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[摘 要] 本文结合工作实际运用,对沥青混合料发生的离析现象进行分类、分析与对策探讨。
[关键词]沥青路面 离析问题 研究与思考
公路沥青路面的—些早期损坏,如由水损害造成的网裂、变形和坑洞、局部严重辙槽、局部泛油、横向裂缝多、新铺沥青路面的构造深度不均等等,都与沥青混合料的离析相关。沥青路面离析是在指路面某一区域内沥青混合料主要性质的不均匀,包括沥青含量、级配组成、添加剂含量以及路面的空隙率等,从而加速了沥青路面的损害。
在拌制、运输、摊铺沥青混合料时,沥青混合料经常会出现离析现象,这一现象的出现直接影响沥青路面的力学强度,造成路面的功能性破坏,从而影响路面的设计寿命和使用寿命。通过对公路路面施工经验及教训进行总结,和查阅相关资料进行客观分析、探讨,现分别从离析的分类、形成、危害以及应对措施等几方面简要地谈一下自己浅显的看法,以期能起到抛砖引玉的效果。
一、离析现象的危害极大
1.离析现象破坏了混合料固有的粘结力和材料内摩角。因而严重影响路面的强度均匀性和抗剪强度。致使新的路面达不到设计寿命,增加路面的后期养护费用。
2.沥青混合料在运输和卸料中热量的不均衡损失,使得在摊铺时,局部混合料温度而低于摊铺温度,致使混合料不能被压实,从而导致熨平板的起伏,造成平整度严重不合乎要求。
3.较冷季节或地区还可能造成混合料局部结块,碾压时结块部位承压太大而发生超载压碎现象,破坏路面结构,影响路面的整体强度。
4.摊铺路面冷点还会导致路面密实度的不均匀,产生较大的空隙率和粗糙度。
5.离析现象的发生还会增大路面维修费用,增加使用难度。
6.改性沥青的施工比普通混合料需要更高的摊铺温度,因此,出现离析现象后,铺筑的路面强度更难得到保证。
二、离析现象的形成有多种
1.级配离析。
沥青混合料拌制完成后,要么直接从搅拌缸中卸至运输车箱体中,要么通过运料小车,输送到成品储料仓中,再卸到成品储料仓中,不管哪种卸料方式,在卸放料的过程中,在车厢或小车中部混合料都会逐渐形成锥体,由于地球引力的作用和物料料径间的粘结力不同,使得混合料的大粒径骨料向锥体四周滚落,而填充料及粘结料则相对集中地堆积在车厢锥体中部,这样形成第一次级配离析。同理,混合料通过进入成品储仓再放进运输车内也会产生同样的离析现象。
摊铺时(这里我们姑且不论混合料在运输过程中离析现象),由于目前路面施工中摊铺机普遍采用等螺旋向两侧输送物料方式。因而摊铺机慰平板两端必须会运送更多的粒径较大的骨料,而粒径较小的物料及粘結物料等则相对集中在摊铺机的后中部,形成二次级配离析。
由于级配离析现象改变了混合料中不同粒径物料的原有分布,因而也就同时改变了混合料的内摩角。我们假设这时混合料中的温度没有发生差异、变化,由于混合料中的内摩角,因而碾压形成的沥青路面也不可能形成足够的、均匀的、抗压、抗剪及抗拉弯强度。
2.温度离析。
运输车运输过程和卸料过程是温度离析发生的主要时段。在运输过程中,由于大气温度及车厢温度远远低于混合料温度,混合料温度通过传导、对流及辐射三种方式交换,造成局部混合料的热量损失。车厢体底部、箱体侧部、车厢体前后部及裸露部分的混合料相对物料中间部位混合料热量损失要大得多,根据势力学原理:Q=0.24MT,Q改变而M不变T就必须发生变化。混合料在厢体内位置不同,其热量损失也就不同。因而温度也就不同,再加上气温、运距及保护条件的差异,混合料温度变化更不均匀,从而使混合料内部温度因位置不同而产生更大的差异,形成严重的温度离析现象。
在摊铺现场运输车向摊铺机卸料时,车厢中间的混合料因温度高而粘性小,则首先被卸到摊铺机中,而车厢两侧的物料因温度低、粘性较大而后被卸到摊铺机中。这一过程又进-步加大了混合料的级配不均匀性和温度不均匀性,从而造成路面强度极不均衡。更为可怕的是这种现象会伴随着运输车辆而周期性出现。
