沥青路面摊铺中的离析现象剖析及控制措施研究

□ 冯春虎 施瑛琪 宁本盛 骆长益

沥青摊铺作为沥青路面施工过程中的重要一环，在摊铺过程中会出现离析现象，容易加速沥青路面的各类病害形成，影响行车安全和通行效率。沥青路面在摊铺过程中由于受湿度、温度等因素影响，混合料中的沥青含量、级配组成以及添加剂含量容易产生变化，从而形成沥青路面离析。离析现象是沥青路面施工中最不易消除的质量问题，严重影响了路面的力学性能和使用寿命。笔者结合沥青路面摊铺过程中的实际施工经验，探索摊铺施工过程中沥青混合料出现离析现象的主要影响因素及沥青混合料离析的相关防控措施。

一、沥青路面摊铺离析的分类

离析现象的产生与沥青混合料的设计、拌和、运输、摊铺、碾压等各个环节都有关系。根据离析的方向和原因，可以将沥青路面摊铺离析分为横向离析、纵向离析和温度离析等3 种类型。

1. 横向离析

横向离析是指沥青混合料在摊铺机横向宽度方向上出现的粗细集料或温度的不均匀分布，主要由于摊铺机的螺旋分料器、刮板输料器或前导料板等构造问题或操作不当造成。

2. 纵向离析

纵向离析是指沥青混合料在摊铺机纵向长度方向上出现的粗细集料或温度的不均匀分布，主要由于拌和站、运输车辆或摊铺机等设备问题或操作不当造成。

3. 温度离析

温度离析是指沥青混合料在摊铺过程中出现的温度差异过大，主要由于拌和站、运输车辆或摊铺机等设备或操作不当造成。

二、沥青路面摊铺离析的形成原因

1. 级配稳定性变化

沥青混合料由不同性质规格的石料和集料相互搅拌形成，在拌和过程中受拌和速度、时间等因素影响，级配稳定性保持难度较大，容易出现拌和时的沥青混合料与配合比设计偏离程度较高的情况，内部级配结构发生变化。此外，运输过程中的防护措施不当、运输路线选择不合理等因素，也容易造成沥青混合料内部级配结构不稳定，导致沥青混合料在摊铺前发生离析现象，影响后续的摊铺作业流程。

2. 温度变化

由于混合料拌和的烘干筒无法始终保持恒定的加热温度及加热时间，混合料拌和温度容易出现一定区间内的范围波动。拌和步骤完成开始运输装料时，对混合料施加相同压实功率，会产生不同的压实度和空隙率，导致混合料不同结构层发生温差变化。运输过程中若未有效覆盖苫布，沥青混合料在运输过程中无法保持稳定温度，导致沥青混合料表面降温较快，内部降温较慢，产生温度离析现象。周围环境、天气、混合料厚度等因素都会造成混合料运输途中的温差变化。相关经验数据标明，混合料表面与内部温差在10℃～16℃时，会发生轻度离析；温差在17℃～21℃时，会发生重度离析；当温差大于21℃产生严重离析现象。

3. 机械操作规范性

在使用摊铺机摊铺过程中，部分不规范的操作行为也可能导致路面发生离析现象。例如，摊铺机摊铺时两侧的受料斗堆放了数量过多的混合料，会导致摊铺机侧板高频度地向上翻起，造成摊铺完成后路面混合料严重不均匀分布。摊铺过程中摊铺机未能保持匀速摊铺，存在随意停机或加速减速现象，也会大大增加混合料发生离析的概率。若沥青混合料的运输车辆卸料时，与摊铺受料斗之间的高差过大，同时未装配串筒、溜槽等辅助设施装置，也会造成混合料的离析现象。摊铺机的螺旋布料器分料过程中输料量过大会导致仅有物料内部的螺旋具备输料能力，其负荷压力增大，转速提高，顶端向材料层上方空间加速抛送混合料，从而导致在分料过程中形成离析。

