浅谈公路工程中沥青混合料离析的控制方法

刘相龙 林美华

0 引言

现行的沥青路面施工工艺是将拌合设备生产的沥青混合料通过自卸车直接倒入沥青摊铺机的料斗中,然后进行摊铺、压实。国内外施工实践证明,通过这种工艺成型的路面存在一些普遍的缺陷,路面的早期破损现象比较严重,其中最主要的是离析问题。

所谓沥青混合料离析是指在路面某一区域内沥青混合料主要性质的不均匀,包括沥青含量、级配组成、添加剂含量以及路面的孔隙率等。对一般的沥青混合料而言,分为集料离析和温度离析,对于SMA而言还可能存在集料—沥青离析。

1 沥青混凝土离析的原因

1.1 碎石采集不均匀,矿料级配不合理

公路部门使用的石料一般不是自己生产的,而是取自于社会料场。一个工程的集料往往来自不同料场,不仅石料质量不同,还存在覆盖层和风化层清除不干净、破碎和筛分机械不统一、筛孔尺寸混乱等现象,导致集料产品质量及规格不统一,实际级配与配合比设计所用的级配有很大的差距。尽管目标配合比设计很认真,但生产配合比设计产生很大变化,到正式生产时,实际材料与配合比的材料相比简直面目全非了。

1.2 沥青混合料的生产及运送

沥青混合料从贮料仓向运输车里输送时,由于高度原因,大骨料滚落在车厢附近,粗骨料在车厢周围比较集中,形成材料离析。同时车厢四壁由于和外界直接接触,温度较低,当热混合料与四壁接触时,温度会明显降低,而车厢中心的温度就不会有太大的变化,从而形成温度离析[1]。

在长时间的运输和待卸料过程中会使混合料温度下降过多,低于规定的摊铺温度会造成废料。特别是整车料的温度下降不均匀,整车料表面的料温比中部的料温要低20℃左右,造成温度离析。而摊铺机的布料过程无法使混合料的温度充分平衡。在压实过程中,低温的料不能获得所需的压实度,铺层局部孔隙高,导致渗水和日后的早期病害[2]。

1.3 摊铺过程中造成的离析

1)在每辆卡车卸料之间衔接不好,前一车料已用完,后一车才开始卸料。一般收料斗两侧的混合料含粗粒料多,没有重叠混匀的机会。2)料斗侧板翻起的次数过多,从而材料往后输料时发生滚动的机会也多。3)摊铺过程不连续,摊铺速度变化频繁,反复的停顿和重新启动使摊铺机的作业条件不稳定。4)分料器运转不连续,混合料会在摊铺机内产生显著离析。5)分料器转得太快,造成中间缺料。6)在横向布料时存在骨料离析,大骨料被输送到摊铺带两边,而细骨料留在中间。当摊铺宽度过大时尤其严重。7)运输车上已造成的混合料温度离析无法在摊铺过程中得到补偿。8)由于没有智能化控制手段,作业的连续性和作业参数的稳定性没有保障。

1.4 压实过程造成的离析

1)压实过程中易出现推移现象。引起路面推移主要有以下原因:集料级配过于密实、沥青混合料中沥青含量相对较高、基层没有按要求处理妥当。2)碾压过度。对SMA路面来说,由于它的集料嵌挤作用压实度比较容易达到,所以在碾压时很容易出现过碾压现象,这样不仅会压碎碎石,还会使玛脂部分上浮,构造深度减少,达不到SMA的目的。3)碾压方式不按规定进行。许多施工单位在沥青混合料摊铺好后,不是按照规定的压实方式进行,而是随意进行,他们的压实工艺、压路机类型、压实温度、压实速度和压实遍数均没有按照规范来进行,甚至在压实SMA路面时不能用轮胎压路机来压,但是有些单位偏要用轮胎压路机来碾压,这样很难保证路面的压实度和平整度,因此路面质量也就难以保证,从而造成不必要的浪费或重新返工。

