沥青混合料离析成因与控制方法分析

2018-12-07吴中玉

建材与装饰 2018年45期

吴中玉

（淮安市大地公路工程养护有限公司江苏淮安 223001）

1 级配离析

1.1 离析成因

由于沥青混合料级配曲线为影响其离析的主要因素之一，当其偏离标准级配中值线过大时，会使混合料离析现象加剧，因此在级配设计过程中应合理选择集料最大公称粒径。在细集料（特别是粒径小于0.075mm的细小颗粒）含量较多时，会因过多吸附自由沥青而使混合料表现干涩，从而产生离析现象；而在粗集料含量较多时，混合料会因空隙率增大而倾向于离析，这在施工过程中极易造成离析形成，对此应特别重视。

从本质上讲，粗集料分布不均为造成沥青混合料级配离析的主要原因，并且离析程度随着颗粒最大粒径的增大而越发明显。我国现有规范中对于沥青混合料离析的控制，只是于固定范围内通过对各挡集料通过率限制的方法，而对设计级配差异并不区分。分析沥青混合料VMA（矿料间隙率）可知，除矿料级配外，集料形状、表面纹理以及压实工艺等均为引发混合料离析的因素。

1.2 控制措施

以混合料标准配合比为依据，严格控制矿料级配，特别是级配曲线中对铺面均匀性影响较大的2.36mm与4.75mm的中粒径颗粒，其通过率应与设计值接近，以防含量过多不利于压实控制，含量过小使均匀性表现较差。此外，混合料生产过程中，对生产配合比应以热料仓与控制室筛分结果为依据进行定期调整，以此实时控制混合料中集料颗粒组成的变异性，从而抑制离析现象的出现。

2 温度离析

2.1 离析成因

2.1.1 运输过程温度离析

与级配离析不同，沥青混合料温度离析的判定（包括离析机理与离析程度的分析）需借助于红外摄像机，不易用肉眼观察到。一般情况下，沥青混合料在运输过程中其与空气温差＞120℃，同时在行车作用下，会产生较高的相对风速，致使混合料运输至施工现场后必然性存在一定的温度损失。混合料温降程度取决于保温措施、行车速度与运输时间，总体而言从外至内温降程度逐渐减小，其中以堆料表面与车厢接触面温降最大，并且在摊铺卸料过程中，由于车辆两侧表面料通常是最后被刮送至螺旋布料器中，因此会使温降程度最大的表层冷料集中摊铺，从而产生温度离析现象。实际检测发现，在长距离运输条件下，沥青混合料表层温降后与内部温差可达60℃以上，并且温降严重部位已难以满足混合料压实温度。

2.1.2 摊铺过程温度离析

在摊铺过程中，沥青混合料经摊铺机料斗与输料器（包括螺旋输料器）输送至熨平板及其两端的过程中，混合料处于滚动状态，此时高温混合料因集料周围沥青粘结力较小而滚动较快，低温混合料因集料周围沥青粘结力较大而滚动较慢，正是在温差影响下混合料滚速不一致，加之运输过程已产生一定程度的温度离析，使混凝土离析现象进一步加剧，最终导致低温部分混合料压实效果较差，透水性因空隙率过大而增强，承载力下降且使用寿命缩短。

2.2 控制措施

（1）提升沥青混合料拌合楼温度自控系统的精度，加强混合料出厂温度控制；

（2）做好混合料运输过程的保温措施，具体可采用较厚的保温材料（如蓬布）进行覆盖；

（3）混合料摊铺过程中加强摊铺机螺旋分料室的二次拌和，以此消除混合料温差；

（4）当为远距离运输时，为消除车厢内混合料表层与内部的温差，除覆盖保温措施外，最好在运输途中或摊铺现象设置二次拌合设备，以此减缓或消除混合料运输过程产生的温度离析。

