改善瀝青路面離析的施工工藝與技術(shù)

王 敏,駱 棟

(1.杭州市公路管理局,杭州 310004;2.浙江通達(dá)路橋工程有限公司,浙江 紹興 312400)

0 引 言

瀝青路面混合料離析是在施工過(guò)程中由于施工機(jī)械與施工工藝等因素的影響,導(dǎo)致瀝青混合料的實(shí)際級(jí)配偏離生產(chǎn)配合比的控制范圍,進(jìn)而破壞路面材料均勻分布的現(xiàn)象。當(dāng)瀝青混合料發(fā)生離析時(shí),粗細(xì)集料和瀝青會(huì)出現(xiàn)局部集中,使得路面空隙率發(fā)生變化。細(xì)集料集中、瀝青含量高的地方高溫穩(wěn)定性差,易出現(xiàn)車轍、推移、泛油等病害;粗集料集中、空隙率較大的部位會(huì)滲水,不能及時(shí)排除時(shí)有壓力水沖刷路面基層頂部造成唧漿,并有可能演變?yōu)樗缮?、沉陷等病害?；旌狭想x析是造成公路路面早期損壞的重要原因之一。

目前,現(xiàn)行規(guī)范 《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80-1 2004)[1]缺少評(píng)定離析情況的量化指標(biāo),也沒(méi)有成熟的離析檢測(cè)評(píng)價(jià)方法,使得混合料離析成為目前路面施工中最難完全解決的問(wèn)題之一。因此,研究和探索改善路面均勻性、提高路面施工質(zhì)量的方法和工藝,對(duì)預(yù)防路面早期損壞、延長(zhǎng)公路使用壽命、節(jié)約建設(shè)投資具有十分重要的意義。筆者在分析混合料級(jí)配離析和溫度離析產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上,從施工過(guò)程中的拌合、運(yùn)輸、攤鋪等環(huán)節(jié)入手,探討了生產(chǎn)過(guò)程中改善混合料離析的施工工藝和控制技術(shù)。

1 瀝青路面離析產(chǎn)生原因

瀝青混合料離析的產(chǎn)生貫穿路面施工過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié),根據(jù)表現(xiàn)形式的不同,將離析分為級(jí)配離析和溫度離析兩類。

1.1 級(jí)配離析產(chǎn)生原因

(1)拌合過(guò)程

我國(guó)現(xiàn)行施工規(guī)范推薦使用間歇式拌和機(jī)拌制瀝青混凝土,這種攪拌設(shè)備會(huì)使瀝青膜受到集料高溫和熱空氣的同時(shí)作用,輕質(zhì)油份迅速揮發(fā)且與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而加速瀝青老化[2]。瀝青老化程度越嚴(yán)重,與礦料之間的粘附性越差,混合料離析越嚴(yán)重。

使用間歇式瀝青混合料拌和機(jī),采用同一篩孔對(duì)不同層位的不同集料穿插進(jìn)行拌合,影響混合料級(jí)配,尤其是拌合上層較細(xì)的混合料時(shí)超粒徑料的排出往往不能實(shí)現(xiàn)[2]。

(2)卸料、運(yùn)輸過(guò)程

自卸車在拌合樓下裝料時(shí),始終處于靜止?fàn)顟B(tài),造成粗集料下落時(shí)滾向四周,細(xì)集料在中間聚集;自卸車到達(dá)鋪筑現(xiàn)場(chǎng)后,將混合料卸到攤鋪機(jī)的料斗時(shí)同樣會(huì)形成這樣的料堆,反復(fù)的裝卸過(guò)程直接導(dǎo)致粗細(xì)集料不均勻現(xiàn)象出現(xiàn)。

(3)攤鋪過(guò)程

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí),卸入攤鋪機(jī)料斗的混合料經(jīng)刮板輸料器送到螺旋分料器,再由螺旋分料器將瀝青混合物從中央向左右兩側(cè)送料,使料在熨平板前布料,隨后通過(guò)熨平板進(jìn)行攤鋪整平。整個(gè)攤鋪過(guò)程混合料在攤鋪機(jī)上經(jīng)歷了多次機(jī)械作用,粗細(xì)集料多次被分散和聚集,由于粗集料運(yùn)動(dòng)速率必然大于細(xì)粒料的運(yùn)動(dòng)速率,因而導(dǎo)致了級(jí)配離析。

