时提前将3～5mm集料与原来4档集料进行掺配使用,级配、强度能够满足要求,则可以将富余量全部消化。
4外部因素的调整
在实际路面施工中,存在着多种不确定因素。
比如上面层选定玄武岩,由于玄武岩属于中性或中心偏酸性石料,业主为提高沥青混合料与集料的粘附性能,要求将0～3的石灰岩细集料用于上面层。
这样,整个的备料计划应该做相应的调整。自加工生产碎石能够保证集料规格比较规范,原材料质量有所保证,建议路面工程建设,施工单位必须配备自己的碎石加工生产线,以适应外部因素的变化,同时保证原材料的质量。
前面说提及的一系列做法都是理论上的理想状态,如何在施工过程中加强管理将理想状态付诸于现实才是施工管理的关键。因此,集料质量控制是一个动态管理的过程,要求施工单位有相当的应变能力,才能将沥青路面的质量与效益完美的结合,二者并非矛盾的对立体。
5总结
5.1在以往施工的高速公路没有完全按照上述做法实施的因素有多方面:
5.1.1面层材料的规格确定没有在刚进场的阶段确定。
5.1.2影响加工后成品料的规格因素较多,如不同料场的片石,筛子在使用过程中的磨损,片石的干湿程度,成品料的转运和堆积等等。
5.1.3缺乏整体意识,仅仅考虑某个分项工程,而非整体路面工程的原材料需求。
5.2具体的解决方法:
5.2.1片石来源:尽量选择大型供料商,能确保片石供应数量及料源稳定。
5.2.2定期检测生产线振动筛筛孔,保证每档料的均匀性、稳定性。这点很重要,实际当中这样的问题很容易被忽视。
5.2.3片石的存放:除了片石受污染外,片石本身的干湿程度对材料规格的影响也是很大的。尤其是对0～5之间规格料的影响,而这也正好沥青路面质量控制的一个关键点。
5.2.4规格料的运输和堆放:尽量减少转运存放次数。堆积时采用不同的机械的效果是不同的,不同方式会造成材料堆放时不同程度的离析。
5.2.5通盘考虑整个路面项目的所有原材料用量,不仅是面层、基层、底基层,还包括附属工程,如收费广场、土路肩等等,合理调配原材料,最大程度减少原材料浪费。
参考文献
[1]陈璋立,张学明,李心平.沥青路面施工质量管理的几点体会[J].中南公路工程,1992年04期.
[2]赵利山.沥青路面施工过程的质量控制[J].青海交通科技,2003年04期.
浅议沥青与集料的粘附性 篇6
1 沥青与集料粘附性基本理论
1.1 力学理论
沥青与集料之间的粘附性主要是由于其间分子力的作用[1]。从微观角度看,集料的表面是粗糙和高低不平的,这种粗糙增加了集料的表面积,使沥青和集料的粘合(界)面积增大,提高了两者之间总的粘结力。此外,集料的表面存在着各种形状、各种取向、各种大小的孔隙和微裂缝,由于吸附与毛细作用,沥青渗入上述孔隙与裂缝,增加了两者结合的总内表面积,从而提高了总的粘结力。再者,沥青在高温时以液相渗入骨料孔隙与微裂隙中,当温度降低后,沥青则在孔隙中发生胶凝硬化,这种锲入与锚固作用,增强了沥青与集料之间的机械结合力[2]。
1.2 化学反应理论
沥青与集料之间的粘附性主要来源于沥青与集料表面发生化学反应。石油沥青中含有大量的酸性及碱性化合物,且酸性组分高于碱性组分。碱性集料如石灰岩表面存在碱性活性中心,容易与沥青中的酸性成分发生化学反应,生成不溶于水的化合物,故粘附性好。而酸性集料如花岗岩表面缺乏这种碱性活性中心,故较少发生化学反应,所以粘附性差。
1.3 分子定向理论
沥青与集料之间的粘附性是由于沥青中的表面活性物质对集料表面的定向吸附而形成的。如果一个分子中的正电荷与负电荷排列不对称,就会引起电性不对称,因而分子的一部分有较显著的阳性,另一部分有较显著的阴性,这些分子能互相吸引而成较大的分子。表面活性物质的分子是由极性基和非极性基组成的不对称结构,偶极矩较大,故能表现出力场。沥青可视为表面活性物质在非极性化合物中的溶液,根据所含表面活性物质数量的不同而具有不同活性。沥青粘附在集料表面后,沥青在石料表面首先发生极性分子定向排列而形成吸附层,与此同时,在极性力场中的非极性分子,由于得到极性的感应而获得额外的定向能力,从而构成致密的表面吸附层。因此认为,沥青的极性是粘附的本质,是导致集料吸附沥青的根本原因。
