瀝青路面攤鋪中的離析現(xiàn)象剖析及控制措施研究

□ 馮春虎 施瑛琪 寧本盛 駱長(zhǎng)益

瀝青攤鋪?zhàn)鳛闉r青路面施工過(guò)程中的重要一環(huán)，在攤鋪過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象，容易加速瀝青路面的各類(lèi)病害形成，影響行車(chē)安全和通行效率。瀝青路面在攤鋪過(guò)程中由于受濕度、溫度等因素影響，混合料中的瀝青含量、級(jí)配組成以及添加劑含量容易產(chǎn)生變化，從而形成瀝青路面離析。離析現(xiàn)象是瀝青路面施工中最不易消除的質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響了路面的力學(xué)性能和使用壽命。筆者結(jié)合瀝青路面攤鋪過(guò)程中的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，探索攤鋪施工過(guò)程中瀝青混合料出現(xiàn)離析現(xiàn)象的主要影響因素及瀝青混合料離析的相關(guān)防控措施。

一、瀝青路面攤鋪離析的分類(lèi)

離析現(xiàn)象的產(chǎn)生與瀝青混合料的設(shè)計(jì)、拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等各個(gè)環(huán)節(jié)都有關(guān)系。根據(jù)離析的方向和原因，可以將瀝青路面攤鋪離析分為橫向離析、縱向離析和溫度離析等3 種類(lèi)型。

1. 橫向離析

橫向離析是指瀝青混合料在攤鋪機(jī)橫向?qū)挾确较蛏铣霈F(xiàn)的粗細(xì)集料或溫度的不均勻分布，主要由于攤鋪機(jī)的螺旋分料器、刮板輸料器或前導(dǎo)料板等構(gòu)造問(wèn)題或操作不當(dāng)造成。

2. 縱向離析

縱向離析是指瀝青混合料在攤鋪機(jī)縱向長(zhǎng)度方向上出現(xiàn)的粗細(xì)集料或溫度的不均勻分布，主要由于拌和站、運(yùn)輸車(chē)輛或攤鋪機(jī)等設(shè)備問(wèn)題或操作不當(dāng)造成。

3. 溫度離析

溫度離析是指瀝青混合料在攤鋪過(guò)程中出現(xiàn)的溫度差異過(guò)大，主要由于拌和站、運(yùn)輸車(chē)輛或攤鋪機(jī)等設(shè)備或操作不當(dāng)造成。

二、瀝青路面攤鋪離析的形成原因

1. 級(jí)配穩(wěn)定性變化

瀝青混合料由不同性質(zhì)規(guī)格的石料和集料相互攪拌形成，在拌和過(guò)程中受拌和速度、時(shí)間等因素影響，級(jí)配穩(wěn)定性保持難度較大，容易出現(xiàn)拌和時(shí)的瀝青混合料與配合比設(shè)計(jì)偏離程度較高的情況，內(nèi)部級(jí)配結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。此外，運(yùn)輸過(guò)程中的防護(hù)措施不當(dāng)、運(yùn)輸路線(xiàn)選擇不合理等因素，也容易造成瀝青混合料內(nèi)部級(jí)配結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致瀝青混合料在攤鋪前發(fā)生離析現(xiàn)象，影響后續(xù)的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)流程。

2. 溫度變化

由于混合料拌和的烘干筒無(wú)法始終保持恒定的加熱溫度及加熱時(shí)間，混合料拌和溫度容易出現(xiàn)一定區(qū)間內(nèi)的范圍波動(dòng)。拌和步驟完成開(kāi)始運(yùn)輸裝料時(shí)，對(duì)混合料施加相同壓實(shí)功率，會(huì)產(chǎn)生不同的壓實(shí)度和空隙率，導(dǎo)致混合料不同結(jié)構(gòu)層發(fā)生溫差變化。運(yùn)輸過(guò)程中若未有效覆蓋苫布，瀝青混合料在運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)法保持穩(wěn)定溫度，導(dǎo)致瀝青混合料表面降溫較快，內(nèi)部降溫較慢，產(chǎn)生溫度離析現(xiàn)象。周?chē)h(huán)境、天氣、混合料厚度等因素都會(huì)造成混合料運(yùn)輸途中的溫差變化。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)明，混合料表面與內(nèi)部溫差在10℃～16℃時(shí)，會(huì)發(fā)生輕度離析；溫差在17℃～21℃時(shí)，會(huì)發(fā)生重度離析；當(dāng)溫差大于21℃產(chǎn)生嚴(yán)重離析現(xiàn)象。