三、沥青路面摊铺离析的影响因素

1. 摊铺的速度

摊铺机摊铺速度过慢或过快均容易产生离析现象。当摊铺速度过慢时，实际摊铺速度小于设计速度，变量泵的排量远低于其最大排量，容积效率低，路面摊铺均匀性下降从而发生离析；当摊铺速度过快时，容易出现混合料供料不及时的现象。为了维持布料槽中混合料的供应，螺旋布料器无法保持均匀旋转，造成摊铺过程中布料槽中的沥青混合料未保持一致高度，混合料对熨平板前端沥青混合料压力不均，使不同位置进入熨平板下方的沥青混合料预压实度差异变大，引起沥青混合料的均匀性降低，从而产生离析现象。因此，摊铺机摊铺工作时，应以缓慢、均匀的速度、不间断地开展摊铺作业。通常情况下，SMA 沥青混合料面层的摊铺速度应控制在1 ～3 米/分钟 的范围内，AC 型沥青混合料面层摊铺速度应在2 ～4 米/分钟的范围内。

2. 摊铺的温度

摊铺作业过程中混合料的温度控制对于避免混合料离析、保证摊铺质量尤为重要。通常情况下，沥青混合料温度低于110 ℃以下时，表面呈现粗糙特征且存在结块现象，摊铺时硬度较高，抗变形能力较强，沥青混合料之间的缝隙变大，摊铺的面层内部进入大量水分，产生水损害现象，导致各项摊铺指标难以满足规范要求，加速了沥青混合料的离析效应。

3. 摊铺的平整度

摊铺的平整度对于沥青离析控制也具备重要影响。摊铺机工作机制为浮动摊铺，调平活塞杆作为作用支点与熨平板同步升降，摊铺机在摊铺过程中行进速度发生变化无法与振动振捣保持同步时，摊铺的面层各结构无法保持相同的密实度，路面呈现出粗糙凹凸的特征，平整度降低，沥青混合料发生严重离析，影响整体路面质量。

4. 摊铺的机械设备

摊铺机的螺旋布料器在螺旋分料过程中较容易发生离析现象，螺旋分料过程在整个作业过程中功率消耗较大，占到整机的50%～60%。大功率摊铺机在摊铺作业过程中进行较大厚度、较大宽度的摊铺作业时，为了确保输料的效率，需要将螺旋布料器的转速不断提高，造成螺旋布料器高速旋转时不断抛物，位于物料层上部的物料不断增加，形成混合料的离析现象。

四、沥青路面摊铺离析的控制与改进措施

1. 完善机械设备

（1）推荐使用“沥青混合料转运车”的机械设备。其主要作用在于能够在摊铺前对沥青混合料重新进行搅拌，避免摊铺时摊铺机与运输车辆发生碰撞，减少因碰撞发生温差变化。

（2）使用具备变螺距螺旋输送器、变径螺旋输送器等重型螺旋搅拌结构的摊铺机开展作业。当螺旋布料器工作时，仅有符合螺宽距要求的沥青混合料可以进入螺旋布料器中，实现输料摊铺，小于螺宽距的混合料实现二次搅拌。在该过程中，热粗级配混合料和冷粗级配混合料得到重新充分的拌合，从而实现了消除运输过程中形成的温度离析。

2. 规范操作机械设备

（1）准备工作。摊铺机就位后，先预热至少50 分钟，熨平板夯锤振级4 级，混合料略高于螺旋布料器2/3 的高度，螺旋布料器中间位置两端安装反向螺旋叶片。宽幅较大的路面为保证纵向接缝平整，应准备2 台及以上的同型号摊铺机，在摊铺时前后错开10米左右的摊铺距离。摊铺机宽度不能超过12米，因为摊铺机越宽，螺旋布料器分料距离越长，发生离析的概率越大。