1.4 静电理论
静电理论认为当沥青与集料接触时,沥青—集料体系形成双电层而产生静电引力。它可以看作一个电容器由于两种不同的物质接触而充电,界面的作用力就是双电层之间的作用力。
2 粘附性的影响因素
2.1 沥青性质对粘附性的影响
沥青是一种成分极为复杂的化合物,按照色谱分析法可将其分解成沥青质、饱和分、芳香分和胶质四种组分。研究表明:饱和分和芳香分都作为油分,在沥青中起着润滑和柔软作用,且均属于低分子化合物,是非极性物质,主要以范德华力与矿料表面发生吸附[3],故与集料的粘附力较弱,很容易脱附。而胶质与沥青质均为带有极性或是表面活性的物质,沥青中具有化学活性组分的沥青酸、沥青酸酐等极性组分基本都集中在胶质和沥青质中,这些成分与集料表面发生化学吸附,故吸附力较强。
此外,沥青组分中属于酸性的物质有环烷酸、地沥青酸。沥青酸和沥青酸酐是沥青中活性最大的组分,它改善了沥青对矿物质的浸润性,特别是提高了沥青与集料的粘附强度。沥青的酸性越大,与矿料的粘附性就越好,在沥青混合料中沥青从矿料表面的剥落度就越小。
2.2 集料性质对沥青与集料粘附性的影响
集料在沥青混合料中与沥青发生复杂的物理化学作用,集料的化学性质在很大程度上影响着混合料的物理力学性质。集料的酸碱性也会影响到沥青与集料的粘附性。一般认为碱性较强的集料与沥青的粘附性好,酸性集料与沥青的粘附性差[4]。
此外,集料表面电荷及比表面等性质可以在很大程度上反映集料与沥青的粘附性。当集料被粉碎成细颗粒作为分散相分散于介质水中,在每个颗粒周围会形成双电层。由于在组成双电层之一的扩散层内,存在着过剩反离子的净电荷,这些离子在电场的作用下发生移动。由于这些离子是水合离子,故在其本身运动的同时,将带动水的运动,运动方向取决于矿料表面普遍带有电荷的性质。矿料表面普遍带有电荷的性质不同,其方向也异。故可根据液体运动的方向判定矿料表面所带电荷的性质。而所测试的电势,就是矿料与水两相发生相对运动的边界处与液体内部的电位差。这个电位的大小,在双电层厚度一定的情况下,取决于矿料表面占主导地位的电荷密度,即电荷密度越大, ζ电位越大。研究表明:ζ电位越大,即矿料表面的电荷密度越大,集料与沥青的粘附性越好[5]。
2.3 水及荷载对集料和沥青粘附性的影响
影响沥青与集料粘附性的因素除了沥青、集料本身的性质等内因外,还包括水和荷载等外因。水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。洁净的集料在干燥条件下与沥青粘附良好,然而水在沥青路面施工过程中,以及在以后的服务期内都是不可避免的。首先,集料在与沥青拌和前可能未被充分干燥,尤其是多孔性石料,水分容易渗透到骨料内部的毛细管中,并在以后会慢慢渗出进入沥青与集料的界面之间,使其相互分离。其次,在雨季,尤其是在梅雨季节,尽管雨量不大,但持续时间很长,可能达数月之久。沥青混合料长时间处于水的包围之中,水分就很容易浸润到集料与沥青的界面上,导致沥青膜被水置换,发生剥离。交通荷载的反复作用是加速水损坏进程的重要因素。当路面上有水时,汽车的通过会形成一种水力冲刷现象,在轮胎前面的水受轮胎挤压挤入路表面的空隙中,造成水压力,轮胎通过后在轮胎的后方又形成负压,将空隙中的水吸出,这种挤入和吸出的反复循环,便形成了水力冲刷,使集料松散、掉粒、继而成为坑槽而造成路面破坏。
3 粘附性试验方法
3.1 水煮法
水煮法在我国应用非常广泛,适用于基质沥青、改性沥青、经过热处理的掺加抗剥落剂的沥青。大致步骤为:将集料置于105±5℃烘箱中1h,将沥青加热,将加热的集料颗粒浸入沥青45s后取出,挂于试验架上15min。将冷却的集料颗粒浸入保持微沸状态的水中,3min后观察沥青膜剥落情况。水煮法因为其判断结果是人为肉眼判断,故主观因素导致有时试验结果区分度不够大,很难判断两种外观接近的试验试件哪个粘附性能更好,并且没有建立与现场的相关关系。但水煮法亦具有试验时间短、设备简单、容易操作、沥青膜剥落情况直观明显等优点。
3.2 水浸法
