螺旋布料器對瀝青混合料級配離析的影響研究

張晨光，葉 敏，張澤宇，王 琪

(長安大學(xué) 公路養(yǎng)護(hù)裝備國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

0 引 言

螺旋布料器是瀝青攤鋪機(jī)的主要工作裝置，主要功能是把瀝青混合料按照一定的工藝要求，均質(zhì)地分送到鋪筑路面的限定寬度內(nèi)，以保證后續(xù)攤鋪、壓實(shí)工序的正常進(jìn)行。在施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于布料缺陷而引起的攤鋪離析現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為混合料中粗細(xì)骨料的分布偏離設(shè)計(jì)級配，或者路面油石比發(fā)生非均勻性變異。離析的出現(xiàn)會減小鋪層強(qiáng)度、加速路面水損，造成擁包、龜裂等病害的過早出現(xiàn)，縮短瀝青路面的使用壽命[1-3]。

為了盡量減少瀝青混合料在螺旋布料過程中產(chǎn)生的離析，學(xué)者對螺旋布料器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了一系列研究和改進(jìn)。H.H.LIU等[4]研究得出了料槽料位高度、螺旋葉片直徑與攤鋪均勻性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并試驗(yàn)驗(yàn)證了合理化參數(shù)匹配能夠有效減少瀝青混合料攤鋪離析；馬登成等[5]認(rèn)為瀝青混合料粗骨料和細(xì)骨料慣性力的不同是產(chǎn)生離析的主要原因，變徑變距螺旋布料器可以從理論上解決路面離析問題；李朋偉等[6]認(rèn)為螺旋布料器低速滿埋施工工藝可以改善瀝青混合料在攤鋪過程中的離析，并提出了階梯型變徑變距螺旋布料器的設(shè)計(jì)方案；謝立揚(yáng)等[7]則通過試驗(yàn)研究指出滿埋螺旋可以減小輸送方向上的瀝青混合料級配離析，但無法有效解決螺旋上、下部離析；任飛等[8]運(yùn)用離散元的方法研究了物料在螺旋輸送過程中的動力學(xué)狀態(tài)，得出螺旋料槽的填充系數(shù)大于0.7有利于減小非均勻散料的級配離析程度；M.PEZO等[9]采用離散元仿真對螺旋輸送結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)與驗(yàn)證，提出了一種嵌入在螺旋葉片上的螺旋帶，該結(jié)構(gòu)可以延長物料的運(yùn)動軌跡，提高不同粒徑物料在輸送過程中的混合效率；姜婉等[10]基于計(jì)算流體力學(xué)仿真得出了螺旋轉(zhuǎn)速對布料質(zhì)量的影響，并建立了螺旋轉(zhuǎn)速與攤鋪速度及刮板速度的關(guān)聯(lián)模型；徐中新等[11-12]研究了螺旋結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對物料輸送速度的影響，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了變徑變距攤鋪機(jī)螺旋布料器；羅青云等[13]提出螺旋葉片布置應(yīng)由攤鋪寬度決定，輸送物料流量的增加可以減少離析。

綜上所述，以上研究均對瀝青混合料在螺旋布料過程中的離析現(xiàn)象進(jìn)行了一定的闡述，認(rèn)為主要是料槽中的紊流運(yùn)動造成了混合料的級配離析，但并未對級配骨料在紊流中的不同動力學(xué)狀態(tài)進(jìn)一步研究，而變徑變距螺旋等抗離析方案的提出更多是依賴經(jīng)驗(yàn)公式，缺少理論指導(dǎo)。筆者通過研究螺旋布料器的輸送機(jī)理，建立瀝青混合料的運(yùn)動和受力模型，分析級配骨料沿螺旋軸線方向的分布規(guī)律，并結(jié)合路面施工進(jìn)行混合料抽提篩分試驗(yàn)，研究螺旋布料過程中離析的成因和影響因素，為攤鋪機(jī)螺旋布料器的抗離析設(shè)計(jì)和攤鋪工藝的改進(jìn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 螺旋布料器動力學(xué)分析

