瀝青混合料離析的成因與防治措施

王金陽

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

0 引言

瀝青混合料離析是道路工程施工中常見的問題，給道路的使用壽命、耐久性和行車安全性帶來了一系列不良影響。為了有效預防和解決瀝青混合料離析問題，深入了解其產(chǎn)生的原因并采取相應(yīng)的預防措施顯得尤為重要。本文旨在系統(tǒng)研究瀝青混合料離析產(chǎn)生的原因，并提出可行的預防措施，希望能為改善道路質(zhì)量、延長道路使用壽命和提升行車安全性提供理論和實踐指導。

1 瀝青混合料離析特性和離析參數(shù)

1.1 瀝青混合料離析特性

1.1.1 混合料溫差特性

離析是指瀝青混合料中的粗集料與細集料分離或瀝青內(nèi)部發(fā)生相互分離的現(xiàn)象，碾壓成型后表現(xiàn)為粗集料與粗集料聚集或細集料與細集料聚集在一起的現(xiàn)象。普通瀝青混合料主要依靠膠輪壓路機對路面的搓揉進行壓實成型，而在膠輪壓路機搓揉的過程中，又依靠瀝青本身的流動性來帶動集料的重分布，因而施工過程中應(yīng)使混合料保持適宜的流動性[1]。瀝青路面的溫差特性是指施工時路面豎向或者橫向位置的溫度差，溫度差異過大會導致混合料在路面上凝聚成較大的塊狀團塊，失去了良好的流動性，碾壓過程中容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象。同時，溫度差異過大又會引起混合料內(nèi)部的分離現(xiàn)象，即粗集料與細集料的分離，粗集料聚集在低溫區(qū)域，細集料則在高溫區(qū)域堆積，這種離析現(xiàn)象降低了瀝青與集料的粘結(jié)力，影響了路面的穩(wěn)定性和耐久性。

1.1.2 混合料配合比特性

配合比是指瀝青與不同粒徑集料按一定比例進行摻配，實際施工過程中，由于料源不穩(wěn)定和拌合站設(shè)備未進行正確標定而容易引起級配變異，通常級配變異性越大，出現(xiàn)離析的概率也越大。

1.2 瀝青混合料離析參數(shù)

瀝青混合料的級配、瀝青含量和空隙率變化通常作為評價瀝青混合料離析的重要指標。施工過程中通常采用離心抽提法和燃燒爐法確定這三個指標，離析程度可根據(jù)表1確定。

表1 離析評價指標及其容許變化范圍

2 瀝青混合料離析的類型

2.1 級配離析

熱拌瀝青混合料由一定級配比例的瀝青、粗細集料和礦粉組成。這些集料顆粒在瀝青黏附作用下形成顆粒堆積結(jié)構(gòu)，在拌合、運輸和攤鋪過程中，原本散狀的顆粒材料被瀝青包裹后形成整體混合料的堆積特點，但高溫狀態(tài)下瀝青黏度較低，在外力作用下仍然具有散狀顆粒的特點，因而在運輸和攤鋪碾壓過程中，不正確的方式會使得瀝青粗細集料分離，最終表現(xiàn)為半幅離析、帶狀離析和團狀離析。

2.2 溫度離析

高溫使得瀝青分子間的相互作用減弱，分子之間的運動能力增強，從而使瀝青具有較低的黏度；低溫使得瀝青分子間的相互作用增強，瀝青黏度增大，難以流動。在拌合、運輸、攤鋪和碾壓階段，由于瀝青混合料表面溫度的散失，部分位置溫度差異較大，在相同壓實功下，瀝青路面會產(chǎn)生不同的壓實度和空隙率，壓實度低、空隙率高的地方容易產(chǎn)生水損害，從而降低了瀝青路面的使用壽命。

2.3 攤鋪離析

在螺旋布料器的分料過程中，推進混合料的力量可能不均勻。例如，由于鏈條箱和螺旋吊架處的摩擦或堵塞等原因，可能會導致混合料在該區(qū)域的推進不暢，造成離析；攤鋪機的施工參數(shù)，例如速度、轉(zhuǎn)速和螺旋吊架的角度等，也會影響混合料的分布情況[2]。此外，螺旋布料器將混合料輸送到端部，在端部與端板之間，較大顆粒的粗集料可能會因為重力作用滾落或堆積，這樣就會導致端部區(qū)域相對較多的粗集料，使得該區(qū)域與其他區(qū)域的配料比例產(chǎn)生差異，從而形成端部離析。