水浸法是日本的标准方法,试验时选用20颗已用沥青拌和裹覆的石料,浸泡在80℃的恒温水槽中30min,然后评价沥青膜剥离面积的百分率。与水煮法相比,水浸法的温度恒定,没有人为因素;但水没有沸腾,完全处于静止状态,更缺乏水力的冲刷作用,所以要延长时间到30min来弥补。与水煮法一样,水浸法同样存在主观因素对剥落率的评价影响大的缺点。
3.3 光电比色法
光电比色法的基本原理是基于物质在光的激发下,对光波长的选择性吸收,而有各自的吸收光带,当已色散后的光谱通过某一溶液时,某些波长的光线会被溶液吸收,在通过溶液的光谱中出现相应的黑暗谱带。根据波尔定律,在一定的波长下,溶液中某一种物质的浓度与光的吸收效应存在一定关系,即有色溶液的吸光度与溶液的浓度、液层厚度成正比。光电分光光度计就是将透过溶液的光线通过光电转换器将光能装换成电能,从指示器上读出相应的吸光度,通过吸光度与浓度的关系曲线,可以得到原集料及裹覆沥青膜的集料在吸附试验后染料残留的浓度,并计算出原集料的吸附量,混合料剥落试验后的吸附量,以及沥青膜的剥落率。
光电比色法测得的粘附性指标完全量化,试验过程中人为因素影响较小。但是试验操作要求较高,试验数据普遍偏大,因为试验结果不仅包括了沥青自矿料表面剥落的百分率,也包括了沥青自矿料表面剥离但未剥落的百分率。
3.4 SHRP净吸附法
美国SHRP研究内容中,曾经报道过采用一种搅动水净吸附法测定沥青与集料的粘附性的方法。它是基于矿料表面对沥青有吸附作用,以及遇水后水对沥青膜的置换作用,即水使沥青膜剥落的特性,将一定粒级的集料放在沥青-甲苯溶液中一段时间进行循坏回流,则会有一部分沥青吸附到集料表面,之后,向沥青-甲苯溶液中加入一定量的水,让水对吸附在集料表面的沥青进行置换。这一系列的过程便会使沥青-甲苯溶液中沥青的浓度发生变化,利用光电分光光度计测定溶液的吸光度,即可计算出矿料对沥青的吸附量及加水后沥青的剥落量,以及计算出自矿料表面剥落的沥青剥落率或吸附率[6]。
这种方法不再使用染料示踪,直接用沥青-甲苯溶液中沥青浓度的改变来计算剥落率,误差小,外界干扰因素小,数据客观、重现性好。但是试验操作复杂,要求高,时间长,并且与现行规范没有联系。
由此可见,每种试验方法都存在自己的优点以及无法避免的缺点,相较而言,水煮法和水浸法属于半量化的试验方法,试验结果受人为因素的影响较大,但是试验操作简单,容易掌握;光电比色法和净吸附法属于量化的试验方法,试验结果受人为影响因素小,但是试验操作复杂。就我国目前的状况,水煮法和水浸法显得更易于接受及普及,将在很长一段时期内仍作为我国评价沥青与集料的粘附性的主要试验方法。
4 结论
(1)沥青与集料的粘附是一个复杂的物理化学过程,目前有力学理论、化学反应理论、分子定向理论、静电理论等四种理论可用来解释其粘附机理。但以上几种理论均是从沥青与集料粘附机理的某一个方面进行的解释,任何一种单独的理论都无法全面系统地解释沥青与集料的粘附性。
(2)影响沥青和集料粘附性的因素有很多,其中沥青、集料、水及荷载的影响更为显著。一般认为,沥青的酸性越大,与矿料的粘附性就越好;碱性较强,矿料表面的电荷密度越大的集料与沥青的粘附性越好;而水及交通荷载的存在是沥青与集料发生粘附性破坏而剥离的先决条件。
(3)沥青与集料粘附性的试验方法有很多,其中水煮法和水浸法属于半量化的试验方法,试验结果受人为因素的影响较大,但操作简单;光电比色法和净吸附法属于量化的试验方法,试验结果受人为影响因素小,但是试验操作复杂。
参考文献
[1]王抒音,周纯秀.提高沥青—酸性集料抗水损害的试验研究[J].中国公路学报,2003,16(1):6-9
[2]周卫峰.沥青与集料粘附性研究[D].长安大学硕士论文,2002年4月
[3]延西利,梁春雨.沥青与石料间的剪切粘附性研究[J].中国公路学报,2001,14(4):25-27
[4]王华.沥青混合料的水稳性研究[D].长安大学硕士学位论文,2004年5月
[5]周卫锋,张秀丽,原健安等.影响粘附性的集料性质分析[J].石油沥青,2003,17(4):19-24
集料对混凝土性能的影响 篇7