1.1 螺旋布料器的結(jié)構(gòu)

攤鋪機(jī)螺旋布料器總成通常由螺旋軸、螺旋葉片、支撐吊架、液壓動力及傳動機(jī)構(gòu)組成，如圖1。攤鋪機(jī)熨平板和后擋板共同圍成了半開放式的螺旋料槽，瀝青混合料通過刮板輸送機(jī)流入螺旋布料器的料槽中部，然后經(jīng)過螺旋機(jī)構(gòu)的推動向兩端分料。安裝在螺旋軸上的多組葉片拼裝成螺旋推送結(jié)構(gòu)，螺旋軸的軸頭通過聯(lián)軸器與傳動機(jī)構(gòu)相連，為螺旋葉片提供旋轉(zhuǎn)動力。當(dāng)攤鋪寬度較大時，為保持螺旋軸的橫向剛性，通常會在軸中部加裝支撐吊架和吊架軸承，但支撐吊架會打斷螺旋葉片的連續(xù)性。目前，螺旋布料器的運(yùn)轉(zhuǎn)通常采用液壓驅(qū)動加機(jī)械傳動的方式，螺旋轉(zhuǎn)速會根據(jù)施工過程中料位計(jì)的反饋信號進(jìn)行實(shí)時調(diào)整以控制布料速度。

1—螺旋軸；2—支撐吊架；3—螺旋葉片；4—機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)；5—液壓馬達(dá)

1.2 螺旋布料器作用下瀝青混合料運(yùn)動分析

由于受到螺旋旋轉(zhuǎn)的影響，瀝青混合料在輸送過程中進(jìn)行著復(fù)雜的空間運(yùn)動。圖2為螺旋布料器的螺旋面展開圖，以位于螺旋半徑為R的參考點(diǎn)(O點(diǎn))處的瀝青混合料顆粒質(zhì)點(diǎn)m為研究對象，設(shè)顆粒m相對于螺旋面的滑移速度為vp，方向平行于螺旋葉片表面；顆粒m隨參考系運(yùn)動的牽連速度為vq，方向沿螺旋旋轉(zhuǎn)的切線方向，則顆粒m的實(shí)際絕對速度va為vp和vq的合成，如圖2。由于螺旋葉片與混合料之間的摩擦作用，使顆粒m的實(shí)際運(yùn)動方向與螺旋面法線方向產(chǎn)生一定角度φ，該角度由葉片表面的粗糙程度和混合料內(nèi)摩擦角所決定，且摩擦系數(shù)μ=tanφ。則顆粒m的絕對速度為：

(1)

式中：λ為O點(diǎn)處的螺旋升角，(°)；n為螺旋轉(zhuǎn)速，r/min。

如圖2：顆粒m的絕對速度va又可以分解為切向速度vy和軸向速度vz，料槽中的瀝青混合料一直在復(fù)合運(yùn)動中沿螺旋軸向前進(jìn)。

圖2 瀝青混合料運(yùn)動分析

設(shè)螺旋節(jié)距為L，由tanλ=L/2πR可得：

(2)

則顆粒m的切向速度為：

(3)

同理可得顆粒m的軸向速度為：

(4)

分析可知：

1)式(3)、式(4)即為瀝青混合料在螺旋布料器作用下的輸運(yùn)方程，在螺旋結(jié)構(gòu)及運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)確定的情況下，布料過程中顆粒m的切向速度和軸向速度由顆粒所在位置的螺旋半徑R決定。因此，瀝青混合料在料槽中的運(yùn)動呈現(xiàn)出多層環(huán)流狀態(tài)，且螺旋轉(zhuǎn)速越高各環(huán)流層之間的速度梯度越大。不同粒徑、不同質(zhì)量的顆粒之間由于相對速度而形成紊流，是瀝青混合料在螺旋布料器作用下產(chǎn)生離析的前提。

