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淺談歐洲標準下道路用集料的技術指標選擇及料場選擇優化
2021年05月21日    閱讀量:25376    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

摘 要

集料質量關系到整個公路工程的質量,也是影響路面結構層使用壽命的主要因素之一。非洲地區尤其法語區國家公路項目通常采用歐洲或者法國規范進行設計和施工,因此了解歐洲標準下道路用集料的選擇方法和指標對于項目的質量保障尤其重要。本文結合在喀麥隆實施的某高速公路項目,介紹了歐洲標準下對于瀝青混凝土、瀝青碎石、水穩碎石、級配碎石、水泥混凝土等路面結構層集料的選擇方法和指標,以及在當地石料場生產的集料無法滿足規范要求情況下的優化瀝青網sinoasphalt.com

關鍵詞 歐洲標準 | 集料 | 選擇 | 優化


在“一帶一路”倡議的鼓勵和推動下,中國建筑企業持續加強在國際市場中的交流與合作,海外項目市場份額不斷增多,中交一公局集團作為較早“走出去”的央企,在海外承建了多個公路項目,覆蓋非洲英語區、法語區等國家。


公路工程中路面結構層主要包括瀝青混凝土、瀝青碎石、水穩碎石、級配碎石、水泥混凝土等類型,集料質量關系到整個公路工程的質量,也是影響路面結構層使用壽命的主要因素之一。非洲地區尤其法語區國家公路項目通常采用歐洲或者法國規范進行設計和施工,因此了解歐洲標準下路面結構層集料的選擇方法和指標對于項目的質量保障尤其重要。結合在喀麥隆實施的某高速公路項目,介紹了歐洲標準下對于瀝青混凝土、瀝青碎石、水穩碎石、級配碎石、水泥混凝土等路面結構層集料的選擇方法和指標,以及在當地石料場生產的集料無法滿足規范要求情況下的優化。


現行歐盟與法國規范

關于路面集料指標的規范主要分為歐洲規范和法國規范兩大類,其中,歐洲規范主要包括NFEN13043《在修建路面、機場和其他交通領域用于瀝青混合料和表處的集料》、NFEN13242+A1《在土木工程和修建路面中用于水硬性粘結材料處理碎石和未處理碎石的集料》、NFEN12620+A1《用于水泥混凝土的集料(包括水泥混凝土路面)》,這些規范包括英語、法語、德語等版本,用于整個歐盟地區。


這3本規范均發布于2003年8月,其中第1本規范NFEN13043仍在使用;第2本規范NFEN13242和第3本規范NFEN12620分別于2008年3月和6月進行了修訂,均增補了回收利用集料的特殊規格要求。


對應于以上歐洲規范,法國規范為NFP18-545《集料:定義、一致性和體系化的基本概念》,該規范發布于2011年9月。該規范集中了基于歐洲規范的全部集料特性要求,在內容的明確性和完整性等方面更能滿足現行技術和工程的要求。具體包括:


(1)介紹并定義了產品技術文件(FTPFichetechniqueproduits)的概念,生產集料必須提供并每6個月進行更新該文件。


(2)明確了集料的合格和驗收要求。


(3)在集料使用中增加了可補償的規則,在抗破碎性(洛杉磯指數LALosAngeles)和有水狀態下的抗磨耗性(微狄發爾指數MDEMicro-Deval)之間可進行不多于5個點的相互補償。


在非洲法語區國家工程中,例如,喀麥隆某高速公路項目涉及到關于集料指標的要求,一般均采用法國規范NFP18-545。


法國規范對于各種類型的路面結構類型,如高模量瀝青混凝土BBME、半開級配瀝青混凝土BBSG、瀝青碎石GB、高模量瀝青混合料EME、未處理碎石GNT等,均分別有單獨的規范條文進行定義和說明。對于喀麥隆某高速項目來說用到的規范主要包括NFP98-141高模量瀝青混凝土、NFP98-140高模量瀝青混合料等,這些規范包括其余各種類型的瀝青混合料規范均于2008NFEN13108-1《瀝青混合料材料的規格》,該規范于2007年2月發布,包括了用于道路、機場以及其他交通領域的所有瀝青混合料的相關要求。