（2）施工过程。①利用摊铺机进行初始压实，摊铺机速度要慢，摊铺宽度要窄，应选择适宜振幅的熨平板及夯锤压实装置，确保摊铺时路面初始压实度指标符合要求。熨平板的加宽连接处需要反复调节，确保摊铺路面没有较为明显的离析痕迹；②摊铺时要给接料斗涂上隔离剂，校准运料车与摊铺机料斗中心位置，在距离摊铺机0.3 米左右的位置就需立刻挂上空挡停车，摊铺机适当向前挪动与运料车对接。部分坡度较大的路段摊铺机与运输车辆适合同步向前推进；③控制摊铺机收斗至少摊铺3 车以后，同时要求操作手在收斗时只能收2/3，因收斗掉落的颗粒废弃不用；④摊铺机两侧履带的松紧程度保持一致，避免摊铺出现搓板现象；⑤安排作业人员及时在摊铺过程中检查摊铺层厚度和摊铺平整度，若发现局部区域出现离析现象，要及时上报有关情况。摊铺过程中，派专人检查铺筑厚度及平整度，发现局部离析问题及时处理。

（3）螺旋布料器的注意事项。为尽量避免沥青摊铺过程中螺旋布料器产生离析现象，在摊铺过程中要注意以下事项：①尽量选用转速低、直径大的摊铺机，需要具备大扭矩低速马达的机械配置；②确保沥青混合料的高度高于螺旋布料器。应尽可能地降低螺旋布料器的高度，提高螺旋布料器的运料效率，减少不同类型物料在输送过程中因相互摩擦产生的惯性。其原理在于当布料器埋置在混合料当中时，实现了对混合料的再度搅拌，从而降低了物料在整个前期搅拌过程中的离析程度。当布料器高度降低时，螺旋布料器两端的沥青混合料不断地沿着断面方向挤出，代替了传统情况下向上下方向倾推混合料，降低了因出料位置宽度不同形成横向离析以及混合料上下滚动形成纵向离析的概率。布料器的上端位置处于较为封闭的空间内，不会与外界暴露，因此也一定程度上降低了因上抛物料产生面层离析的概率。

3. 不同离析类型的专项防控

（1）横向离析。①增加螺旋布料器的驱动转矩，提高针对混合料位置刮板控制点的控制能力和传感器感应点的感应能力，降低驱动转速，同时增加螺旋二次搅拌功能、保持螺旋平稳缓慢起动，减少因摊铺的前期工序不当形成的温度离析和物理离析；②推荐采用变径螺旋设计。此类设计结构的螺旋直径自内向外减小，整体断面包络线型近似为几类间断独立的直径结构，其优点在于混合料分料过程中可以实现物料满埋且搅拌强度一致；③增加整机功率匹配。推荐使用发动机为电喷柴油机的摊铺机开展摊铺工作，电喷柴油机动力性能强，控制特征优异，能有效增加螺旋的输料能力；④采用大吨位的货车对混合料进行运输，降低运输过程中产生的混合料离析；⑤运输的自卸货车在装载混合料时可以减少在静止状态下进行装料，按照前后中的车厢顺序移动装料，减少混合料离析；此外，每辆货车卸完混合料时，切勿将螺旋料槽中的物料一次性铺完，需要将料斗及时收起，待剩余的混合料进入刮板机的输料器之后，将新的混合料及时地卸到摊铺机上，从而利用螺旋和刮板在输料过程中使得旧料和新料能够充分的混合，进而减少离析的发生。

（2）纵向离析。①防止采用两台摊铺机并行的方式进行摊铺作业，否则会产生300 ～600 毫米范围内的接缝；②摊铺过程中左右螺旋中缝处会产生条形离析带，在左右两侧各安装一组可调节的反向螺旋叶片，能够解决螺旋支撑处存在混合料堵塞的情况；③增加料槽的前后尺寸、提升物料空间及搅拌体积。

（3）竖向离析。①使用具备上下物料满埋螺旋设计的摊铺机，避免出现大颗粒混合料在前挡板处滑落的现象；②加装可调节上下高度的前挡板，调节的离地间隙程度以摊铺厚度和摊铺材料作为影响因素；③螺旋外端处的卸荷口采用弹性橡胶板的悬臂式结构，能够防止卸荷口螺旋卡死，同时避免熨平板被顶起从而影响摊铺平整度。