2 沥青混合料离析的控制方法

2.1 加强材料的管理,保证均匀

碎石加工采用反击式破碎机破碎,大大降低细长扁平颗粒含量;细集料采用有适当级配的人工轧制的砂。保证原材料质量的稳定是材料控制的关键之一。要选择规模大的料场供料,必要时可以由承包人现场加工或联营。要控制材料运输环节,保证所运材料真正来自同一料场,承包人要派代表进驻料场。收料时要有试验人员负责把关。料场料堆高度不宜超过3 m。料堆不应堆成锥形,避免材料在存放时产生离析,细集料必须搭高防雨棚。

2.2 混合料的拌和

沥青混合料的拌和一般情况下每缸拌和的时间宜为35 s～50 s(设计充盈率55%～65%),其中干拌时间不得少于5 s。拌和时间应以沥青混合料拌和均匀,所有矿料颗粒全部裹覆沥青为度,并要试拌确定。要根据施工季节、施工天气、施工时间及施工运距合理确定沥青混合料的拌和时间,沥青加热温度由沥青粘度—温度曲线决定,烘干后集料的残余含水量不得大于1%。每天开始几盘集料应提高加热温度,并干拌几锅集料废弃,再正式加入沥青拌和混合料。拌好的沥青混合料应均匀一致,无花白料、无结团成块和严重的集料离析现象,不符合要求时不得使用并应及时调整,所有过度加热、炭化、起泡或含水的混合料必须废弃,加热不宜超过6 h,且当天加热当天用完,不宜多次加热以免老化。

2.3 沥青混合料的运输

为提高运输效率和保证沥青摊铺机连续作业,需要用20 t组长自卸车运输沥青混合料。而沥青摊铺机接料斗的容量一般只有5 t左右,摊铺作业时沥青摊铺机必须顶推自卸车一起前进,直至卸料车卸料完毕,随后的自卸车相继向沥青摊铺机供料。这种供料方式必须有足够数量的自卸车,即便如此也难避免自卸车向沥青摊铺机供料的间歇性,甚至出现沥青摊铺机待料和重新起步现象。因此不可避免地出现沥青混合料温度离析、铺筑层的密实度和平整度不符合要求的现象。这是目前常用自卸车运输沥青混合料方式无法克服的弊病,采用转运车在转运过程中对沥青混合料进行一次搅拌才能减轻。

2.4 摊铺控制

从摊铺机结构设计上避免离析,合理确定螺旋输料器的高度,使得在正常作业时料能全埋螺旋输料器,但又不会影响摊铺厚度。选择合适的输料槽宽度,合适的输料槽宽度将使输料畅通,而且输料器支撑处空间大,不会产生输料阻滞现象,减小了离析;螺旋输料器在机身中部两侧的反向叶片的数量和叶片倾斜角度要合适,合理的叶片数量和叶片倾斜角将机身中部的粒料搅拌均匀,避免中部离析[3]。

为避免沥青混合料产生离析,在摊铺中应采取如下措施:首先应该根据速度、频率的关系及铺筑层厚、材料种类、级配构成确定压实速度。尽量采用大直径、低转速螺旋布料器(低速大扭矩马达)的摊铺机;降低螺旋布料器的高度,并使混合料的高度超过螺旋布料器(即满埋布料器)。这样可以提高螺旋布料器的输送率,降低转速,减少不同物料颗粒之间的惯性差异,这样可以减少不同宽度位置上的横向离析和物料上下滚动产生的纵向离析,螺旋布料器上部不暴露在空间中,也不会由于上抛而产生面层离析[4]。

3 结语

混合料离析导致铺筑层的力学性能变坏,出现不良结构,从而降低路面的使用寿命。由于目前的施工工艺,沥青混合料离析还不能杜绝,所以采取各种措施控制和减少混合料的离析是保证高速公路路面平整度和质量的关键。这就需要对料源、拌和、运输、摊捕、压实等各个环节进行全方位控制,建议在公路工程中重视施工生产的每一个细节,采用先进的设备,有效控制离析,提高沥青路面的质量。

[1]刘雅香.浅谈拌和站沥青混合料的质量控制[J].辽宁交通科技,2002(5):40-41.

[2]黄腊泉.沥青路面常见病害及其防治措施[J].中外公路,2003(2):14-15.

[3]周 斌.沥青路面摊铺离析的产生与控制[J].交通科技,2005(4):21-22.

[4]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5]苏星舞.公路沥青路面常见病害处治方法[J].山西建筑,2008,34(30):299-300.