朝克圖，徐 新

（1.烏蘭察布市公路工程質量監(jiān)督站，內蒙古 烏蘭察布 012000；2.內蒙古自治區(qū)交通運輸廳，內蒙古 呼和浩特 010020）

1 引言

截至2021年年底，全國公路總里程528.07萬km[1]，我國目前每年僅公路建設需要集料近10億t。根據(jù)《內蒙古自治區(qū)“十四五”公路水路交通運輸發(fā)展規(guī)劃》，“十四五”期間，我區(qū)規(guī)劃建設二級及以上公路總里程11430km，其中高速公路2642km，一級公路2665km，二級公路6123km。據(jù)測算，完成以上公路建設任務總計需要消耗碎石約5億t。

在水泥混凝土中，集料的含量70%～85%，而在瀝青混合料中集料的含量更是高達90%～95%，集料的形態(tài)特征將直接影響混合料的路用性能[2]。因此，對集料性質的研究是路面性能研究的重點。提高高速公路瀝青路面質量、服務水平和使用壽命，首要任務是提高原材料的質量，其中石料經(jīng)生產(chǎn)加工的集料是高速公路瀝青面層及基層施工的主要組成材料，其性質和質量對瀝青面層車轍、疲勞、耐久性、抗剝落、表面松散、抗滑等性能有著非常重要的影響，同時對基層材料強度、干縮特性、抗沖刷性能等也有著重要的影響。而影響集料性質和質量的因素有兩個方面：一是料源特性，即保證壓碎值、洛杉磯磨耗值、吸水率、瀝青黏附性、堅固性、磨光值等巖石固有物理性能方面滿足技術要求；二是生產(chǎn)加工特性，即保證集料的潔凈、干燥、無風化、無雜質、良好的顆粒形狀、低的細長扁平顆粒（或稱為針片狀顆粒）含量。

近年來，國內圍繞集料的性能對瀝青混合料、水泥混凝土的性能影響開展了大量的研究。呂寧菁等[3，4]針對細集料的不同巖性的改變對瀝青混合料性能的影響開展了相關研究；圍繞粗集料的不同性能變化對瀝青混合料性能的影響，王曉威等[5]認為針片狀顆粒含量對多孔瀝青混合料的空隙率、抗析漏、抗飛散以及透水性具有顯著影響。胡力群等[6，7]認為粗集料的棱角性下降會造成多孔瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度、空隙率和抗滑性能明顯下降，任永利等[8-10]圍繞瀝青路面用集料的加工，開展了針對性研究，提出了集料加工工藝、技術要求等。

圖1 壓碎值直方圖

2 內蒙古地區(qū)集料技術指標分析

2.1 數(shù)據(jù)收集

通過調研，收集內蒙古地區(qū)近年來的相關集料檢測數(shù)據(jù)，共收集粗集料檢測數(shù)據(jù)177組，包括了內蒙古12個盟市。其中包括壓碎值數(shù)據(jù)17 組，磨耗值數(shù)據(jù)168組，沖擊值數(shù)據(jù)59組，磨光值數(shù)據(jù)138組，與瀝青黏附性數(shù)據(jù)139組，添加抗剝落劑后與瀝青黏附性數(shù)據(jù)82組。

2.2 指標要求

根據(jù)《瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求及內蒙古地區(qū)的特點，主要分析粗集料的壓碎值、洛杉磯磨耗值、沖擊值、磨光值和與瀝青的黏附性等指標。

壓碎值是衡量石料力學性質的指標，磨耗值是石料抵抗磨耗的能力，沖擊值是石料抵抗沖擊荷載的能力。目前無論《瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）還是《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG/T F30-2014），粗集料的技術要求中對沖擊值均未作要求，但其性能能夠代表粗集料的強度及抵抗沖擊的能力，磨光值是石料抵抗輪胎磨光作用的能力，黏附性是集料與瀝青之間黏結強度的表征。粗集料的技術要求見表1。

