改善沥青路面离析的施工工艺与技术

王 敏,骆 栋

(1.杭州市公路管理局,杭州 310004;2.浙江通达路桥工程有限公司,浙江 绍兴 312400)

0 引 言

沥青路面混合料离析是在施工过程中由于施工机械与施工工艺等因素的影响,导致沥青混合料的实际级配偏离生产配合比的控制范围,进而破坏路面材料均匀分布的现象。当沥青混合料发生离析时,粗细集料和沥青会出现局部集中,使得路面空隙率发生变化。细集料集中、沥青含量高的地方高温稳定性差,易出现车辙、推移、泛油等病害;粗集料集中、空隙率较大的部位会渗水,不能及时排除时有压力水冲刷路面基层顶部造成唧浆,并有可能演变为松散、沉陷等病害。混合料离析是造成公路路面早期损坏的重要原因之一。

目前,现行规范 《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80-1 2004)[1]缺少评定离析情况的量化指标,也没有成熟的离析检测评价方法,使得混合料离析成为目前路面施工中最难完全解决的问题之一。因此,研究和探索改善路面均匀性、提高路面施工质量的方法和工艺,对预防路面早期损坏、延长公路使用寿命、节约建设投资具有十分重要的意义。笔者在分析混合料级配离析和温度离析产生原因的基础上,从施工过程中的拌合、运输、摊铺等环节入手,探讨了生产过程中改善混合料离析的施工工艺和控制技术。

1 沥青路面离析产生原因

沥青混合料离析的产生贯穿路面施工过程的各个环节,根据表现形式的不同,将离析分为级配离析和温度离析两类。

1.1 级配离析产生原因

(1)拌合过程

我国现行施工规范推荐使用间歇式拌和机拌制沥青混凝土,这种搅拌设备会使沥青膜受到集料高温和热空气的同时作用,轻质油份迅速挥发且与氧气发生化学反应,从而加速沥青老化[2]。沥青老化程度越严重,与矿料之间的粘附性越差,混合料离析越严重。

使用间歇式沥青混合料拌和机,采用同一筛孔对不同层位的不同集料穿插进行拌合,影响混合料级配,尤其是拌合上层较细的混合料时超粒径料的排出往往不能实现[2]。

(2)卸料、运输过程

自卸车在拌合楼下装料时,始终处于静止状态,造成粗集料下落时滚向四周,细集料在中间聚集;自卸车到达铺筑现场后,将混合料卸到摊铺机的料斗时同样会形成这样的料堆,反复的装卸过程直接导致粗细集料不均匀现象出现。

(3)摊铺过程

摊铺作业时,卸入摊铺机料斗的混合料经刮板输料器送到螺旋分料器,再由螺旋分料器将沥青混合物从中央向左右两侧送料,使料在熨平板前布料,随后通过熨平板进行摊铺整平。整个摊铺过程混合料在摊铺机上经历了多次机械作用,粗细集料多次被分散和聚集,由于粗集料运动速率必然大于细粒料的运动速率,因而导致了级配离析。

高等级公路沥青路面通常采用两台或更多台数的摊铺机前后错开10～20 m,并幅呈梯队方式同时摊铺。该方法存在的主要问题是在两机接缝处会出现粒料的离析,因为通过螺旋分料器布料的混合料产生了从中间到两边的横向移动,这个过程不仅会导致粒料的重新分布还会引起温度散失。

1.2 温度离析产生原因

热拌沥青混合料大多采用厂拌法施工,从拌合楼里生产出的混合料一般能够符合施工温度的要求,运输过程也采取了多种措施预防混合料温度的下降。但是由于外界温度、风速、运输距离、路况和自卸车容量等因素的影响,沥青混合料在运输、摊铺、压实过程中不可避免地会发生温度损失。