2)為了研究顆粒軸向速度隨螺旋半徑的變化情況，設(shè)vz=f1(R)，并進(jìn)行一次求導(dǎo)可得：

(5)

分析式(5)可知：當(dāng)R>0時，f′1(R)>0，即沿螺旋葉片的徑向，隨著R的增加，顆粒m的軸向速度vz單調(diào)遞增。這表明螺旋布料器對于靠近螺旋葉片外側(cè)的瀝青混合料的布料速度大于靠近螺旋軸的混合料，當(dāng)不同螺旋半徑位置聚集著不同粒徑的骨料時，就會沿布料方向產(chǎn)生瀝青混合料攤鋪離析。

1.3 螺旋布料器作用下瀝青混合料受力分析

為了分析螺旋葉片對瀝青混合料的作用力，仍以螺旋面展開圖上位于O點(diǎn)處的顆粒m為研究對象，如圖3(a)，則螺旋葉片作用于顆粒m上的力包括平行于葉片表面的摩擦力Ff和葉片法線方向的支撐力Nb，其合力為Ft[14-15]：

圖3 瀝青混合料受力分析

(6)

式中：P為螺旋布料器的驅(qū)動功率，W；T為扭矩，N·m；M為料槽中瀝青混合料的總質(zhì)量，kg。

圖3(b)為O點(diǎn)所在螺旋橫截面的示意，則Ff和Nb在該橫截面上的分解作用力F′f和N′b分別為：

(7)

瀝青混合料顆粒間相對運(yùn)動產(chǎn)生的內(nèi)部阻力Fe，由Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則可得：

Fe=τS=(υ+μeσ)S

(8)

式中:S為顆粒間的接觸表面積，m2；τ為剪切應(yīng)力，Pa；σ為法向擠壓應(yīng)力，Pa；υ為顆粒間單位接觸面積上的黏結(jié)力，N/m2；μe為瀝青混合料內(nèi)摩擦系數(shù)。

如圖3(b)：Fe的方向與顆粒m的實(shí)際運(yùn)動方向相反，則Fe在螺旋橫截面上的分解作用力F′e為：

F′e=Fesin(φ+λ)=S(υ+μeσ)sin(φ+λ)

(9)

在螺旋布料器連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)工況下，顆粒m在螺旋橫截面內(nèi)切線方向受力平衡，則：

N′b+F′fsinθ+Nesinγ=F′e+Gsinγ

(10)

式中：γ為顆粒m所處螺旋橫截面的位置角，(°)；θ為向心偏離角，即F′f偏離O點(diǎn)與螺旋中心連線的角度，且0°≤θ<90°；Ne為顆粒m在瀝青混合料內(nèi)部所受支撐力，N；G=mg為顆粒m所受重力，N；g為重力加速度，m/s2。

顆粒m所受到的沿螺旋徑向的合力為：

(11)

分析式(11)可知：F′r為顆粒m的圓周運(yùn)動提供向心力，且F′r隨著θ的減小而增大，當(dāng)θ=0°時，達(dá)到外力所能提供的最大向心力。設(shè)顆粒m的公稱直徑為d，骨料密度為ρ，為了便于研究，將顆粒m視作球體顆粒進(jìn)行分析，則m=πd3ρ/6。另外假設(shè)骨料規(guī)格齊整，無針片狀料粒，即瀝青混合料內(nèi)摩擦角近似相等，μe恒定。則聯(lián)合式(6)～式(11)可得：

(12)

當(dāng)顆粒在螺旋料槽中的位置確定后，式(12)中的參數(shù)R、ρ、M、vy、P、n、υ、σ、μe以及角度φ、λ、γ均為已知量，則式(12)可看作向心偏離角θ關(guān)于顆粒公稱直徑d的隱函數(shù)。為了研究θ跟隨d的變化情況，設(shè)θ=f2(d)，并進(jìn)行一次求導(dǎo)可得：

(13)