3.集料离析。
集料离析主要发生在沥青混合料拌和设备向自卸车内放料,自卸车向沥青混合料摊铺机受料斗中卸料、沥青混合料摊铺机受料斗两侧及收斗等操作过程中,沥青混合料摊铺机受料斗两侧的离析尤为严重,几乎全部为粗集料,沥青混合料摊铺机操作手更习惯于每车料收斗一次,以免温度下降大而影响压实,但往往收斗时粗料集中,级配变异很大,难以压实。
集料离析部分消除:沥青混合料虽然在沥青混合料拌和设备向自卸车内放料,自卸车向沥青混合料运转车内卸料过程中也存在非常显著的离析现象,但沥青混合料进入沥青混合料运转车后,集料离析经过沥青混合料转运车内的再次搅拌而基本消失;另一方面,沥青混合料运转车的连续喂料保障了沥青混合料摊铺机不会断料,沥青混合料摊铺机的受料斗内料位始终是稳定的,最关键的是使用沥青混合料转动车之后,不存在收斗操作,从根本是消除了沥青混合料摊铺机因收斗引发的集料离析现象。
三、离析的分类
从离析的形成过程来看可分为级配离析、温度离析和集料离析三类:
1.级配离析是指沥青混合料由于外界条件的影响形成混合料不同粒径的混合料部分分离现象。这一现象的发生分为三个阶段,—个时段发生在拌制好后的放料过程;—个时段发生在运输过程,一个时段发生在摊铺过程。
2.温度离析是指拌制好的沥青混合料,在形成摊铺层之前,由于混合料温度的不均匀、无法控制的变化引起混合料内部产生较大的温度差异现象。
3.集料离析是含油量较大的混合料易发生这种离析,类似于沥青混合料的析漏,SMA混合料易产生这种离析。
我们知道沥青路面的破坏—般都是因为混合料的抗剪和抗拉强度较低造成的。
离析现象影响抗剪强度主要原因是改变了沥青与矿料相互作用而产生的粘结力(C)和矿料在混合料中嵌挤程度不同而产生的内摩角(φ)。混合料中由于沥青的渗入,其温度就决定了粘结力的大小,而内摩角的大小则由物料本身大小粒径互相挤压、嵌挤程度所决定。物料进入搅拌缸后,其粒径大小是不变的,搅拌过程实际上是使其均匀混合,改变其嵌挤程度的过程。而离析现象无论是温度离析还是级配离析无一不是在破坏这一过程的稳固性。离析现象的发生使整个路面的混合料的内粘结力、内摩角处于不均匀、不可知状态,对整个路面强度是个严重的隐患。
四、离析现象的应对措施研究与思考
离析现象主要发生在混合料在拌制完成后到摊铺成型前这一时段,消除、改善离析现象,从现有技术考虑,有效的措施就是有混合料摊铺前进行二次搅拌,即在摊铺前运用弯螺距输料方式对物料二次搅拌,变螺距输送同等螺距料方式相似,不同的是传送时搅翻强度不同,在螺旋传送过程中由于螺距的改变从而改变了混合料传送速度,增加了搅拌强度,固而能有效增加了混合料级配、温度均匀性。
要消除离析现象带来的危害,目前在不增加设备投资的情况下,我们可以对现有设备进行简单改进:
1.采用运输车直接接料方式:搅拌缸每放一次混合料,车体稍做—次移动;有成品储料仓的,在成品储料仓顶端内部焊接挡料板。
2.对运输物料加盖棉被保护,防止热量散失。
3.在摊铺机后加装变螺距输送器进行二次搅拌。目前国外主要使用二次搅拌螺旋式机构减缓和消除混合料离析现象,常见或使用较好的设备有:Roadtec生产的SB—2500、SB—1500、VgeleMT1000自行式养料车,GedarapidsMs-3混合料输送车和美国Roadte公司的变螺距输送器。
4.在摊铺路面时,摊铺宽度应控制在9m以下,路面宽时,可采用两台并行的方式进行摊铺。
在摊铺前运用变螺距输送车对物料进行二次拌和。由于采用了变螺距输送技术,因而发生在卸料过程、运输过程中的级配、温度离析现象,可以得到有效减缓。
[关键词]沥青路面 离析问题 研究与思考
