瀝青混合料離析成因與控制方法分析

吳中玉

（淮安市大地公路工程養(yǎng)護(hù)有限公司 江蘇淮安 223001）

1 級(jí)配離析

1.1 離析成因

由于瀝青混合料級(jí)配曲線為影響其離析的主要因素之一，當(dāng)其偏離標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配中值線過大時(shí)，會(huì)使混合料離析現(xiàn)象加劇，因此在級(jí)配設(shè)計(jì)過程中應(yīng)合理選擇集料最大公稱粒徑。在細(xì)集料（特別是粒徑小于0.075mm的細(xì)小顆粒）含量較多時(shí)，會(huì)因過多吸附自由瀝青而使混合料表現(xiàn)干澀，從而產(chǎn)生離析現(xiàn)象；而在粗集料含量較多時(shí)，混合料會(huì)因空隙率增大而傾向于離析，這在施工過程中極易造成離析形成，對(duì)此應(yīng)特別重視。

從本質(zhì)上講，粗集料分布不均為造成瀝青混合料級(jí)配離析的主要原因，并且離析程度隨著顆粒最大粒徑的增大而越發(fā)明顯。我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范中對(duì)于瀝青混合料離析的控制，只是于固定范圍內(nèi)通過對(duì)各擋集料通過率限制的方法，而對(duì)設(shè)計(jì)級(jí)配差異并不區(qū)分。分析瀝青混合料VMA（礦料間隙率）可知，除礦料級(jí)配外，集料形狀、表面紋理以及壓實(shí)工藝等均為引發(fā)混合料離析的因素。

1.2 控制措施

以混合料標(biāo)準(zhǔn)配合比為依據(jù)，嚴(yán)格控制礦料級(jí)配，特別是級(jí)配曲線中對(duì)鋪面均勻性影響較大的2.36mm與4.75mm的中粒徑顆粒，其通過率應(yīng)與設(shè)計(jì)值接近，以防含量過多不利于壓實(shí)控制，含量過小使均勻性表現(xiàn)較差。此外，混合料生產(chǎn)過程中，對(duì)生產(chǎn)配合比應(yīng)以熱料倉與控制室篩分結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行定期調(diào)整，以此實(shí)時(shí)控制混合料中集料顆粒組成的變異性，從而抑制離析現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 溫度離析

2.1 離析成因

2.1.1 運(yùn)輸過程溫度離析

與級(jí)配離析不同，瀝青混合料溫度離析的判定（包括離析機(jī)理與離析程度的分析）需借助于紅外攝像機(jī)，不易用肉眼觀察到。一般情況下，瀝青混合料在運(yùn)輸過程中其與空氣溫差＞120℃，同時(shí)在行車作用下，會(huì)產(chǎn)生較高的相對(duì)風(fēng)速，致使混合料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后必然性存在一定的溫度損失。混合料溫降程度取決于保溫措施、行車速度與運(yùn)輸時(shí)間，總體而言從外至內(nèi)溫降程度逐漸減小，其中以堆料表面與車廂接觸面溫降最大，并且在攤鋪卸料過程中，由于車輛兩側(cè)表面料通常是最后被刮送至螺旋布料器中，因此會(huì)使溫降程度最大的表層冷料集中攤鋪，從而產(chǎn)生溫度離析現(xiàn)象。實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在長(zhǎng)距離運(yùn)輸條件下，瀝青混合料表層溫降后與內(nèi)部溫差可達(dá)60℃以上，并且溫降嚴(yán)重部位已難以滿足混合料壓實(shí)溫度。

2.1.2 攤鋪過程溫度離析

在攤鋪過程中，瀝青混合料經(jīng)攤鋪機(jī)料斗與輸料器（包括螺旋輸料器）輸送至熨平板及其兩端的過程中，混合料處于滾動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)高溫混合料因集料周圍瀝青粘結(jié)力較小而滾動(dòng)較快，低溫混合料因集料周圍瀝青粘結(jié)力較大而滾動(dòng)較慢，正是在溫差影響下混合料滾速不一致，加之運(yùn)輸過程已產(chǎn)生一定程度的溫度離析，使混凝土離析現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，最終導(dǎo)致低溫部分混合料壓實(shí)效果較差，透水性因空隙率過大而增強(qiáng)，承載力下降且使用壽命縮短。

2.2 控制措施

（1）提升瀝青混合料拌合樓溫度自控系統(tǒng)的精度，加強(qiáng)混合料出廠溫度控制；

（2）做好混合料運(yùn)輸過程的保溫措施，具體可采用較厚的保溫材料（如蓬布）進(jìn)行覆蓋；

（3）混合料攤鋪過程中加強(qiáng)攤鋪機(jī)螺旋分料室的二次拌和，以此消除混合料溫差；

（4）當(dāng)為遠(yuǎn)距離運(yùn)輸時(shí)，為消除車廂內(nèi)混合料表層與內(nèi)部的溫差，除覆蓋保溫措施外，最好在運(yùn)輸途中或攤鋪現(xiàn)象設(shè)置二次拌合設(shè)備，以此減緩或消除混合料運(yùn)輸過程產(chǎn)生的溫度離析。

實(shí)際上，由于鐵質(zhì)車廂為熱的良導(dǎo)體，與車廂兩側(cè)和底部接觸的混合料溫度損失同樣較快，因此僅采用覆蓋保溫的方式很難實(shí)現(xiàn)混合料溫度離析的完全控制。淮安市某公路工程曾采用完全包裹運(yùn)料車車廂的方式進(jìn)行混合料溫度保護(hù)，即車廂外包裹2層篷布中間夾1層無紡?fù)凉げ迹蚜享敳扛采w1層棉被與1層蓬布。從實(shí)際效果來看，即使在長(zhǎng)距離運(yùn)輸條件下，堆料頂部與靠近車廂處混合料溫度僅比內(nèi)部溫度低4℃左右，整體保溫效果良好，施工過程基本無溫度離析現(xiàn)象。