分析式(13)可知：當(dāng)d>0且0°≤θ<90°時，f′2(d)<0，即隨著顆粒公稱直徑d的增大，向心偏離角θ單調(diào)遞減。因此，對處于螺旋料槽中相同位置、不同粒徑的瀝青混合料顆粒來說，粒徑越大，隨螺旋葉片一起作圓周運(yùn)動所需的向心力越大，向心偏離角越小，當(dāng)θ=0°時都不足以提供顆粒穩(wěn)定運(yùn)動所需的向心力時，顆粒就會發(fā)生離心運(yùn)動。在螺旋布料器工作過程中，相對于粒徑偏小的骨料，較大粒徑的骨料向螺旋葉片外環(huán)滑移的趨勢更加明顯，當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)速較高，使混合料顆粒達(dá)到一定的切向速度后，大粒徑骨料開始不斷向外環(huán)聚集，而粒徑較小的骨料在大粒徑骨料的空隙之間向內(nèi)環(huán)不斷聚集。因此在螺旋布料過程中，位于螺旋葉片內(nèi)環(huán)附近的瀝青混合料骨料粒徑偏小，外環(huán)骨料粒徑偏大，即從螺旋葉片中心沿葉片徑向，骨料整體粒徑逐漸增加。為此，筆者繼續(xù)分析不同粒徑骨料的運(yùn)動和分布特性對瀝青混合料攤鋪均勻性的影響。

2 瀝青混合料在螺旋處的離析原因

2.1 螺旋布料過程中的級配離析

圖4為螺旋布料過程示意，單側(cè)螺旋布料器將瀝青混合料從進(jìn)料端沿螺旋軸向均勻輸送至整個布料寬度內(nèi)，即：路面攤鋪寬度的1/2。

圖4 螺旋布料過程

螺旋布料器的布料密度是指在單位時間、單位布料寬度范圍內(nèi)的輸送料量，定義為：

(14)

式中:K為螺旋布料器的平均布料密度，kg/(s·m)；w為布料寬度，m；Q為瀝青混合料的單側(cè)攤鋪生產(chǎn)率，t/h。

瀝青混合料的骨料級配類型眾多，粒徑分布范圍較廣，為了便于分析，將公稱直徑9.5 mm及以上的骨料統(tǒng)稱為粗骨料，公稱直徑小于9.5 mm的骨料統(tǒng)稱為細(xì)骨料。為了研究瀝青混合料在螺旋布料過程中的離析程度，現(xiàn)對混合料中粗、細(xì)骨料的布料密度Kc、Kx分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以粗、細(xì)骨料在已攤鋪瀝青混合料中的混合率η作為離析評價指標(biāo)，且η=Kc/Kx。假設(shè)瀝青混合料中粗、細(xì)骨料的初始質(zhì)量占比相等，在螺旋布料過程中，如果η>1，表明螺旋料槽局部發(fā)生粗骨料聚集，且η越大，離析程度越大；如果η<1，表明局部發(fā)生細(xì)骨料聚集，且η越小，離析程度越大；當(dāng)η=1時，表明混合料級配未發(fā)生變異。研究發(fā)現(xiàn)η的大小與粗、細(xì)骨料的軸向速度之比，以及布料流量之比相關(guān)：

(15)

式中：vc、vx分別為某螺旋軸向位置處的粗、細(xì)骨料軸向速度，m/s；qc、qx分別為該位置處的粗、細(xì)骨料布料流量，kg/s。

分析式(15)可知：已知某螺旋軸向位置處的布料流量，則瀝青混合料的軸向速度越大，該位置處的布料密度越小。所以當(dāng)qc/qx恒定為1時，η的大小由vc/vx決定，且η隨著vc/vx的增大而減小。當(dāng)vc/vx>1時，η<1；當(dāng)vc/vx<1時，η>1；當(dāng)vc/vx=1時，η=1。當(dāng)粗、細(xì)骨料軸向速度相等，即vc/vx=1時，η的大小由粗、細(xì)骨料的布料流量之比qc/qx決定，且η隨著qc/qx的增大而增大。當(dāng)qc/qx>1時，η>1；當(dāng)qc/qx<1時，η<1；當(dāng)qc/qx=1時，η=1。