高等級(jí)公路瀝青路面通常采用兩臺(tái)或更多臺(tái)數(shù)的攤鋪機(jī)前后錯(cuò)開(kāi)10～20 m,并幅呈梯隊(duì)方式同時(shí)攤鋪。該方法存在的主要問(wèn)題是在兩機(jī)接縫處會(huì)出現(xiàn)粒料的離析,因?yàn)橥ㄟ^(guò)螺旋分料器布料的混合料產(chǎn)生了從中間到兩邊的橫向移動(dòng),這個(gè)過(guò)程不僅會(huì)導(dǎo)致粒料的重新分布還會(huì)引起溫度散失。

1.2 溫度離析產(chǎn)生原因

熱拌瀝青混合料大多采用廠拌法施工,從拌合樓里生產(chǎn)出的混合料一般能夠符合施工溫度的要求,運(yùn)輸過(guò)程也采取了多種措施預(yù)防混合料溫度的下降。但是由于外界溫度、風(fēng)速、運(yùn)輸距離、路況和自卸車容量等因素的影響,瀝青混合料在運(yùn)輸、攤鋪、壓實(shí)過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生溫度損失。

施工中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)拌合能力、運(yùn)輸能力與攤鋪能力不相匹配的狀況,致使攤鋪機(jī)不能連續(xù)攤鋪,出現(xiàn) “停機(jī)待料”情況。當(dāng)下一車混合料與攤鋪機(jī)內(nèi)的殘冷料混合時(shí),會(huì)出現(xiàn)溫度不均勻的現(xiàn)象,最終導(dǎo)致局部碾壓不實(shí),溫度離析隨之出現(xiàn)。

2 瀝青混合料拌合離析控制

瀝青混合料的拌制是整個(gè)路面施工過(guò)程的第一個(gè)環(huán)節(jié),混合料質(zhì)量的高低主要由拌合設(shè)備決定,因此嚴(yán)格控制攪拌設(shè)備的計(jì)量精確度、拌合充分性和溫控能力不僅能夠提高瀝青混合料的級(jí)配組成,同時(shí)還能夠減少混合料的離析。

(1)對(duì)冷料倉(cāng)進(jìn)行混合料離析控制

冷料倉(cāng)數(shù)量一般有4～5個(gè),倉(cāng)壁的開(kāi)口角度一般為45°,中間不設(shè)擋板阻隔,這就造成了溢出倉(cāng)口的集料出現(xiàn)串料現(xiàn)象 (如圖1所示)。下設(shè)皮帶式給料機(jī) (如圖2所示),通過(guò)控制皮帶的前進(jìn)速度和下料口的大小卸出集料,在這個(gè)過(guò)程中易產(chǎn)生集料的混雜、細(xì)集料滯留和聚集,進(jìn)而出現(xiàn)材料的離析,應(yīng)對(duì)冷料供給系統(tǒng)進(jìn)行控制。

圖1 出現(xiàn)串料的冷料倉(cāng)

圖2 皮帶傳送集料過(guò)程

建議增加冷料倉(cāng)的數(shù)量,以利于進(jìn)一步細(xì)化冷料規(guī)格,減少礦料級(jí)配變化,并應(yīng)在相鄰冷料倉(cāng)交接處安裝隔板,以避免不同規(guī)格的冷料相混。冷料倉(cāng)的下料口應(yīng)設(shè)計(jì)成梯形開(kāi)口,四面的倉(cāng)壁設(shè)計(jì)成60°傾角,并在冷料倉(cāng)側(cè)壁上安裝防起拱的振動(dòng)器以加快集料的流動(dòng)速度,使材料均勻供料且阻力穩(wěn)定[3]。另外在冷料倉(cāng)的料門處加一個(gè)斷料傳感器,因阻滯而導(dǎo)致細(xì)料斷續(xù)下料和擁料的情況,通過(guò)傳感器可以隨時(shí)檢查控制冷料的供給。

(2)對(duì)熱料倉(cāng)進(jìn)行混合料離析控制

生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)每天檢查熱料倉(cāng)的級(jí)配,嚴(yán)禁用快速手動(dòng)調(diào)節(jié)冷料給料量的辦法來(lái)增加或減少某一熱料倉(cāng)的貯量[4]。