施工中有时会出现拌合能力、运输能力与摊铺能力不相匹配的状况,致使摊铺机不能连续摊铺,出现 “停机待料”情况。当下一车混合料与摊铺机内的残冷料混合时,会出现温度不均匀的现象,最终导致局部碾压不实,温度离析随之出现。

2 沥青混合料拌合离析控制

沥青混合料的拌制是整个路面施工过程的第一个环节,混合料质量的高低主要由拌合设备决定,因此严格控制搅拌设备的计量精确度、拌合充分性和温控能力不仅能够提高沥青混合料的级配组成,同时还能够减少混合料的离析。

(1)对冷料仓进行混合料离析控制

冷料仓数量一般有4～5个,仓壁的开口角度一般为45°,中间不设挡板阻隔,这就造成了溢出仓口的集料出现串料现象 (如图1所示)。下设皮带式给料机 (如图2所示),通过控制皮带的前进速度和下料口的大小卸出集料,在这个过程中易产生集料的混杂、细集料滞留和聚集,进而出现材料的离析,应对冷料供给系统进行控制。

图1 出现串料的冷料仓

图2 皮带传送集料过程

建议增加冷料仓的数量,以利于进一步细化冷料规格,减少矿料级配变化,并应在相邻冷料仓交接处安装隔板,以避免不同规格的冷料相混。冷料仓的下料口应设计成梯形开口,四面的仓壁设计成60°倾角,并在冷料仓侧壁上安装防起拱的振动器以加快集料的流动速度,使材料均匀供料且阻力稳定[3]。另外在冷料仓的料门处加一个断料传感器,因阻滞而导致细料断续下料和拥料的情况,通过传感器可以随时检查控制冷料的供给。

(2)对热料仓进行混合料离析控制

生产过程中,应每天检查热料仓的级配,严禁用快速手动调节冷料给料量的办法来增加或减少某一热料仓的贮量[4]。

(3)对卸料过程进行混合料离析控制

拌制完成后的沥青混合料从储料仓中卸出时,料门应迅速打开,料门到自卸车的高度最好控制在2 m以内,越低越好。自卸车应分3次装料,先向车槽前部、然后向尾部,最后向中央卸料,卸料过程应把握时间,装料完成后最好加盖双层中间夹海绵篷布,以免温度损失。

自卸车向摊铺机料斗卸料时,要最大程度保证整车混合料整体卸落,为此需调整自卸车车厢倾斜角度并在车厢底板涂润滑油。

3 沥青混合料摊铺离析控制

摊铺过程是沥青混合料离析控制的关键环节,摊铺工艺主要依赖于摊铺机械的性能,因而选择高性能的摊铺机和转运车是改善离析的最好途径。

3.1 超大功率摊铺机离析控制

(1)现有摊铺技术的缺陷

我国早期为了提高路面平整度、控制横坡和减少纵缝,采用单台大型摊铺机进行全幅摊铺,这是通过直接加长摊铺机熨平板实现的,其功率、螺旋、振捣能力等性能并没有相应提升。然而摊铺宽度加宽后会增加离析,这是因为螺旋布料器运送混合料距离过长,不可避免地会造成粗、细集料的离析,越往边上温度下降越多;另一方面熨平板加长部分没有振动夯实作用,不仅导致集料级配不均匀,而且压实度也不一样。2005年 《公路沥青路面施工技术规范》实施后,明确规定采用双机并幅呈梯队方式摊铺,但是实际上两机接缝处存在着纵向离析带和摊铺厚度方向上的竖向物料离析问题,当摊铺含有大粒径的稳定材料或沥青下面层时尤为严重[5]。

(2)超大功率摊铺机的性能

针对并机摊铺技术存在的离析问题,大厚度、全宽一次成型摊铺技术为该问题的改善提供了新途径,而摊铺机性能是决定此项技术的关键。与普通摊铺机相比,超大功率摊铺机具有以下特点,见表1。