在螺旋布料器實(shí)際作業(yè)工況下，η由粗、細(xì)骨料的軸向速度之比以及布料流量之比共同決定。由上一節(jié)螺旋布料器動力學(xué)分析可知，螺旋葉片外環(huán)易發(fā)生粗骨料聚集，而螺旋葉片內(nèi)環(huán)易發(fā)生細(xì)骨料聚集，即粗骨料所處位置的平均螺旋半徑大于細(xì)骨料，Rc>Rx，根據(jù)軸向速度沿螺旋葉片徑向的單調(diào)性變化規(guī)律，則vc/vx>1。

如圖4：設(shè)B點(diǎn)為布料起始點(diǎn)，A點(diǎn)至布料起始點(diǎn)的螺旋軸向距離為z，則A點(diǎn)處的布料流量q為：

(16)

分析式(16)可知：A點(diǎn)處的布料流量與螺旋軸向BA布料段內(nèi)的布料密度有關(guān)，且BA布料段內(nèi)的布料密度越大，則A點(diǎn)處的布料流量越小。

將螺旋布料器的布料寬度w沿布料方向分為BC和CD兩個布料段，如圖4。假設(shè)瀝青混合料的原始級配良好，且B點(diǎn)處粗、細(xì)骨料布料流量之比qc/qx=1，則η的大小由粗、細(xì)骨料軸向布料速度之比vc/vx決定，由上述分析可知vc/vx>1，則粗骨料的初始布料密度K′c小于細(xì)骨料的初始布料密度K′x，即η<1，表明在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析。由于布料起始段的細(xì)骨料布料密度較大，所以在BC布料段內(nèi)qc/qx>1，并沿布料方向逐漸增大，進(jìn)而粗、細(xì)骨料的混合率也會隨之增大，瀝青混合料級配離析程度逐漸減弱。至圖4中C點(diǎn)處，當(dāng)vc/vx>1所引起的細(xì)骨料聚集與qc/qx>1所引起的粗骨料聚集作用相互抵消時，C點(diǎn)處η=1，瀝青混合料級配不再產(chǎn)生離析。在CD布料段內(nèi)，vc/vx>1且保持不變，而qc/qx>1并繼續(xù)增大，因此粗、細(xì)骨料布料流量之比將對混合料級配離析情況起主導(dǎo)作用，則CD布料段內(nèi)η>1，表現(xiàn)為粗骨料聚集離析。

綜上所述，在螺旋布料器的布料寬度w內(nèi)，粗骨料的布料密度Kc沿布料方向隨著螺旋軸向距離z的增大而逐漸增大，細(xì)骨料的布料密度Kx隨著z的增大而逐漸減小，并且在螺旋布料過程中，瀝青混合料的平均布料密度K始終保持不變：

K=Kc+Kx=K′c+K′x

(17)