2.4 碾壓離析

攤鋪機和壓路機在設(shè)計上可能存在一些不均勻的部分，例如輥筒寬度、振動器布置、壓實器排列等。由于機械結(jié)構(gòu)的限制或一些制造偏差，造成了壓實功在縱向和橫向分布上的不均勻性，從而引發(fā)離析。

3 瀝青混合料產(chǎn)生離析的原因

3.1 瀝青混合料級配設(shè)計不良

較好級配的瀝青混合料在攤鋪碾壓過程中動能較小、集料間黏聚力大，在外力作用下不易發(fā)生滾動，離析發(fā)生的可能性較小。集料顆粒大小、形狀系數(shù)和比表面積決定了集料顆粒的幾何特征。粒徑較大的顆粒，在運動過程中具有較大的動能，這可能會導致顆粒在瀝青混合料中滾動、碰撞或產(chǎn)生分離，從而影響混合料的均勻性；比表面積較小的顆粒上所附著的瀝青相對較少，這可能會導致這些顆粒在運動過程中更容易脫離瀝青的粘結(jié)，從而增加混合料的離析風險；形狀系數(shù)差的顆粒在運動過程中可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn)和翻滾，并對周圍的顆粒施加額外的作用力，這可能導致顆粒之間的分離和滾動，從而影響混合料的均勻性和穩(wěn)定性。

3.2 材料堆放與運輸過程中產(chǎn)生的離析

大顆粒集料比小顆粒集料具有較高的慣性和較差的自穩(wěn)定性，容易受到外力的作用而產(chǎn)生滾動。當堆料高度過高時，由于自重、振動或其他力的作用，大顆粒集料更容易滾動到料堆的外側(cè)，如圖1 和圖2 所示。相比之下，小顆粒集料由于表面積較大、顆粒間的接觸更緊密，具有更好的自穩(wěn)定性，不容易發(fā)生滾動，如果未將離析的集料進行處理而直接投放到傳送帶上，在相同拌合水平下，混合料更容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

圖1 堆料產(chǎn)生的集料離析

圖2 采用單一輸送帶堆料導致的離析

部分拌合站在下料過程中存在一次裝料的情況（如圖3 所示），導致較大顆粒的集料滾落至兩邊造成離析。此外，如果下料速度過快，混合料在下落過程中會受到慣性的影響，導致較大顆粒的集料滾落至兩邊，而較小顆粒的集料則相對集中地下落，這也會導致混合料的不均勻性和離析。

圖3 一次裝料

3.3 攤鋪過程中產(chǎn)生的離析

攤鋪過程中，料斗內(nèi)的混合料是通過刮料板進行傳送，在刮料板輸送過程中，料斗中間的混合料比斗兩側(cè)混合料先行傳輸，在收斗時，斗兩側(cè)混合料才會進行傳輸，這樣就會產(chǎn)生收斗離析；螺旋布料器在傳料過程中，粗集料會傳送至攤鋪機兩側(cè)，導致兩側(cè)的離析，而螺旋布料器處的擋板底部距離地面過高，又會導致層厚位置的上下離析。

3.4 碾壓過程中產(chǎn)生的離析

壓路機由于其自身的機械原理，在對瀝青路面進行碾壓的過程中，沿輪胎寬度方向上會產(chǎn)生不同的擊振力，輪胎中間擊振力大，兩側(cè)擊振力?。ㄈ鐖D4 所示），因而會產(chǎn)生不同的壓實效果。

圖4 壓實輪下應(yīng)力分布圖

4 施工中對混合料離析的控制

4.1 集料的管理

瀝青路面施工中所用的集料應(yīng)保證穩(wěn)定的料源，各生產(chǎn)廠家中應(yīng)統(tǒng)一篩孔尺寸，根據(jù)振動篩的類型、安裝角度、篩面面積等確定合適的篩孔尺寸，生產(chǎn)廠家中所用的篩孔尺寸可參照表2進行。