表1 摊铺机的主要性能参数对比

(3)超大功率摊铺机的离析控制

超大功率摊铺机主要用于12 m以上大宽幅单机摊铺施工[6],能够消除双机并幅摊铺所带来的纵向离析和接缝,其原理主要通过改进螺旋布料器的结构及运动学参数来改善摊铺机性能。传统的螺旋布料器设计理论主要来源于其均匀输料和为熨平板布料的主要功能,导致混合料的输送高度只位于螺旋中心上方叶片直径2/3处。改进后的螺旋全部埋于物料底部,转动时具有了二次搅拌的效果,从而对拌和和运输过程的离析进行了补偿。物料全埋螺旋设计还能够增大输料能力,保证连续摊铺。此外,该类摊铺机还有专门的防离析设计,如加大螺旋直径、减小升角、降低螺旋布料器转速、设计反向叶片、增大料斗容量等。

目前,国内多条高速公路已经开展超大功率摊铺机施工离析控制的试验研究,从抽提试验、红外热像仪和无核密度仪检测结果来看,确实对路面施工离析取得了很好的控制效果。

但是,超大功率摊铺机的功率消耗非常大,经济性不佳,这是该设备推广使用的一大障碍。另一方面,由于输料能力的提高,需要配备生产能力更大的拌合设备与其摊铺能力匹配。

3.2 转运摊铺工艺离析控制

沥青混合料在拌合生产和运输过程中产生的级配离析和温度离析在现有工艺水平下是无法避免的。除了从改进摊铺机自身性能来控制离析之外,转运摊铺工艺随着路面施工质量要求的提高也应运而生。

转运摊铺工艺就是在自卸车与摊铺机之间增加混合料转运车,通过转运车的二次搅拌和加温保温功能、大容量的储料能力来改善运输、摊铺环节的级配和温度离析。

转运摊铺工艺的特点在于自卸车运来的混合料不是直接卸入摊铺机料斗,而是通过转运车做为过渡设备,再给摊铺机均匀喂料;摊铺机的料斗也不再起储存作用,混合料直接经过摊铺机的传送带进入螺旋布料器,立即铺筑到地面上。这种设计的原因是为了避免自卸车与摊铺机直接接触影响平整度,更重要的是防止摊铺机的 “停机待料”和自卸车卸料过程中的离析现象。同时,在转运车设计中加入二次搅拌和加温功能,并保证其与摊铺机同速前进,实现连续摊铺作业。

虽然转运车可以有效减少沥青混合料离析,但是设备本身价格昂贵,且二次搅拌和加温功能同时增加施工成本,更重要的是转运车不能根本避免摊铺过程中的沥青混合料离析。因此建议将转运车与大功率摊铺机配合使用,共同发挥各自在拌合、运输和摊铺环节上的抗离析功能,并通过全幅一次摊铺成型的特点来优化施工成本。

4 结 语

生的,严重影响路面的施工质量和使用年限。笔者在分析级配离析和温度离析产生原因的基础上,探讨和介绍了拌合离析控制技术、超大功率摊铺机和转运摊铺工艺的特点,指出联合使用大功率摊铺机和转运车能够更好地改善离析问题。鉴于技术与工艺的不成熟性和规范的限制,还应深入开展研究、积累经验、加强检测,进一步为设计和施工提供科学有效的指导。

沥青混合料离析是伴随着路面机械化施工而产

[1]JTG F80/1-2004,公路工程质量检验评定标准[S].

[2]李冰,焦生杰.沥青混凝土摊铺机与施工技术[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]张春燕.Superpave混合料施工工艺与质量过程控制技术研究[D].西安:长安大学,2006.

[4]马登成.“十漫”高速公路沥青路面机械化施工过程质量控制[D].西安:长安大学,2008.

[5]李岩军,石鑫.高等级公路半刚性基层沥青路面机械化施工质量控制新技术[M].北京:人民交通出版社,2010.

[6]姚怀新.高等级公路摊铺工艺与摊铺机技术发展方向讨论[J].建设机械技术与管理,2005,(8):41-44.