瀝青路面施工中的溫度離析研究

■肖玉榮 ■廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510095

溫度離析是指混合料在運(yùn)輸、攤鋪和碾壓過(guò)程中由于不均勻的熱量損失引起溫度差異較大，導(dǎo)致混合料空隙率和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Steve Read在研究瀝青路面周期性離析問(wèn)題時(shí)，首先提出了溫度差異的破壞。在路面施工中由于機(jī)械設(shè)備等其它因素．路面有一些區(qū)域溫度降低比較快，導(dǎo)致路面溫度變化比較大，這就被稱之為溫度差異。在低溫區(qū)域，路面難以壓實(shí)，容易出現(xiàn)松散、坑槽等早期水損害。

1 溫度離析的產(chǎn)生機(jī)理

瀝青是一種粘彈性體，在低溫時(shí)粘度大，混合料難以壓實(shí)。所以發(fā)生溫度離析時(shí)，低溫部分的混合料在相同壓實(shí)功作用下，空隙率大，路面容易出現(xiàn)早期病害。溫度離析是有規(guī)律的，是一個(gè)周期性的變化過(guò)程，所以要從整個(gè)施工過(guò)程對(duì)溫度離析的產(chǎn)生進(jìn)行分析。

2 溫度離析的評(píng)價(jià)指標(biāo)

溫度離析在路面施工中普遍存在，有研究表明，由于溫度離析的影響，瀝青面層的使用壽命大大縮短，嚴(yán)重離析的路面使用壽命可能會(huì)減少50%以上。美國(guó)NCHRP 441報(bào)告中提出了溫度離析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表1 NCAT溫度離析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 施工中的溫度離析

3．1 出料過(guò)程中的溫度離析

瀝青拌和機(jī)在出料前會(huì)提前工作，將拌好的混合料儲(chǔ)存在保溫倉(cāng)中，出料時(shí)可以一次性裝滿車廂。但有時(shí)拌和機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致混合料產(chǎn)量下降，出料時(shí)沒(méi)有裝滿一卡車，裝了部分料的卡車停在出料口待料時(shí)，往往導(dǎo)致溫度離析。

3．2 運(yùn)輸過(guò)程中的溫度離析

一般熱拌瀝青混合料的出料溫度達(dá)到160℃及以上，混合料進(jìn)入卡車車廂后，由于混合料和車廂壁及空氣間的溫度差異巨大，將導(dǎo)致混合料向車廂壁和空氣中不斷傳遞熱量，這樣靠近車廂壁和表面的混合料溫度不斷下降。而瀝青和集料的導(dǎo)熱系數(shù)小，所以內(nèi)部溫度較高的混合料難以及時(shí)將熱量傳遞給低溫部分，這樣就在車廂周圍及表面和混合料內(nèi)部之間形成了溫度差異，而這種溫度差異受運(yùn)輸距離和施工環(huán)境的影響，運(yùn)輸距離越長(zhǎng)、施工氣溫越低，混合料之間的溫度差異越大。

3．3 卸料過(guò)程中的溫度離析

在卸料時(shí)，車廂頂部和尾部的混合料在重力作用下首先進(jìn)入攤鋪機(jī)受料斗，然而這部分混合料在運(yùn)輸過(guò)程中溫度下降快，所以攤鋪在路面上時(shí)溫度底，而靠近車廂壁的混合料容易擠在攤鋪機(jī)受料斗的兩側(cè)，由于溫度低而粘附在受料斗壁上，直到收斗時(shí)才攤鋪到路面，所以這部分混合料很容易產(chǎn)生溫度離析。

3．4 攤鋪過(guò)程中的溫度離析

在攤鋪過(guò)程中，攤鋪機(jī)通過(guò)螺旋布料器將瀝青混合料輸送到整個(gè)攤鋪寬度內(nèi)，在輸送過(guò)程中混合料溫度會(huì)逐漸下降。當(dāng)攤鋪寬度越大，輸送距離越長(zhǎng)，混合料達(dá)到攤鋪機(jī)兩邊時(shí)，溫度下降越明顯，容易引起沿道路兩邊沿的溫度離析帶。由于供料不足，攤鋪機(jī)在施工中出現(xiàn)停機(jī)待料時(shí)，受料斗內(nèi)剩余的混合料會(huì)出現(xiàn)溫度快速下降，在停機(jī)待料處，路面會(huì)出現(xiàn)橫向溫度離析帶。當(dāng)出現(xiàn)停機(jī)待料時(shí)，受料斗內(nèi)的混合料溫度差異達(dá)到30℃，最高溫度也只有130℃，所以施工中一定要保證攤鋪機(jī)的施工連續(xù)性。

3．5 碾壓過(guò)程中的溫度離析

混合料攤鋪到路面后，溫度會(huì)逐漸下降，而經(jīng)過(guò)初壓后的混合料，比松鋪時(shí)表面致密，所以溫度下降較慢。圖2左側(cè)為即將碾壓的路段，右側(cè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)膠輪碾壓，可以看出左側(cè)溫度要低于右側(cè)碾壓后的路段。

圖2 碾壓過(guò)程中的溫度離析

4 溫度離析對(duì)混合料力學(xué)性能的影響

按最佳油石比為4．3%，采用150℃、135℃、125℃、115℃的溫度成型AC-20馬歇爾試件，然后測(cè)量馬歇爾試件的穩(wěn)定度和25℃劈裂強(qiáng)度，具體試驗(yàn)方法見(jiàn)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0709-2011和T0716-2011，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同溫度下的力學(xué)數(shù)據(jù)

混合料的穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度在溫度離析情況下，表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律。隨著溫度離析程度的增加，力學(xué)性能不斷下降，嚴(yán)重離析時(shí)的混合料力學(xué)性能為無(wú)離析時(shí)的65%。混合料力學(xué)性能的下降與空隙率有直接的關(guān)系，隨著溫度離析程度在增加，混合料的空隙率不斷增大，所以在瀝青含量和集料級(jí)配不變的情況下，混合料變得松散，相互之間的粘結(jié)力變小，導(dǎo)致混合料整體強(qiáng)度下降，力學(xué)性能下降。

5 總結(jié)

本文探討了施工中溫度離析的產(chǎn)生機(jī)理，在室內(nèi)模擬不同程度的溫度離析，研究溫度離析對(duì)混合料性能的影響。主要結(jié)論如下:(1)溫度離析的產(chǎn)生是周期性的，分析溫度離析產(chǎn)生的原因要從施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)入手，在混合料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓過(guò)程中要采取相應(yīng)的措施減少溫度離析的發(fā)生。(2)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度離析的加重，瀝青混合料的力學(xué)性能不斷下降。主要原因是混合料的空隙率隨著溫度離析的增加而增大，從而降低了混合料的各種性能。

［1］Brock，J．D．，and H．Jakob．Temperature Segregation/Temperature Differential Damage．Astec Industrial，Inc．，Technical Paper T-134．March，1998．

［2］張春青．瀝青混凝土路面溫度離析原因分析及解決方案［J］．公路交通科技，2007．

［3］沙慶林．高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］．北京:人民交通出版社，2011．

［4］閆翔宇．瀝青路面施工溫度離析評(píng)價(jià)［J］．中外公路，2012．