3. 機(jī)械操作規(guī)范性

在使用攤鋪機(jī)攤鋪過(guò)程中，部分不規(guī)范的操作行為也可能導(dǎo)致路面發(fā)生離析現(xiàn)象。例如，攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)兩側(cè)的受料斗堆放了數(shù)量過(guò)多的混合料，會(huì)導(dǎo)致攤鋪機(jī)側(cè)板高頻度地向上翻起，造成攤鋪完成后路面混合料嚴(yán)重不均勻分布。攤鋪過(guò)程中攤鋪機(jī)未能保持勻速攤鋪，存在隨意停機(jī)或加速減速現(xiàn)象，也會(huì)大大增加混合料發(fā)生離析的概率。若瀝青混合料的運(yùn)輸車(chē)輛卸料時(shí)，與攤鋪受料斗之間的高差過(guò)大，同時(shí)未裝配串筒、溜槽等輔助設(shè)施裝置，也會(huì)造成混合料的離析現(xiàn)象。攤鋪機(jī)的螺旋布料器分料過(guò)程中輸料量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致僅有物料內(nèi)部的螺旋具備輸料能力，其負(fù)荷壓力增大，轉(zhuǎn)速提高，頂端向材料層上方空間加速拋送混合料，從而導(dǎo)致在分料過(guò)程中形成離析。

三、瀝青路面攤鋪離析的影響因素

1. 攤鋪的速度

攤鋪機(jī)攤鋪速度過(guò)慢或過(guò)快均容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。當(dāng)攤鋪速度過(guò)慢時(shí)，實(shí)際攤鋪速度小于設(shè)計(jì)速度，變量泵的排量遠(yuǎn)低于其最大排量，容積效率低，路面攤鋪均勻性下降從而發(fā)生離析；當(dāng)攤鋪速度過(guò)快時(shí)，容易出現(xiàn)混合料供料不及時(shí)的現(xiàn)象。為了維持布料槽中混合料的供應(yīng)，螺旋布料器無(wú)法保持均勻旋轉(zhuǎn)，造成攤鋪過(guò)程中布料槽中的瀝青混合料未保持一致高度，混合料對(duì)熨平板前端瀝青混合料壓力不均，使不同位置進(jìn)入熨平板下方的瀝青混合料預(yù)壓實(shí)度差異變大，引起瀝青混合料的均勻性降低，從而產(chǎn)生離析現(xiàn)象。因此，攤鋪機(jī)攤鋪工作時(shí)，應(yīng)以緩慢、均勻的速度、不間斷地開(kāi)展攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。通常情況下，SMA 瀝青混合料面層的攤鋪速度應(yīng)控制在1 ～3 米/分鐘 的范圍內(nèi)，AC 型瀝青混合料面層攤鋪速度應(yīng)在2 ～4 米/分鐘的范圍內(nèi)。

2. 攤鋪的溫度

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過(guò)程中混合料的溫度控制對(duì)于避免混合料離析、保證攤鋪質(zhì)量尤為重要。通常情況下，瀝青混合料溫度低于110 ℃以下時(shí)，表面呈現(xiàn)粗糙特征且存在結(jié)塊現(xiàn)象，攤鋪時(shí)硬度較高，抗變形能力較強(qiáng)，瀝青混合料之間的縫隙變大，攤鋪的面層內(nèi)部進(jìn)入大量水分，產(chǎn)生水損害現(xiàn)象，導(dǎo)致各項(xiàng)攤鋪指標(biāo)難以滿(mǎn)足規(guī)范要求，加速了瀝青混合料的離析效應(yīng)。

3. 攤鋪的平整度

攤鋪的平整度對(duì)于瀝青離析控制也具備重要影響。攤鋪機(jī)工作機(jī)制為浮動(dòng)攤鋪，調(diào)平活塞桿作為作用支點(diǎn)與熨平板同步升降，攤鋪機(jī)在攤鋪過(guò)程中行進(jìn)速度發(fā)生變化無(wú)法與振動(dòng)振搗保持同步時(shí)，攤鋪的面層各結(jié)構(gòu)無(wú)法保持相同的密實(shí)度，路面呈現(xiàn)出粗糙凹凸的特征，平整度降低，瀝青混合料發(fā)生嚴(yán)重離析，影響整體路面質(zhì)量。