(3)對(duì)卸料過(guò)程進(jìn)行混合料離析控制

拌制完成后的瀝青混合料從儲(chǔ)料倉(cāng)中卸出時(shí),料門應(yīng)迅速打開(kāi),料門到自卸車的高度最好控制在2 m以內(nèi),越低越好。自卸車應(yīng)分3次裝料,先向車槽前部、然后向尾部,最后向中央卸料,卸料過(guò)程應(yīng)把握時(shí)間,裝料完成后最好加蓋雙層中間夾海綿篷布,以免溫度損失。

自卸車向攤鋪機(jī)料斗卸料時(shí),要最大程度保證整車混合料整體卸落,為此需調(diào)整自卸車車廂傾斜角度并在車廂底板涂潤(rùn)滑油。

3 瀝青混合料攤鋪離析控制

攤鋪過(guò)程是瀝青混合料離析控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),攤鋪工藝主要依賴于攤鋪機(jī)械的性能,因而選擇高性能的攤鋪機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)車是改善離析的最好途徑。

3.1 超大功率攤鋪機(jī)離析控制

(1)現(xiàn)有攤鋪技術(shù)的缺陷

我國(guó)早期為了提高路面平整度、控制橫坡和減少縱縫,采用單臺(tái)大型攤鋪機(jī)進(jìn)行全幅攤鋪,這是通過(guò)直接加長(zhǎng)攤鋪機(jī)熨平板實(shí)現(xiàn)的,其功率、螺旋、振搗能力等性能并沒(méi)有相應(yīng)提升。然而攤鋪寬度加寬后會(huì)增加離析,這是因?yàn)槁菪剂掀鬟\(yùn)送混合料距離過(guò)長(zhǎng),不可避免地會(huì)造成粗、細(xì)集料的離析,越往邊上溫度下降越多;另一方面熨平板加長(zhǎng)部分沒(méi)有振動(dòng)夯實(shí)作用,不僅導(dǎo)致集料級(jí)配不均勻,而且壓實(shí)度也不一樣。2005年 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》實(shí)施后,明確規(guī)定采用雙機(jī)并幅呈梯隊(duì)方式攤鋪,但是實(shí)際上兩機(jī)接縫處存在著縱向離析帶和攤鋪厚度方向上的豎向物料離析問(wèn)題,當(dāng)攤鋪含有大粒徑的穩(wěn)定材料或?yàn)r青下面層時(shí)尤為嚴(yán)重[5]。

(2)超大功率攤鋪機(jī)的性能

針對(duì)并機(jī)攤鋪技術(shù)存在的離析問(wèn)題,大厚度、全寬一次成型攤鋪技術(shù)為該問(wèn)題的改善提供了新途徑,而攤鋪機(jī)性能是決定此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。與普通攤鋪機(jī)相比,超大功率攤鋪機(jī)具有以下特點(diǎn),見(jiàn)表1。

表1 攤鋪機(jī)的主要性能參數(shù)對(duì)比

(3)超大功率攤鋪機(jī)的離析控制

超大功率攤鋪機(jī)主要用于12 m以上大寬幅單機(jī)攤鋪施工[6],能夠消除雙機(jī)并幅攤鋪所帶來(lái)的縱向離析和接縫,其原理主要通過(guò)改進(jìn)螺旋布料器的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)來(lái)改善攤鋪機(jī)性能。傳統(tǒng)的螺旋布料器設(shè)計(jì)理論主要來(lái)源于其均勻輸料和為熨平板布料的主要功能,導(dǎo)致混合料的輸送高度只位于螺旋中心上方葉片直徑2/3處。改進(jìn)后的螺旋全部埋于物料底部,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有了二次攪拌的效果,從而對(duì)拌和和運(yùn)輸過(guò)程的離析進(jìn)行了補(bǔ)償。物料全埋螺旋設(shè)計(jì)還能夠增大輸料能力,保證連續(xù)攤鋪。此外,該類攤鋪機(jī)還有專門的防離析設(shè)計(jì),如加大螺旋直徑、減小升角、降低螺旋布料器轉(zhuǎn)速、設(shè)計(jì)反向葉片、增大料斗容量等。