3 碾壓離析

3.1 離析成因

實(shí)際上，壓實(shí)功（反映于壓實(shí)效果）的變化為造成瀝青混合料碾壓離析的根本原因，以下對(duì)此具體分析：

3.1.1 攤鋪機(jī)預(yù)壓離析

（1）橫向預(yù)壓實(shí)變化。混合料攤鋪過程中，攤鋪寬度越大，端頭距離中心越遠(yuǎn)，熨平板支承剛度就越小，從而使施加于混合料表面的振動(dòng)作用力變小，致使混合料預(yù)壓實(shí)功沿熨平板中間向兩側(cè)方向呈減小趨勢(shì)，故而因壓實(shí)功差異而引發(fā)混合料離析現(xiàn)象。研究表明：當(dāng)混合料攤鋪寬度≤3m時(shí)，攤鋪機(jī)預(yù)壓實(shí)功沿熨平板方向變化極小，基本可忽略不計(jì)，對(duì)混合料離析不會(huì)產(chǎn)生影響。

（2）縱向預(yù)壓實(shí)變化。攤鋪過程中，受行駛阻力、作業(yè)阻力及材料供應(yīng)等因素的影響，會(huì)使攤鋪速度發(fā)生一定程度的變化，由于振搗器頻率較低（通常不大于25Hz）且厚度較薄（一般為2～3cm），因此在攤鋪速度變化幅度較大時(shí)，便會(huì)于攤鋪方向（即縱向）因擊實(shí)次數(shù)的變化而引起初壓效果的變化。對(duì)于攤鋪機(jī)通過某點(diǎn)時(shí)擊實(shí)次數(shù)n，可由下式（1）計(jì)算：

式中：v為攤鋪速度，m/min；L 為夯錘寬度，cm；S 為夯錘頻率，Hz。

由上式可知，攤鋪速度越慢，振動(dòng)器于經(jīng)過某一點(diǎn)的擊實(shí)次數(shù)約多，初壓效果越好，反之則越差。例如在攤鋪速度由2.5m/min提升至5.0m/min時(shí)，振動(dòng)器擊實(shí)次數(shù)會(huì)減少50%，在這樣大幅度變化情況下，必然會(huì)導(dǎo)致混合料因壓實(shí)效果的變化而發(fā)生離析。

3.1.2 壓路機(jī)碾壓離析

（1）橫向壓實(shí)離析。壓路機(jī)在碾壓瀝青混合料鋪層時(shí)，鋼輪正下方力直接通過面層傳遞給下承層，下承層即產(chǎn)生大小相等的反力，在這一對(duì)方向相反的力的作用下鋪層被壓實(shí)；在鋼輪的邊緣，作用力返回到表面層時(shí)，反作用力僅來自于鋪層而不是鋼輪。該現(xiàn)象會(huì)使鋼輪寬度范圍內(nèi)及其鄰近區(qū)域的壓實(shí)度均發(fā)生變化。

（2）縱向壓實(shí)離析。利用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)，由于壓路機(jī)會(huì)周期性進(jìn)行“起步→起振→振動(dòng)→停振→停機(jī)→起步”的循環(huán)作業(yè)，從起振→振動(dòng)過程中，振動(dòng)輪的頻率會(huì)從0上升至壓路機(jī)的設(shè)定頻率值，而從振動(dòng)→停振過程中，振動(dòng)輪的頻率又會(huì)從設(shè)定值下降至0，在這兩個(gè)階段中，壓路機(jī)對(duì)混合料的壓實(shí)功處于變化狀態(tài)，并且壓路機(jī)設(shè)定頻率值越大，壓實(shí)功變化越大，故而會(huì)使混合料發(fā)生縱向離析。

3.2 控制措施

（1）攤鋪機(jī)預(yù)壓離析控制。攤鋪機(jī)在作業(yè)過程中，攤鋪寬度方向由于熨平板工作裝置的剛度隨寬度的增加而減弱，造成沿寬度方向的壓實(shí)離析現(xiàn)象。為了減小離析，鋪層寬度應(yīng)進(jìn)行限制（最大不宜超過7m）；為了減小由于攤鋪速度變化對(duì)壓實(shí)離析的影響，作業(yè)速度宜控制在4m/min以上。若攤鋪機(jī)工作在低速段，要求攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的速度應(yīng)穩(wěn)定，不要時(shí)走時(shí)停，時(shí)快時(shí)慢。

（2）碾壓過程離析控制。與溫度離析和級(jí)配離析不同，碾壓過程的離析對(duì)鋪層壓實(shí)度的影響主要表現(xiàn)為碾壓工藝與壓實(shí)功的變化。壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓時(shí)由于振動(dòng)碾壓使其鄰近區(qū)域往往被振松，原本密實(shí)度較高的區(qū)域出現(xiàn)了壓實(shí)度下降的現(xiàn)象，為了解決此類問題，應(yīng)采用輪胎壓路機(jī)或靜作用壓路機(jī)進(jìn)行終壓，使鋪層壓實(shí)度均勻一致；為了減小同一種型號(hào)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓時(shí)重迭碾壓的區(qū)域?yàn)橥荒雺簬鶐淼牟焕绊懀诉x用不同輪寬的壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓。

4 結(jié)語

在實(shí)際施工中，瀝青混合料離析成因呈多元化形式，本文以常見形式為對(duì)象實(shí)施了技術(shù)分析，論述內(nèi)容雖不全面，但在一定范圍內(nèi)對(duì)實(shí)際施工具有指導(dǎo)意義。