交通量等級根據法國規范NFP98-082《路面-土方-道路路面的尺寸確定》定義。

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NFP18-545規范中集料的等級指標

在集料規范NFP18-545中,定義的主要等級指標包括:碎石的內在特性、碎石的生產特性、砂的生產特性、碎石和沖積砂的棱角度等。內在特性主要包括洛杉磯指數(LA)、微狄發爾指數(MDE)和加速磨光值;生產特性包括級配、潔凈度、扁平指數等。


規范中對用于不同結構層的集料,定義了不同等級的指標,其中結構層分為3種類型,分別為:基層、連接層、底基層;行車層;水泥混凝土路面層。在項目實際生產集料的過程中,最重要的指標為集料的內在特性,尤其是洛杉磯指數和微狄發爾指數,這2個磨耗值指標直接影響路面結構層的質量,也是監理對于承包商進行監督和控制的首要指標。下文摘錄匯總NFP18-545規范中關于集料內在特性的具體等級指標要求,具體見表1、表2。


通過對比表1、表2中內在特性補償和不補償兩種情況可以發現,在補償的情況下,洛杉磯指數LA和微狄發爾指數MDE的要求均放寬了5個點,但是兩者之和LA+MDE與不補償的情況下是相同的。這表明補償并沒有降低對于總體內在特性的要求,僅在于某一個指標高于規范要求時,將高于規范的部分對另外一個指標進行降低以完成補償。這種規定對于料場生產的集料某一指標比較優異,而另外一個指標不滿足要求的情況,可以更加靈活地進行調節,以滿足集料磨耗值的要求。


對于集料的生產特性、棱角度等指標,在NFP18-545規范中,也分別定義了不同路面結構層對應的各等級指標要求,碎石的生產特性分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5個等級,砂的生產特性分為a、b、c、d4個等級,碎石和沖積砂的棱角度指標分為Ang1、Ang2、Ang3、Ang44個等級,具體的等級指標詳見規范NFP18-545,在此不一一贅述。

各路面結構層相應的集料使用等級

根據現行的歐洲規范和法國規范,對用于底基層、基層、連接層以及行車層(磨耗層、上面層)和水泥混凝土路面等不同層次的BBME、EME、BBSG、GNT、水泥混凝土等混合料,對應于不同的交通量等級,分別規定了各種混合料的集料規格等級。


現摘錄匯總部分混合料集料的相應規格等級規定如下:

用于底基層、基層和連接層的集料

(1)未處理碎石GNT

未處理碎石GNT使用規格見表3。

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(2)瀝青混合料

瀝青混合料使用規格見表4。


瀝青混合料棱角度使用規格見表5。

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用于行車層(磨耗層,上面層)的集料

(1)瀝青混凝土

瀝青混凝土行車層使用規格見表6。

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用于水泥混凝土路面的集料

(1)水泥混凝土

水泥混凝土使用規格見表7。

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交通量等級

交通量等級是根據大車道日平均重載交通量(traficpoidslourdsjournaliermoyenPL-MJA)來定義的,重載包括所有有效荷載大于等于5t的車輛(見表8)。

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喀麥隆某項目的集料選擇

根據喀麥隆某高速項目路面設計報告中的交通量統計分析數據,該高速公路大車道日平均重載交通量為515,交通量等級屬于T1。結構層設計方案行車層采用高模量瀝青混凝土BBME,查詢上述表格可知對應的碎石集料內在特性等級為B級,碎石集料生產特性為Ⅲ級;基層采用高模量瀝青混合料EME,對應的碎石集料內在特性等級為C級,碎石集料生產特性為Ⅲ級;底基層采用未處理碎石GNT,對應的碎石集料內在特性等級為C級,碎石集料生產特性為Ⅲ級。