表1 瀝青路面用粗集料指標

2.3 主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

針對現(xiàn)有數(shù)據(jù)，采用SPSS軟件進行統(tǒng)計分析，SPSS是一款由IBM 推出的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，通過軟件計算，分析得到數(shù)據(jù)的均值、中值、眾數(shù)、標準差、方差、全距、極小值及極大值，通過對上述統(tǒng)計指標的分析，可以表征整個數(shù)據(jù)的分布特征，主要技術指標統(tǒng)計結果見表2。

表2 內蒙古地區(qū)集料技術指標統(tǒng)計表

2.4 具體參數(shù)分析

圖2 磨耗值直方圖

圖3 沖擊值直方圖

圖4 磨光值直方圖

圖5 與瀝青黏附性值直方圖

由圖1～圖6分析可知：

圖6 添加抗剝落劑后與瀝青黏附性直方圖

①粗集料的整體強度較強，粗集料的壓碎值均值為17.9%，中值為17.2%，標準差為4.56%，極小值為9.2%，極大值為30%，95.2%的粗集料壓碎值滿足高速公路及一級公路表面層的要求，所有的粗集料均滿足其他等級公路壓碎值的要求。

②粗集料的磨耗值均值為13.8%，中值為12.9%，標準差為6.56%，極小值為3.34%，極大值為36.88%，95.8%的集料磨耗值滿足高速公路及一級公路表面層的要求。

③粗集料的沖擊值均值為8.81%，中值為8.15%，標準差為3.44%，極小值為3.82%，極大值為18.4%。

④粗集料磨光值均值為43.86，中值為43.3，標準差為1.95，極小值為40.8，極大值為56.3，磨光值均能滿足《瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求。

⑤粗集料與瀝青黏附性的均值為2.38，中值為2，標準差為1.17，極小值為1，極大值為5，內蒙古地區(qū)巖石整體偏酸性，粗集料與瀝青的黏附性較差，只有16.7%的集料與瀝青的黏附性達到四級及四級以上。

⑥添加抗剝落劑后粗集料與瀝青的黏附性均值為4.41，中值為4，標準差為0.54，極小值為3，極大值為5，添加抗剝落劑后，97.5%的粗集料與瀝青的黏附性達到四級及四級以上。

3 集料各項指標之間相關性分析

壓碎值均表征集料的力學性能，磨耗值表征集料的抗磨性能，沖擊值表征其抗沖擊性能，磨光值表征集料的摩擦性能，與瀝青的黏附性表征其與瀝青的黏結性，這幾項指標均反映粗集料的料源特性，各指標之間的相關性見表3。

表3 集料各項指標相關性分析表

根據(jù)Pearson 相關性分析，參數(shù)之間的相關性系數(shù)是介于-1～1 之間的實數(shù)。當相關性系數(shù)介于-1～0 之間時，表明變量之間存在負相關關系；當相關性系數(shù)介于0～1 之間時，表明變量之間存在正相關關系；當相關性系數(shù)為0時，二者之間不存在相關性。相關性系數(shù)越接近1，表明變量之間的相關性越強，當相關系數(shù)越接近0，表明變量之間的相關性越弱。當相關性系數(shù)的絕對值介于0.1～0.3之間時，一般認為變量間存在弱相關；當相關系數(shù)的絕對值介于0.3～0.5 之間時，一般認為變量間存在中度相關；當相關性系數(shù)的絕對值大于0.5時，一般認為變量間存在強相關。

通過表3分析可知，壓碎值與磨耗值的相關系數(shù)為0.723，顯著性為0.000，即相關系數(shù)在0.001 水平顯著，壓碎值與磨耗值之間具有強相關性，同理，壓碎值與沖擊值和磨光值具有相關性，磨耗值與壓碎值、沖擊值和磨光值之間具有相關性；沖擊值與壓碎值和磨耗值之間具有相關性，磨光值與壓碎值、磨耗值和沖擊值之間具有相關性，集料的壓碎值、磨耗值與沖擊值之間可以建立線性關系，而通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的線性分析，其相關系數(shù)較低。

4 集料性能影響因素分析

①母巖特性。集料是經(jīng)過巖石破碎整形后的產(chǎn)物，母巖的性能會在很大程度上對集料的力學性能產(chǎn)生影響，如巖石的礦物組成、巖性、物理力學性質和孔隙結構等直接影響集料的壓碎值、磨光值、磨耗值、黏附性等。