表2 篩孔尺寸

從料場運至拌合站的集料應(yīng)分類堆放，堆放過程中應(yīng)嚴格控制集料堆放高度，避免料堆過高導致大料往兩側(cè)滾落造成離析。

4.2 瀝青混合料生產(chǎn)及運輸過程控制

（1）拌合站成品倉卸料時，應(yīng)分批裝料，先將混合料卸至車廂前端，然后移動車輛，將料卸至車廂后端，最后填裝中間（如圖5所示）。

圖5 混合料裝料順序

（2）運輸車輛將混合料運至施工現(xiàn)場時，在將混合料卸至攤鋪機料斗過程中容易產(chǎn)生離析，因此，在運輸車后廂板兩側(cè)應(yīng)焊接兩塊弧形鋼板（如圖6 所示），避免運輸車卸料過程中兩側(cè)產(chǎn)生的滑落離析。

圖6 運料車后廂加裝鋼板

4.3 瀝青混合料攤鋪離析的控制

（1）運輸車將混合料倒入受料斗的過程中，應(yīng)連續(xù)大批量倒入，避免少部分混合料滾入料斗，同時卸料過程中應(yīng)避免粗集料滾入刮料板輸送器中，多臺運輸車輛往料斗中卸料時，盡量縮短各輛運輸車之間的卸料時間。攤鋪過程中，攤鋪機料斗中的混合料傳送至螺旋布料器，螺旋布料器通過自身不停的轉(zhuǎn)動將混合料傳送至兩端，在傳送過程中，螺旋布料器應(yīng)連續(xù)勻速地轉(zhuǎn)動，以免造成局部缺料現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）攤鋪前應(yīng)選擇合適的攤鋪機寬度，攤鋪寬度過寬時，混合料運輸距離過長，粗集料往兩側(cè)集中，造成道路兩側(cè)或攤鋪機搭接處出現(xiàn)離析。

（3）螺旋布料器的高度應(yīng)與集料粒徑和攤鋪厚度相適應(yīng)，一般布料器的位置應(yīng)保證混合料能覆蓋其2/3以上，以使混合料能在螺旋布料器的轉(zhuǎn)動下均勻地攤鋪在路面上。

（4）在螺旋和前擋板之間加裝上下高度可調(diào)的前導板。通過調(diào)節(jié)離地間隙，可以控制物料在攤鋪過程中的流動和分布，確保材料均勻鋪設(shè)，并防止?jié)L落現(xiàn)象的發(fā)生，此外，采用橡膠板結(jié)構(gòu)可以起到兩方面的作用：首先，它可以防止較大的料塊向下滾落，保持攤鋪過程中的材料均勻性[3]；其次，橡膠板的柔性可以避免螺旋卡死的情況發(fā)生，確保順暢的卸荷作用。

4.4 瀝青混合料碾壓離析的控制

在生產(chǎn)和安裝過程中，確保振動壓路機鋼輪激振器的精確制造和準確安裝。通過使用高精度設(shè)備和嚴格的質(zhì)量控制標準，確保振動激振器的尺寸和位置滿足設(shè)計要求，通過調(diào)整振幅、頻率和相位等參數(shù)，使得振動輪在壓實過程中的振動能夠更加均勻地分布在振動輪寬度方向上，減少碾壓離析的可能性。通過將起振軸的旋轉(zhuǎn)方向改為逆向，可以改變鋼輪在振動過程中對道路表面的力學作用方式，使得道路表面受到的振動力更加均勻和穩(wěn)定，從而降低了發(fā)狀裂紋的風險。通過在車架和行走馬達之間安裝防振橡膠懸架結(jié)構(gòu)，可以有效地減少對道路結(jié)構(gòu)的沖擊和損傷，并提高車輛行駛的平穩(wěn)性和舒適性。

5 結(jié)束語

綜上所述，配合比、溫度變化、施工中各工序等因素都可能導致瀝青混合料離析的發(fā)生。要想減少離析現(xiàn)象的發(fā)生，必須在施工前制定相應(yīng)的措施，從集料管理、瀝青混合料拌合、攤鋪、碾壓等4 個方面科學合理地控制施工過程；設(shè)計瀝青混合料配合比時，要綜合考慮材料特性、施工環(huán)境和使用條件等多個因素，以減少離析的可能性。