根據項目附近料場生產集料的試驗結果,集料的微狄發爾指數、加速磨光值等內在特性及生產特性等指標較好,僅洛杉磯磨耗指標較差,結果介于23~35之間。無法滿足B級內在特性的指標:LA<20,MDE<15,PSV56,僅部分優質石料滿足C級內在特性指標:LA<25,MDE<20,PSV50。無法生產合格的BBME行車層集料,生產EME基層和GNT底基層也存在不符合規范要求的風險。


路面集料資源的供應優化

根據法國道路、街道和流動基礎設施研究所(InstitutdesRoutes,desRuesetdesInfrastructurespourlaMobilitéiDRRiM)發布的集料選擇指南,具體到每一個項目,應根據當地可用的最好材料來進行經濟性研究,業主可以根據以下條件選擇降低集料規格:


①減少當地石料資源壓力;


②保證石料資源的持續供應;


③減少運輸費用;


④保護環境和有利于當地經濟。


經多方料場調查發現,距離項目拌合站超過100km處存在滿足BBME行車層集料要求最近的料場,即使使用該料場生產行車層集料15萬m3,也將會產生巨額的運輸費用,約為150000×(100-50)×215÷500=322.5萬美元,另外需要多設一處軋石場,將會增加大量的成本。


綜合考慮項目成本和質量的平衡,最終業主選擇降低BBME行車層集料和EME基層料的規格要求,同時通過路面結構設計過程中將未處理碎石層定義為墊層的辦法,保證該高速項目附近的料場集料指標滿足要求。


降低規格后的集料指標分別為:


1)BBME瀝青混凝土面層材料。


材料需符合法標NFP18-545補償規范:

①內在特性B級碎石:LA≤25;MDE≤20;PSV50;

②碎石生產特性3級;

③砂生產特性a級;

④砂和碎石棱角度:Ang1。


2)EME瀝青混合基層和底基層。

材料需符合法標NFP18-545的補償規定:

①內在特性C級碎石:LA<30;MDE<25;

②碎石生產等級3級;

③砂生產等級a級;

④砂和碎石的棱角度:Ang2。


3)GNT墊層碎石成型層。


成型層材料為GNT碎石,來源是軋石。


需符合法標NFP11-300規范要求,具體如下:

①碎石內在特點E級LA<45MDE<45;

②碎石生產特性等級3級;

③砂生產等級為B級;

④碎石和砂的棱角度為Ang2。


綜合考慮降低集料規格以后,對需要符合內在特性B級的BBME行車層進行補償,補償后的集料內在特性可以滿足B級要求。其余集料也均滿足要求。


此外,據考察了解本集團公司另一西非國家某道路項目對于路面結構層集料的洛杉磯系數均采用固定值27,也是考慮了該國料場磨耗值指標的實際值不能滿足規范的要求,采取降低集料規格的結果。

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結束語

(1)對于設計施工總承包項目,在設計階段需要結合項目周邊料場勘察獲取的集料技術指標情況,選擇確定相應的結構類型,及材料設計指標。


(2)基于歐盟及法國規范進行路面結構設計,集料的選擇應該根據道路的交通量等級、各結構層選用的結構層混合料類別,按照相關規范確定集料的內在特性(洛杉磯、狄瓦爾磨耗值)、生產特性(級配、潔凈度、扁平指數)、棱角度等指標的等級,其中集料的內在特性是最關鍵的指標。


(3)根據最新的集料規范,內在特性包含的洛杉磯和微狄發爾磨耗值如果僅其中一個指標不滿足規范要求,可利用另一指標進行5個點以內的補償。


(4)對于項目所在區域料源無法滿足技術指標要求的情況,出于技術經濟性考慮,業主無法承擔遠運成本時,在業主經過技術評估同意降低技術指標的前提下,可按業主批復的集料固有特性技術指標控制集料的質量。


標簽:今日頭條道路建設施工案例技術中心瀝青混凝土
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