②集料加工工藝。集料在加工過程中，通過顎式破碎機、反擊式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、復合破碎機等破碎設備的擠壓破碎，會導致其表觀特征、力學性能發(fā)生改變，如針片狀含量、含泥量、破碎面等，影響壓碎值、磨光值、磨耗值和黏附性等集料性能。

5 內蒙古集料加工特性研究

目前，內蒙古地區(qū)集料加工常用的設備有顎式破碎機、反擊式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、復合破碎機等破碎設備，同時再配合給料機、振動篩、除塵設備等構成了集料加工整套設備，集料的加工設備及流程如圖7所示。

圖7 集料加工流程

在集料加工中，喂料機裝入宕口開炸出的片石，其中可能含有泥土，因此，在鄂式破碎機和圓錐破碎機之間宜加入篩孔為10mm的振動篩，將絕大多數(shù)的雜質篩除，以保證進入圓錐機碎石的潔凈。另外，在鄂式破碎機和圓錐破碎機、圓錐破碎機和反擊式破碎機之間增裝儲料倉，目的有兩個：①當流程后段發(fā)生機械故障時，前段仍可繼續(xù)生產(chǎn)，有提高產(chǎn)量作用；②保證供應給碎石機的石料均衡穩(wěn)定，從而保證成品料顆粒形狀、顆粒級配穩(wěn)定。在圓錐破碎機和儲料倉間安裝振篩機，將從圓錐破碎機出來的碎石挑選30mm～50mm 碎石進入反擊式破碎機，碎石粒徑過大會降低反擊破的生產(chǎn)效率，粒徑過小會使未經(jīng)反擊破碎進入31.5mm 檔以下的顆粒過多，造成集料針片含量增大。為了獲得潔凈的石料，需在反擊式破碎機前安裝除塵設備，在振篩機皮帶出口安裝除塵設備。

通過對內蒙古地區(qū)石料場現(xiàn)場調研，發(fā)現(xiàn)以下問題：

①石料場規(guī)模較小。石料場在開采過程中，需滿足環(huán)保要求及施工要求，通常在靠近山體巖石開采宕口進行建設，受各種條件限制，宕口選擇不合理，母巖質量參差不齊，山皮少、風化石較多，成品質量參差不齊，成品料堆放不規(guī)范，周圍的雜物等容易混入其中；料場場地經(jīng)常三面環(huán)山，場地基本沒有硬化，沒有水洗、除塵條件，導致集料粉塵含量過多，集料質量受到影響。

圖8 部分石料場母巖質量較差

圖9 石料場場地簡陋

②集料加工工藝缺乏針對性。集料大部分是公路沿線的社會料場，并不是針對高速公路建設用集料進行加工，集料的質量和要求沒有明確的加工工藝和管理制度，開采往往選取常見的鄂式破碎機、反擊式破碎機和振動篩的簡單組合，生產(chǎn)出的集料品質較差，不能滿足高速公路建設集料要求。并且對社會料場生產(chǎn)的集料沒有明確的檢測指標，大多數(shù)料場沒有配置除塵裝置，不同路面混合料類型加工篩網(wǎng)沒有統(tǒng)一的要求，導致集料中針片狀顆粒較多、粉塵含量超標、顆粒級配偏粗或偏細等。

③集料加工設備配置不合理。加工集料時，對各類加工機械沒有進行合理配置，僅僅是選擇顎式破碎機并根據(jù)不同的混合料類型合理設置振動篩篩網(wǎng)，得到較好的顆粒級配，減少路面集料顆粒質量的變異性。

6 結語

本文通過對內蒙古近年來采用的粗集料進行分析和石料場實地調研，可以得到如下結論：

①內蒙古粗集料整體性能較佳，壓碎值、磨光值、磨耗值和沖擊值大部分都能夠滿足規(guī)范要求，但是與瀝青的黏附性較差，只有16.7%的集料與瀝青的黏附性達到四級及四級以上。

②內蒙古集料加工工藝仍有待提升，石料場整體規(guī)模偏小，加工工藝流程仍有待提升。