笔者探访了大量的建筑工地 (包括旧村改造工程) , 其中发现工程中由于集料的级配不当造成混凝土的保水性、粘聚性降低, 产生严重的离析现象, 极大的影响了混凝土的长期耐久性。纵观国内外混凝土建筑物发生重大事故, 与此不无关系。笔者认为, 集料对混凝土的影响应当引起业内人士及同行专家的高度关注。
1 集料的最大粒径及颗粒级配
骨料所在公称粒级的上限称为粗骨料最大粒径。当骨料的最大粒径增大时, 骨料的比表面积随之减小。因此, 保证一定厚度润滑层所需的水泥浆和砂浆的数量也相应减少, 所以粗骨料的最大粒径应在条件许可的情况下选得稍大一些。由实验研究证明:最佳的最大粒径取决于水泥的用量。在水泥用量少的混凝土 (每m3混凝土的水泥用量≯170kg) 中, 采用骨料粒径大一点是有好处的, 当然事情不是绝对的。另外, 骨料最大粒径还受到结构形式、配筋疏密和施工工艺等因素的限制。根据《混凝土结构工程施工及验收规范》 (GB50204-2002) 规定:混凝土中粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4, 不得大于钢筋间最小净距的3/4, 对于混凝土实心板允许采用粒径不大于板厚1/3的骨料, 但最大粒径不得大于40mm。粗骨料粒径过大对混凝土的搅拌和运输都很不方便, 更为严重的是混凝土易发生严重的离析, 造成保水性、粘聚性下降, 使混凝土的耐久性降低。
2 粗集料的颗粒级配对混凝土性能的影响
集料的颗粒级配是指集料中大小不同的颗粒相互搭配的比例情况。最大粒径的减小, 一方面减少了集料与水泥石界面的应力集中对界面强度的不利影响, 另一方面可以增加水泥石与集料界面的粘结。同时, 由于减小粗骨料的最大粒径增加了单位体积混凝土中粗骨料的比表面积, 增加了水泥石与骨料间的界面面积, 使混凝土承受荷载时受力更为均匀, 有利于混凝土强度的提高。但粗骨料最大粒径过小, 又会影响新拌混凝土的和易性。因此, 大多数混凝土的研究专家认为, 粗骨料的最大粒径应控制在10～20mm之间, 还有的业内人士指出, 粗骨料的最大粒径超过20mm后, 混凝土的断裂韧性会随粒径的增大而降低。另外, 在粗骨料的级配上宜采用连续级配, 以利于增强混凝土结构的致密程度。湖南大学等研究表明, 不同粗细程度骨料的最佳级配曲线如图1所示。
3 粗骨料的表面状况及表面特征
粗骨料的颗粒形状及表面特征同样会影响混凝土与水泥石的粘结性及拌合物的流动性。碎石棱角比较多, 表面比较粗糙, 与水泥石的粘结力较大, 而卵石多为圆形或椭圆形, 表面较光滑, 与水泥石的粘结力较小, 在水泥浆用量和水用量相同的情况下, 碎石拌制的混凝土流动性较差, 但强度较高;而卵石混凝土的流动性较大, 但强度较低。
粗集料的颗粒形状接近于立方体形状的为最好, 但粗骨料常含有针状或片状颗粒, 并增加集料间的空隙，影响混凝土的强度发展, 因此, 针状及片状的颗粒含量应符合规范中的限量要求。
粗骨料的级配好坏对节约水泥和保证混凝土的和易性有很大关系, 特别是拌制高强混凝土显的尤为重要。应严格按照国家现行标准GB/T14685的规定执行。
由于混凝土现浇成型后质量的好坏, 不能立即评判, 标准条件下需由28d的强度方可知晓, 而混凝土施工作业又是连续进行, 混凝土一旦发现质量问题或质量事故, 处理起来必定影响工程的进度和质量。混凝土的整个进程, 特别要注意事前控制和事中控制, 亡羊补牢的事后控制是所不期望的。为了保证结构的可靠, 必须对原材料、混凝土拌合物及硬化后的混凝土进行必要的质量检验和控制。
(1) 砂、石料的质量应符合国家标准《建筑用砂》 (GB/T14684) 、《建筑用碎石、卵石》 (GB/T14685) 的规定, 按进场的批次、抽样的频率抽样检验方案确定。
(2) 混凝土原材料的计量环节十分重要, 施工中应严格按照混凝土配合比进行投料, 否则达不到设计强度。混凝土配料应采用质量比, 允许偏差不得超过规范所做的规范要求, 严格控制水灰比。
(3) 为保证混凝土的质量, 混凝土的拌合物需充分搅拌, 最短的搅拌时间不得低于60～90s, 虽然《混凝土结构工程施工及验收规范》 (GB50204-2002) 取消了最短搅拌时间的规定值, 但并不表明搅拌时间对混凝土质量不重要。