2.2 螺旋支撐吊架對瀝青混合料輸送的影響

當(dāng)攤鋪機(jī)進(jìn)行寬幅施工時，為確保螺旋布料器的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，通常會在螺旋軸上加裝支撐吊架，吊架總成通常會安裝在圖4中的CD布料段，以保證提供足夠的支撐強(qiáng)度。為了防止螺旋葉片和支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，吊架總成區(qū)域內(nèi)不能安裝螺旋葉片，從而形成一段“無葉片區(qū)”，處于該區(qū)域內(nèi)的混合料不會受到螺旋葉片的擠壓和攪拌作用，瀝青混合料依靠自然流動而不斷推移前進(jìn)，因此不存在粗、細(xì)骨料的軸向速度差異，粗、細(xì)骨料的混合率只由兩者布料流量之比所決定。由前述分析可知，CD布料段內(nèi)qc/qx>1且η>1，但支撐結(jié)構(gòu)破壞了瀝青混合料沿螺旋軸向的布料連續(xù)性，由此會造成吊架總成區(qū)域內(nèi)η突然增大，表現(xiàn)為支撐吊架位置所對應(yīng)的已攤鋪路面易形成明顯的粗骨料聚集離析。尤其是在瀝青路面的下面層施工過程中，由于骨料級配的設(shè)計(jì)公稱最大粒徑通常不小于19 mm，粗、細(xì)骨料粒徑差別更加分明，在支撐吊架位置出現(xiàn)離析帶的現(xiàn)象會更為常見和嚴(yán)重。目前有研究認(rèn)為通過優(yōu)化支撐吊架的結(jié)構(gòu)和增加過渡葉片以增強(qiáng)對瀝青混合料的二次攪拌作用，可以減小支撐吊架處的混合料級配離析程度[16]。

當(dāng)瀝青混合料通過支撐吊架區(qū)域后，將恢復(fù)螺旋葉片的推送作用，即vc/vx>1，此時粗骨料的布料密度會明顯降低，細(xì)骨料的布料密度升高，因此粗骨料聚集離析程度會有所減弱。

3 螺旋處瀝青混合料級配離析試驗(yàn)

結(jié)合攤鋪機(jī)現(xiàn)場施工，對瀝青混合料進(jìn)行了路面取樣試驗(yàn)，以驗(yàn)證螺旋布料器對混合料級配離析的影響情況。瀝青路面施工工況：攤鋪寬度10 m，松鋪厚度60 mm，攤鋪速度3.2 m/min，螺旋轉(zhuǎn)速平均約為22 r/min，攤鋪料溫120～130 ℃，瀝青混合料類型為AC-20。

在已攤鋪路面上進(jìn)行取樣，取樣點(diǎn)分布如圖5，在同一攤鋪橫斷面上共取7個試驗(yàn)樣品，其中1點(diǎn)和7點(diǎn)為螺旋布料終點(diǎn)，2點(diǎn)和6點(diǎn)對應(yīng)螺旋支撐吊架位置，4點(diǎn)為攤鋪中心；在攤鋪機(jī)連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)過程中，沿?cái)備伔较蛎块g隔10 m取一組樣品，共取3組。

圖5 瀝青混合料路面取樣位置(單位：m)

單個試驗(yàn)樣品的取樣量為1.5 kg，首先采用離心分離法進(jìn)行瀝青抽提，如圖6(a)，收集剝離瀝青后的骨料進(jìn)行烘干；然后使用篩孔尺寸0.075～26.5 mm共12檔標(biāo)準(zhǔn)石料方孔篩進(jìn)行0.5 h震動篩分，如圖6(b)，篩分結(jié)束后稱量每一檔篩面的殘留骨料重量并計(jì)算篩分通過率。

圖6 瀝青混合料抽提篩分試驗(yàn)

依次分析每個樣品的骨料級配組成情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖7。

圖7 瀝青混合料級配試驗(yàn)結(jié)果

分析19、9.5、4.75、2.36、0.075 mm共5檔關(guān)鍵篩孔的篩分通過率可得：

1)4點(diǎn)所取樣品在各檔篩孔的篩分通過率均大于其它取樣位置，3點(diǎn)、5點(diǎn)的各檔篩分通過率比4點(diǎn)略低，但整體高于1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)，且3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)均低于生產(chǎn)級配所規(guī)定的各檔通過率，生產(chǎn)級配為瀝青混合料的原始骨料級配，表明3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)所取樣品的骨料粒徑整體偏小，所對應(yīng)攤鋪路面出現(xiàn)了細(xì)骨料聚集離析。4點(diǎn)為螺旋布料起始位置，所取樣品的各檔篩分通過率比生產(chǎn)級配高1%～3.5%，沿螺旋布料器向左右兩側(cè)的輸料方向，3點(diǎn)和5點(diǎn)與生產(chǎn)級配的偏差有所減小，約0.3%～1.6%。這與2.1節(jié)研究結(jié)論相一致，即在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析，并且沿布料方向級配離析程度逐漸減弱，由此可知3點(diǎn)和5點(diǎn)應(yīng)位于圖4中BC布料段內(nèi)。

