淺談公路工程中瀝青混合料離析的控制方法

劉相龍 林美華

0 引言

現行的瀝青路面施工工藝是將拌合設備生產的瀝青混合料通過自卸車直接倒入瀝青攤鋪機的料斗中,然后進行攤鋪、壓實。國內外施工實踐證明,通過這種工藝成型的路面存在一些普遍的缺陷,路面的早期破損現象比較嚴重,其中最主要的是離析問題。

所謂瀝青混合料離析是指在路面某一區域內瀝青混合料主要性質的不均勻,包括瀝青含量、級配組成、添加劑含量以及路面的孔隙率等。對一般的瀝青混合料而言,分為集料離析和溫度離析,對于SMA而言還可能存在集料—瀝青離析。

1 瀝青混凝土離析的原因

1.1 碎石采集不均勻,礦料級配不合理

公路部門使用的石料一般不是自己生產的,而是取自于社會料場。一個工程的集料往往來自不同料場,不僅石料質量不同,還存在覆蓋層和風化層清除不干凈、破碎和篩分機械不統一、篩孔尺寸混亂等現象,導致集料產品質量及規格不統一,實際級配與配合比設計所用的級配有很大的差距。盡管目標配合比設計很認真,但生產配合比設計產生很大變化,到正式生產時,實際材料與配合比的材料相比簡直面目全非了。

1.2 瀝青混合料的生產及運送

瀝青混合料從貯料倉向運輸車里輸送時,由于高度原因,大骨料滾落在車廂附近,粗骨料在車廂周圍比較集中,形成材料離析。同時車廂四壁由于和外界直接接觸,溫度較低,當熱混合料與四壁接觸時,溫度會明顯降低,而車廂中心的溫度就不會有太大的變化,從而形成溫度離析[1]。

在長時間的運輸和待卸料過程中會使混合料溫度下降過多,低于規定的攤鋪溫度會造成廢料。特別是整車料的溫度下降不均勻,整車料表面的料溫比中部的料溫要低20℃左右,造成溫度離析。而攤鋪機的布料過程無法使混合料的溫度充分平衡。在壓實過程中,低溫的料不能獲得所需的壓實度,鋪層局部孔隙高,導致滲水和日后的早期病害[2]。

1.3 攤鋪過程中造成的離析

1)在每輛卡車卸料之間銜接不好,前一車料已用完,后一車才開始卸料。一般收料斗兩側的混合料含粗粒料多,沒有重疊混勻的機會。2)料斗側板翻起的次數過多,從而材料往后輸料時發生滾動的機會也多。3)攤鋪過程不連續,攤鋪速度變化頻繁,反復的停頓和重新啟動使攤鋪機的作業條件不穩定。4)分料器運轉不連續,混合料會在攤鋪機內產生顯著離析。5)分料器轉得太快,造成中間缺料。6)在橫向布料時存在骨料離析,大骨料被輸送到攤鋪帶兩邊,而細骨料留在中間。當攤鋪寬度過大時尤其嚴重。7)運輸車上已造成的混合料溫度離析無法在攤鋪過程中得到補償。8)由于沒有智能化控制手段,作業的連續性和作業參數的穩定性沒有保障。

1.4 壓實過程造成的離析

1)壓實過程中易出現推移現象。引起路面推移主要有以下原因:集料級配過于密實、瀝青混合料中瀝青含量相對較高、基層沒有按要求處理妥當。2)碾壓過度。對SMA路面來說,由于它的集料嵌擠作用壓實度比較容易達到,所以在碾壓時很容易出現過碾壓現象,這樣不僅會壓碎碎石,還會使瑪脂部分上浮,構造深度減少,達不到SMA的目的。3)碾壓方式不按規定進行。許多施工單位在瀝青混合料攤鋪好后,不是按照規定的壓實方式進行,而是隨意進行,他們的壓實工藝、壓路機類型、壓實溫度、壓實速度和壓實遍數均沒有按照規范來進行,甚至在壓實SMA路面時不能用輪胎壓路機來壓,但是有些單位偏要用輪胎壓路機來碾壓,這樣很難保證路面的壓實度和平整度,因此路面質量也就難以保證,從而造成不必要的浪費或重新返工。