目前,國(guó)內(nèi)多條高速公路已經(jīng)開(kāi)展超大功率攤鋪機(jī)施工離析控制的試驗(yàn)研究,從抽提試驗(yàn)、紅外熱像儀和無(wú)核密度儀檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,確實(shí)對(duì)路面施工離析取得了很好的控制效果。

但是,超大功率攤鋪機(jī)的功率消耗非常大,經(jīng)濟(jì)性不佳,這是該設(shè)備推廣使用的一大障礙。另一方面,由于輸料能力的提高,需要配備生產(chǎn)能力更大的拌合設(shè)備與其攤鋪能力匹配。

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪工藝離析控制

瀝青混合料在拌合生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的級(jí)配離析和溫度離析在現(xiàn)有工藝水平下是無(wú)法避免的。除了從改進(jìn)攤鋪機(jī)自身性能來(lái)控制離析之外,轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪工藝隨著路面施工質(zhì)量要求的提高也應(yīng)運(yùn)而生。

轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪工藝就是在自卸車與攤鋪機(jī)之間增加混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車,通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車的二次攪拌和加溫保溫功能、大容量的儲(chǔ)料能力來(lái)改善運(yùn)輸、攤鋪環(huán)節(jié)的級(jí)配和溫度離析。

轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪工藝的特點(diǎn)在于自卸車運(yùn)來(lái)的混合料不是直接卸入攤鋪機(jī)料斗,而是通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車做為過(guò)渡設(shè)備,再給攤鋪機(jī)均勻喂料;攤鋪機(jī)的料斗也不再起儲(chǔ)存作用,混合料直接經(jīng)過(guò)攤鋪機(jī)的傳送帶進(jìn)入螺旋布料器,立即鋪筑到地面上。這種設(shè)計(jì)的原因是為了避免自卸車與攤鋪機(jī)直接接觸影響平整度,更重要的是防止攤鋪機(jī)的 “停機(jī)待料”和自卸車卸料過(guò)程中的離析現(xiàn)象。同時(shí),在轉(zhuǎn)運(yùn)車設(shè)計(jì)中加入二次攪拌和加溫功能,并保證其與攤鋪機(jī)同速前進(jìn),實(shí)現(xiàn)連續(xù)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

雖然轉(zhuǎn)運(yùn)車可以有效減少瀝青混合料離析,但是設(shè)備本身價(jià)格昂貴,且二次攪拌和加溫功能同時(shí)增加施工成本,更重要的是轉(zhuǎn)運(yùn)車不能根本避免攤鋪過(guò)程中的瀝青混合料離析。因此建議將轉(zhuǎn)運(yùn)車與大功率攤鋪機(jī)配合使用,共同發(fā)揮各自在拌合、運(yùn)輸和攤鋪環(huán)節(jié)上的抗離析功能,并通過(guò)全幅一次攤鋪成型的特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化施工成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

生的,嚴(yán)重影響路面的施工質(zhì)量和使用年限。筆者在分析級(jí)配離析和溫度離析產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上,探討和介紹了拌合離析控制技術(shù)、超大功率攤鋪機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)攤鋪工藝的特點(diǎn),指出聯(lián)合使用大功率攤鋪機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)車能夠更好地改善離析問(wèn)題。鑒于技術(shù)與工藝的不成熟性和規(guī)范的限制,還應(yīng)深入開(kāi)展研究、積累經(jīng)驗(yàn)、加強(qiáng)檢測(cè),進(jìn)一步為設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)有效的指導(dǎo)。

瀝青混合料離析是伴隨著路面機(jī)械化施工而產(chǎn)

[1]JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]李冰,焦生杰.瀝青混凝土攤鋪機(jī)與施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]張春燕.Superpave混合料施工工藝與質(zhì)量過(guò)程控制技術(shù)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2006.

[4]馬登成.“十漫”高速公路瀝青路面機(jī)械化施工過(guò)程質(zhì)量控制[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2008.

[5]李巖軍,石鑫.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面機(jī)械化施工質(zhì)量控制新技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2010.

[6]姚懷新.高等級(jí)公路攤鋪工藝與攤鋪機(jī)技術(shù)發(fā)展方向討論[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2005,(8):41-44.