实际上，由于铁质车厢为热的良导体，与车厢两侧和底部接触的混合料温度损失同样较快，因此仅采用覆盖保温的方式很难实现混合料温度离析的完全控制。淮安市某公路工程曾采用完全包裹运料车车厢的方式进行混合料温度保护，即车厢外包裹2层篷布中间夹1层无纺土工布，堆料顶部覆盖1层棉被与1层蓬布。从实际效果来看，即使在长距离运输条件下，堆料顶部与靠近车厢处混合料温度仅比内部温度低4℃左右，整体保温效果良好，施工过程基本无温度离析现象。

3 碾压离析

3.1 离析成因

实际上，压实功（反映于压实效果）的变化为造成沥青混合料碾压离析的根本原因，以下对此具体分析：

3.1.1 摊铺机预压离析

（1）横向预压实变化。混合料摊铺过程中，摊铺宽度越大，端头距离中心越远，熨平板支承刚度就越小，从而使施加于混合料表面的振动作用力变小，致使混合料预压实功沿熨平板中间向两侧方向呈减小趋势，故而因压实功差异而引发混合料离析现象。研究表明：当混合料摊铺宽度≤3m时，摊铺机预压实功沿熨平板方向变化极小，基本可忽略不计，对混合料离析不会产生影响。

（2）纵向预压实变化。摊铺过程中，受行驶阻力、作业阻力及材料供应等因素的影响，会使摊铺速度发生一定程度的变化，由于振捣器频率较低（通常不大于25Hz）且厚度较薄（一般为2～3cm），因此在摊铺速度变化幅度较大时，便会于摊铺方向（即纵向）因击实次数的变化而引起初压效果的变化。对于摊铺机通过某点时击实次数n，可由下式（1）计算：

式中：v为摊铺速度，m/min；L 为夯锤宽度，cm；S 为夯锤频率，Hz。

由上式可知，摊铺速度越慢，振动器于经过某一点的击实次数约多，初压效果越好，反之则越差。例如在摊铺速度由2.5m/min提升至5.0m/min时，振动器击实次数会减少50%，在这样大幅度变化情况下，必然会导致混合料因压实效果的变化而发生离析。

3.1.2 压路机碾压离析

（1）横向压实离析。压路机在碾压沥青混合料铺层时，钢轮正下方力直接通过面层传递给下承层，下承层即产生大小相等的反力，在这一对方向相反的力的作用下铺层被压实；在钢轮的边缘，作用力返回到表面层时，反作用力仅来自于铺层而不是钢轮。该现象会使钢轮宽度范围内及其邻近区域的压实度均发生变化。

（2）纵向压实离析。利用振动压路机碾压时，由于压路机会周期性进行“起步→起振→振动→停振→停机→起步”的循环作业，从起振→振动过程中，振动轮的频率会从0上升至压路机的设定频率值，而从振动→停振过程中，振动轮的频率又会从设定值下降至0，在这两个阶段中，压路机对混合料的压实功处于变化状态，并且压路机设定频率值越大，压实功变化越大，故而会使混合料发生纵向离析。

3.2 控制措施

（1）摊铺机预压离析控制。摊铺机在作业过程中，摊铺宽度方向由于熨平板工作装置的刚度随宽度的增加而减弱，造成沿宽度方向的压实离析现象。为了减小离析，铺层宽度应进行限制（最大不宜超过7m）；为了减小由于摊铺速度变化对压实离析的影响，作业速度宜控制在4m/min以上。若摊铺机工作在低速段，要求摊铺作业的速度应稳定，不要时走时停，时快时慢。

（2）碾压过程离析控制。与温度离析和级配离析不同，碾压过程的离析对铺层压实度的影响主要表现为碾压工艺与压实功的变化。压路机进行复压时由于振动碾压使其邻近区域往往被振松，原本密实度较高的区域出现了压实度下降的现象，为了解决此类问题，应采用轮胎压路机或静作用压路机进行终压，使铺层压实度均匀一致；为了减小同一种型号压路机进行振动碾压时重迭碾压的区域为同一碾压带所带来的不利影响，宜选用不同轮宽的压路机进行复压。