4. 攤鋪的機(jī)械設(shè)備

攤鋪機(jī)的螺旋布料器在螺旋分料過(guò)程中較容易發(fā)生離析現(xiàn)象，螺旋分料過(guò)程在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中功率消耗較大，占到整機(jī)的50%～60%。大功率攤鋪機(jī)在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過(guò)程中進(jìn)行較大厚度、較大寬度的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)，為了確保輸料的效率，需要將螺旋布料器的轉(zhuǎn)速不斷提高，造成螺旋布料器高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不斷拋物，位于物料層上部的物料不斷增加，形成混合料的離析現(xiàn)象。

四、瀝青路面攤鋪離析的控制與改進(jìn)措施

1. 完善機(jī)械設(shè)備

（1）推薦使用“瀝青混合料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)”的機(jī)械設(shè)備。其主要作用在于能夠在攤鋪前對(duì)瀝青混合料重新進(jìn)行攪拌，避免攤鋪時(shí)攤鋪機(jī)與運(yùn)輸車(chē)輛發(fā)生碰撞，減少因碰撞發(fā)生溫差變化。

（2）使用具備變螺距螺旋輸送器、變徑螺旋輸送器等重型螺旋攪拌結(jié)構(gòu)的攤鋪機(jī)開(kāi)展作業(yè)。當(dāng)螺旋布料器工作時(shí)，僅有符合螺寬距要求的瀝青混合料可以進(jìn)入螺旋布料器中，實(shí)現(xiàn)輸料攤鋪，小于螺寬距的混合料實(shí)現(xiàn)二次攪拌。在該過(guò)程中，熱粗級(jí)配混合料和冷粗級(jí)配混合料得到重新充分的拌合，從而實(shí)現(xiàn)了消除運(yùn)輸過(guò)程中形成的溫度離析。

2. 規(guī)范操作機(jī)械設(shè)備

（1）準(zhǔn)備工作。攤鋪機(jī)就位后，先預(yù)熱至少50 分鐘，熨平板夯錘振級(jí)4 級(jí)，混合料略高于螺旋布料器2/3 的高度，螺旋布料器中間位置兩端安裝反向螺旋葉片。寬幅較大的路面為保證縱向接縫平整，應(yīng)準(zhǔn)備2 臺(tái)及以上的同型號(hào)攤鋪機(jī)，在攤鋪時(shí)前后錯(cuò)開(kāi)10米左右的攤鋪距離。攤鋪機(jī)寬度不能超過(guò)12米，因?yàn)閿備仚C(jī)越寬，螺旋布料器分料距離越長(zhǎng)，發(fā)生離析的概率越大。

（2）施工過(guò)程。①利用攤鋪機(jī)進(jìn)行初始?jí)簩?shí)，攤鋪機(jī)速度要慢，攤鋪寬度要窄，應(yīng)選擇適宜振幅的熨平板及夯錘壓實(shí)裝置，確保攤鋪時(shí)路面初始?jí)簩?shí)度指標(biāo)符合要求。熨平板的加寬連接處需要反復(fù)調(diào)節(jié)，確保攤鋪路面沒(méi)有較為明顯的離析痕跡；②攤鋪時(shí)要給接料斗涂上隔離劑，校準(zhǔn)運(yùn)料車(chē)與攤鋪機(jī)料斗中心位置，在距離攤鋪機(jī)0.3 米左右的位置就需立刻掛上空擋停車(chē)，攤鋪機(jī)適當(dāng)向前挪動(dòng)與運(yùn)料車(chē)對(duì)接。部分坡度較大的路段攤鋪機(jī)與運(yùn)輸車(chē)輛適合同步向前推進(jìn)；③控制攤鋪機(jī)收斗至少攤鋪3 車(chē)以后，同時(shí)要求操作手在收斗時(shí)只能收2/3，因收斗掉落的顆粒廢棄不用；④攤鋪機(jī)兩側(cè)履帶的松緊程度保持一致，避免攤鋪出現(xiàn)搓板現(xiàn)象；⑤安排作業(yè)人員及時(shí)在攤鋪過(guò)程中檢查攤鋪層厚度和攤鋪平整度，若發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域出現(xiàn)離析現(xiàn)象，要及時(shí)上報(bào)有關(guān)情況。攤鋪過(guò)程中，派專(zhuān)人檢查鋪筑厚度及平整度，發(fā)現(xiàn)局部離析問(wèn)題及時(shí)處理。

