港珠澳大橋鋼橋面鋪裝集料精細化加工技術及全壽命經濟分析

曾雪芳

0 引言

鋼橋面鋪裝一直是公認的技術難題，作為主要材料的集料，一直受加工工藝及加工技術的限制，無法達到鋼橋面鋪裝所要求的精細化水平。港珠澳大橋橋面鋪裝采用了英國BS1447標準[1]，對細集料進行了嚴格的分檔，將0～2.36 mm細集料細分為A料（0.075～0.212 mm）、B料（0.212～0.6 mm）、C料（0.6～2.36 mm）3檔，對混合料的級配控制更加穩定。

國內外集料加工工藝目前通常采用二級或三級加工工藝，無法較好控制集料的針片狀含量和潔凈度[2]。本文通過對承包人專門為港珠澳大橋橋面鋪裝設立的集料工廠生產線介紹[3-5]，對比普通集料的變異性差異，分析集料精細化加工技術對大橋全壽命周期經濟效益增益的效果[6-7]。

1 集料精細化加工工藝

為滿足港珠澳大橋鋼橋面鋪裝的嚴苛要求，承包人在廣東省中山市設立了集料工廠，工廠的設計和建造遵循了大型化、工廠化的管理理念，設粗、細集料生產線各1條，可獨立生產，也可聯機生產。

1.1 粗集料精細化加工工藝

采用10～20 mm的半成品碎石作為原材料，在USF-394HS立軸沖擊破碎主機中進行破碎，破碎后的骨料通過皮帶機C-4進入ZS2468A篩分機中進行篩分，破碎過程中骨料中的粉塵通過主機的分級裝置吸附進2LQM660離線脈沖清灰除塵器中，經專用粉塵收集裝置收入粉罐存儲[8]，工藝流程見圖1。

圖1 粗集料生產工藝Fig.1 Coarse aggregates production process

1.2 細集料精細化加工工藝

細集料的加工和分級是集料工廠的核心技術，細集料須經破碎分級成A料（0.075～0.212 mm）、B料（0.212～0.6 mm）、C料（0.6～2.36 mm）3檔，分級標準達到了微米級，無現成經驗可循。通過借鑒食品及藥品行業的分級篩分設備（空氣篩及概率篩），并進行工業化設計，形成細集料生產線。

采用10～20 mm的半成品碎石作為原材料，經US7-474H立軸沖擊破碎主機里進行破碎，破碎后骨料通過振動給料機進入到空氣篩中進行一級篩分，篩分后的成品料通過皮帶機輸送到NC2024A概率篩中進行二級的篩分，形成細集料成品。篩分過程中的粉塵被吸附到2LQM660離線脈沖清灰除塵器中，經專用粉塵收集裝置收入粉罐存儲。加工工藝見圖2。

2 精細化集料加工性能指標對比

在普通碎石生產線分別取樣粗、細集料，與集料工廠生產成品料技術指標進行對比。

2.1 粗集料指標對比

選取同原材料，經普通生產線和集料工廠生產的成品料進行指標對比，見表1。與普通粗集料相比，精細加工粗集料技術指標變異性小，多個技術指標變異性均＜10%。說明精細加工能保證集料技術指標穩定性；對比不同集料粒徑下的相同技術指標規律發現，隨集料的粒徑減小，技術指標變異系數也相應減小，技術指標穩定性更好。

2.2 細集料指標對比

取相同原材料，經普通生產線（0～2.36 mm）與集料工廠加工的分級后細集料復配成（0～2.36 mm）集料性能指標進行對比，見表2。

圖2 細集料生產工藝Fig.2 Fine aggregates production process

表1 粗集料技術性質及其變異性Table 1 Technical indicators of coarse aggregates and their variations

表2 細集料技術性質及其變異性Table 2 Technical indicators of fine aggregates and their variations

與普通細集料相比，精細加工細集料砂當量增加了20%，亞甲藍值減少了70%，棱角性提高了26%；精細加工細集料技術指標變異系數小，其中亞甲藍值變異系數為9.6%，是所有指標中變異性最大的，砂當量、棱角性、堅固性等指標的變異系數均小于5%。試驗結果說明，精細加工細集料更加粗糙，潔凈度更高，具有良好的技術指標穩定性。

3 精細集料加工對鋪裝層壽命的對比分析

對于港珠澳大橋鋼橋面鋪裝而言，行車功能層為SMA-13，SMA-13結構層的鋪裝性能是設計壽命能否實現的關鍵，而分析SMA-13的性能指標，影響最大的是混合料級配的穩定性和體積指標的參數值，分別選取普通集料和精細加工集料進行混合料的指標對比，不同集料SMA-13級配對比及體積技術指標檢測分別見表3、表4。

表3 不同集料SMA-13級配對比Table 3 Comparison between different gradationsfor SMA-13 with different aggregates

表4 不同集料SMA-13體積技術指標檢測匯總Table 4 Data for volume technical indicators of SMA-13 with different aggregates

從SMA-13采用普通集料和精細加工集料級配偏差分析和混合料性能指標對比分析來看，采用精細加工集料配制的SMA-13級配的穩定性明顯提高，同時偏差率大幅降低；混合料性能指標對比普通集料有大幅提升，尤其是對南方高溫地區路用性能影響較大的車轍動穩定度指標提升明顯。由此可見，采用精細加工集料完成的橋面鋪裝可確保設計使用壽命，路面性能更優，可大幅降低后期運營養護成本。

4 精細集料加工對鋪裝全壽命周期的經濟分析

港珠澳大橋橋面鋪裝總面積達到70萬m2，采用精細化集料加工技術后，鋪裝質量及技術指標更加穩定，可確保大橋鋪裝層達到15 a的設計使用壽命。分析后續運營養護費用對比集料精細化加工的投入，其對大橋全壽命周期的經濟性分析及增益效果見表5。

表5 全壽命周期經濟性分析Table5 Whole life-cycle economic analysis萬元

經過對比分析，采用精細加工集料，雖然前期加工成本增加，但由于施工質量穩定，大大減少了后期養護費用的支出，全壽命周期經濟優勢突出，且大幅減少了社會影響以及對通行帶來的干擾。

5 結語

集料工廠的建成和精細化加工技術的應用，解決了港珠澳大橋橋面鋪裝集料及國內其他鋼橋面集料分檔的技術難題，為國家鋼橋面施工的產業升級以及產業鏈的完善奠定了基礎，補足了國內鋼橋面施工的短板。同時，通過經濟性分析，精細化加工的集料對橋面鋪裝的全壽命經濟指標有巨大的增益作用，值得在后續項目中進行推廣應用。