2 瀝青混合料離析的控制方法

2.1 加強材料的管理,保證均勻

碎石加工采用反擊式破碎機破碎,大大降低細長扁平顆粒含量;細集料采用有適當級配的人工軋制的砂。保證原材料質量的穩定是材料控制的關鍵之一。要選擇規模大的料場供料,必要時可以由承包人現場加工或聯營。要控制材料運輸環節,保證所運材料真正來自同一料場,承包人要派代表進駐料場。收料時要有試驗人員負責把關。料場料堆高度不宜超過3 m。料堆不應堆成錐形,避免材料在存放時產生離析,細集料必須搭高防雨棚。

2.2 混合料的拌和

瀝青混合料的拌和一般情況下每缸拌和的時間宜為35 s～50 s(設計充盈率55%～65%),其中干拌時間不得少于5 s。拌和時間應以瀝青混合料拌和均勻,所有礦料顆粒全部裹覆瀝青為度,并要試拌確定。要根據施工季節、施工天氣、施工時間及施工運距合理確定瀝青混合料的拌和時間,瀝青加熱溫度由瀝青粘度—溫度曲線決定,烘干后集料的殘余含水量不得大于1%。每天開始幾盤集料應提高加熱溫度,并干拌幾鍋集料廢棄,再正式加入瀝青拌和混合料。拌好的瀝青混合料應均勻一致,無花白料、無結團成塊和嚴重的集料離析現象,不符合要求時不得使用并應及時調整,所有過度加熱、炭化、起泡或含水的混合料必須廢棄,加熱不宜超過6 h,且當天加熱當天用完,不宜多次加熱以免老化。

2.3 瀝青混合料的運輸

為提高運輸效率和保證瀝青攤鋪機連續作業,需要用20 t組長自卸車運輸瀝青混合料。而瀝青攤鋪機接料斗的容量一般只有5 t左右,攤鋪作業時瀝青攤鋪機必須頂推自卸車一起前進,直至卸料車卸料完畢,隨后的自卸車相繼向瀝青攤鋪機供料。這種供料方式必須有足夠數量的自卸車,即便如此也難避免自卸車向瀝青攤鋪機供料的間歇性,甚至出現瀝青攤鋪機待料和重新起步現象。因此不可避免地出現瀝青混合料溫度離析、鋪筑層的密實度和平整度不符合要求的現象。這是目前常用自卸車運輸瀝青混合料方式無法克服的弊病,采用轉運車在轉運過程中對瀝青混合料進行一次攪拌才能減輕。

2.4 攤鋪控制

從攤鋪機結構設計上避免離析,合理確定螺旋輸料器的高度,使得在正常作業時料能全埋螺旋輸料器,但又不會影響攤鋪厚度。選擇合適的輸料槽寬度,合適的輸料槽寬度將使輸料暢通,而且輸料器支撐處空間大,不會產生輸料阻滯現象,減小了離析;螺旋輸料器在機身中部兩側的反向葉片的數量和葉片傾斜角度要合適,合理的葉片數量和葉片傾斜角將機身中部的粒料攪拌均勻,避免中部離析[3]。

為避免瀝青混合料產生離析,在攤鋪中應采取如下措施:首先應該根據速度、頻率的關系及鋪筑層厚、材料種類、級配構成確定壓實速度。盡量采用大直徑、低轉速螺旋布料器(低速大扭矩馬達)的攤鋪機;降低螺旋布料器的高度,并使混合料的高度超過螺旋布料器(即滿埋布料器)。這樣可以提高螺旋布料器的輸送率,降低轉速,減少不同物料顆粒之間的慣性差異,這樣可以減少不同寬度位置上的橫向離析和物料上下滾動產生的縱向離析,螺旋布料器上部不暴露在空間中,也不會由于上拋而產生面層離析[4]。

3 結語

混合料離析導致鋪筑層的力學性能變壞,出現不良結構,從而降低路面的使用壽命。由于目前的施工工藝,瀝青混合料離析還不能杜絕,所以采取各種措施控制和減少混合料的離析是保證高速公路路面平整度和質量的關鍵。這就需要對料源、拌和、運輸、攤捕、壓實等各個環節進行全方位控制,建議在公路工程中重視施工生產的每一個細節,采用先進的設備,有效控制離析,提高瀝青路面的質量。

[1]劉雅香.淺談拌和站瀝青混合料的質量控制[J].遼寧交通科技,2002(5):40-41.

[2]黃臘泉.瀝青路面常見病害及其防治措施[J].中外公路,2003(2):14-15.

[3]周 斌.瀝青路面攤鋪離析的產生與控制[J].交通科技,2005(4):21-22.

[4]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[5]蘇星舞.公路瀝青路面常見病害處治方法[J].山西建筑,2008,34(30):299-300.