2)2點(diǎn)和6點(diǎn)所取樣品在各檔篩孔的篩分通過率低于1點(diǎn)和7點(diǎn)，且1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)均低于生產(chǎn)級配所規(guī)定的各檔通過率，表明1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)所取樣品的骨料粒徑整體偏大，所對應(yīng)攤鋪路面出現(xiàn)了粗骨料聚集離析。2點(diǎn)和6點(diǎn)的離析程度最大，為螺旋支撐吊架位置，由于吊架結(jié)構(gòu)的阻擋作用使瀝青混合料受力狀況變差，進(jìn)而出現(xiàn)了明顯的粗骨料聚集離析，這與2.2節(jié)研究結(jié)論相一致。1點(diǎn)和7點(diǎn)分別為左右側(cè)螺旋布料終點(diǎn)，所取樣品的各檔篩分通過率比生產(chǎn)級配偏低0.5%～2.2%，符合2.1、2.2節(jié)CD布料段瀝青混合料級配離析特征。

3)攤鋪機(jī)左右兩側(cè)螺旋布料器在同一施工工況下的布料質(zhì)量基本一致。對比兩側(cè)對稱取樣點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果：3點(diǎn)和5點(diǎn)所取樣品的各檔篩分通過率平均相差0.4%，2點(diǎn)和6點(diǎn)相差0.3%，1點(diǎn)和7點(diǎn)相差0.9%。另外，考慮到路面取樣及抽提篩分過程所產(chǎn)生的誤差，3組樣品的試驗(yàn)結(jié)果雖略有差別但仍呈現(xiàn)出了較好的趨勢一致性，證明試驗(yàn)有效。

4 結(jié) 論

1)分析了螺旋布料器作用下的瀝青混合料運(yùn)動及受力情況，在同一螺旋橫截面上，瀝青混合料的軸向布料速度從螺旋葉片中心沿徑向逐漸增大，且靠近螺旋葉片內(nèi)環(huán)的瀝青混合料骨料平均粒徑偏小，外環(huán)骨料平均粒徑偏大。

2)基于動力學(xué)研究結(jié)論，研究了瀝青混合料在螺旋處的級配離析原因，定義了布料密度及離析評價指標(biāo)，得出在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析，且離析程度沿布料方向逐漸減弱，當(dāng)通過臨界點(diǎn)后繼續(xù)布料，則會出現(xiàn)粗骨料聚集離析；安裝螺旋支撐吊架會破壞布料連續(xù)性，造成局部粗骨料增多，攤鋪路面易形成明顯的縱向離析帶。

3)進(jìn)行了螺旋處瀝青混合料級配離析試驗(yàn)，結(jié)果表明攤鋪中心所取樣品的各檔篩分通過率比生產(chǎn)級配高1%～3.5%，表現(xiàn)為細(xì)骨料聚集離析；螺旋布料終點(diǎn)所取樣品的各檔篩分通過率比生產(chǎn)級配低0.5%～2.2%，為粗骨料聚集離析；支撐吊架位置所取樣品的離析程度最大，且表現(xiàn)為粗骨料聚集離析。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)論相一致。

4)螺旋轉(zhuǎn)速是影響料槽中瀝青混合料分布狀態(tài)的主要因素，轉(zhuǎn)速過高會加大不同粒徑骨料的運(yùn)動速度梯度，增大級配離析程度，但轉(zhuǎn)速過低會降低螺旋布料效率。因此，如何實(shí)現(xiàn)攤鋪速度、布料密度與螺旋布料器工況參數(shù)的合理匹配值得進(jìn)一步研究。