（3）螺旋布料器的注意事項(xiàng)。為盡量避免瀝青攤鋪過(guò)程中螺旋布料器產(chǎn)生離析現(xiàn)象，在攤鋪過(guò)程中要注意以下事項(xiàng)：①盡量選用轉(zhuǎn)速低、直徑大的攤鋪機(jī)，需要具備大扭矩低速馬達(dá)的機(jī)械配置；②確保瀝青混合料的高度高于螺旋布料器。應(yīng)盡可能地降低螺旋布料器的高度，提高螺旋布料器的運(yùn)料效率，減少不同類(lèi)型物料在輸送過(guò)程中因相互摩擦產(chǎn)生的慣性。其原理在于當(dāng)布料器埋置在混合料當(dāng)中時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合料的再度攪拌，從而降低了物料在整個(gè)前期攪拌過(guò)程中的離析程度。當(dāng)布料器高度降低時(shí)，螺旋布料器兩端的瀝青混合料不斷地沿著斷面方向擠出，代替了傳統(tǒng)情況下向上下方向傾推混合料，降低了因出料位置寬度不同形成橫向離析以及混合料上下滾動(dòng)形成縱向離析的概率。布料器的上端位置處于較為封閉的空間內(nèi)，不會(huì)與外界暴露，因此也一定程度上降低了因上拋物料產(chǎn)生面層離析的概率。

3. 不同離析類(lèi)型的專(zhuān)項(xiàng)防控

（1）橫向離析。①增加螺旋布料器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，提高針對(duì)混合料位置刮板控制點(diǎn)的控制能力和傳感器感應(yīng)點(diǎn)的感應(yīng)能力，降低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速，同時(shí)增加螺旋二次攪拌功能、保持螺旋平穩(wěn)緩慢起動(dòng)，減少因攤鋪的前期工序不當(dāng)形成的溫度離析和物理離析；②推薦采用變徑螺旋設(shè)計(jì)。此類(lèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的螺旋直徑自?xún)?nèi)向外減小，整體斷面包絡(luò)線(xiàn)型近似為幾類(lèi)間斷獨(dú)立的直徑結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于混合料分料過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)物料滿(mǎn)埋且攪拌強(qiáng)度一致；③增加整機(jī)功率匹配。推薦使用發(fā)動(dòng)機(jī)為電噴柴油機(jī)的攤鋪機(jī)開(kāi)展攤鋪工作，電噴柴油機(jī)動(dòng)力性能強(qiáng)，控制特征優(yōu)異，能有效增加螺旋的輸料能力；④采用大噸位的貨車(chē)對(duì)混合料進(jìn)行運(yùn)輸，降低運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的混合料離析；⑤運(yùn)輸?shù)淖孕敦涇?chē)在裝載混合料時(shí)可以減少在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行裝料，按照前后中的車(chē)廂順序移動(dòng)裝料，減少混合料離析；此外，每輛貨車(chē)卸完混合料時(shí)，切勿將螺旋料槽中的物料一次性鋪完，需要將料斗及時(shí)收起，待剩余的混合料進(jìn)入刮板機(jī)的輸料器之后，將新的混合料及時(shí)地卸到攤鋪機(jī)上，從而利用螺旋和刮板在輸料過(guò)程中使得舊料和新料能夠充分的混合，進(jìn)而減少離析的發(fā)生。

（2）縱向離析。①防止采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)并行的方式進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，否則會(huì)產(chǎn)生300 ～600 毫米范圍內(nèi)的接縫；②攤鋪過(guò)程中左右螺旋中縫處會(huì)產(chǎn)生條形離析帶，在左右兩側(cè)各安裝一組可調(diào)節(jié)的反向螺旋葉片，能夠解決螺旋支撐處存在混合料堵塞的情況；③增加料槽的前后尺寸、提升物料空間及攪拌體積。

（3）豎向離析。①使用具備上下物料滿(mǎn)埋螺旋設(shè)計(jì)的攤鋪機(jī)，避免出現(xiàn)大顆粒混合料在前擋板處滑落的現(xiàn)象；②加裝可調(diào)節(jié)上下高度的前擋板，調(diào)節(jié)的離地間隙程度以攤鋪厚度和攤鋪材料作為影響因素；③螺旋外端處的卸荷口采用彈性橡膠板的懸臂式結(jié)構(gòu)，能夠防止卸荷口螺旋卡死，同時(shí)避免熨平板被頂起從而影響攤鋪平整度。