公路沥青路面的—些早期损坏,如由水损害造成的网裂、变形和坑洞、局部严重辙槽、局部泛油、横向裂缝多、新铺沥青路面的构造深度不均等等,都与沥青混合料的离析相关。沥青路面离析是在指路面某一区域内沥青混合料主要性质的不均匀,包括沥青含量、级配组成、添加剂含量以及路面的空隙率等,从而加速了沥青路面的损害。
在拌制、运输、摊铺沥青混合料时,沥青混合料经常会出现离析现象,这一现象的出现直接影响沥青路面的力学强度,造成路面的功能性破坏,从而影响路面的设计寿命和使用寿命。通过对公路路面施工经验及教训进行总结,和查阅相关资料进行客观分析、探讨,现分别从离析的分类、形成、危害以及应对措施等几方面简要地谈一下自己浅显的看法,以期能起到抛砖引玉的效果。
一、离析现象的危害极大
1.离析现象破坏了混合料固有的粘结力和材料内摩角。因而严重影响路面的强度均匀性和抗剪强度。致使新的路面达不到设计寿命,增加路面的后期养护费用。
2.沥青混合料在运输和卸料中热量的不均衡损失,使得在摊铺时,局部混合料温度而低于摊铺温度,致使混合料不能被压实,从而导致熨平板的起伏,造成平整度严重不合乎要求。
3.较冷季节或地区还可能造成混合料局部结块,碾压时结块部位承压太大而发生超载压碎现象,破坏路面结构,影响路面的整体强度。
4.摊铺路面冷点还会导致路面密实度的不均匀,产生较大的空隙率和粗糙度。
5.离析现象的发生还会增大路面维修费用,增加使用难度。
6.改性沥青的施工比普通混合料需要更高的摊铺温度,因此,出现离析现象后,铺筑的路面强度更难得到保证。
二、离析现象的形成有多种
1.级配离析。
沥青混合料拌制完成后,要么直接从搅拌缸中卸至运输车箱体中,要么通过运料小车,输送到成品储料仓中,再卸到成品储料仓中,不管哪种卸料方式,在卸放料的过程中,在车厢或小车中部混合料都会逐渐形成锥体,由于地球引力的作用和物料料径间的粘结力不同,使得混合料的大粒径骨料向锥体四周滚落,而填充料及粘结料则相对集中地堆积在车厢锥体中部,这样形成第一次级配离析。同理,混合料通过进入成品储仓再放进运输车内也会产生同样的离析现象。
摊铺时(这里我们姑且不论混合料在运输过程中离析现象),由于目前路面施工中摊铺机普遍采用等螺旋向两侧输送物料方式。因而摊铺机慰平板两端必须会运送更多的粒径较大的骨料,而粒径较小的物料及粘結物料等则相对集中在摊铺机的后中部,形成二次级配离析。
由于级配离析现象改变了混合料中不同粒径物料的原有分布,因而也就同时改变了混合料的内摩角。我们假设这时混合料中的温度没有发生差异、变化,由于混合料中的内摩角,因而碾压形成的沥青路面也不可能形成足够的、均匀的、抗压、抗剪及抗拉弯强度。
2.温度离析。
运输车运输过程和卸料过程是温度离析发生的主要时段。在运输过程中,由于大气温度及车厢温度远远低于混合料温度,混合料温度通过传导、对流及辐射三种方式交换,造成局部混合料的热量损失。车厢体底部、箱体侧部、车厢体前后部及裸露部分的混合料相对物料中间部位混合料热量损失要大得多,根据势力学原理:Q=0.24MT,Q改变而M不变T就必须发生变化。混合料在厢体内位置不同,其热量损失也就不同。因而温度也就不同,再加上气温、运距及保护条件的差异,混合料温度变化更不均匀,从而使混合料内部温度因位置不同而产生更大的差异,形成严重的温度离析现象。
在摊铺现场运输车向摊铺机卸料时,车厢中间的混合料因温度高而粘性小,则首先被卸到摊铺机中,而车厢两侧的物料因温度低、粘性较大而后被卸到摊铺机中。这一过程又进-步加大了混合料的级配不均匀性和温度不均匀性,从而造成路面强度极不均衡。更为可怕的是这种现象会伴随着运输车辆而周期性出现。
3.集料离析。
集料离析主要发生在沥青混合料拌和设备向自卸车内放料,自卸车向沥青混合料摊铺机受料斗中卸料、沥青混合料摊铺机受料斗两侧及收斗等操作过程中,沥青混合料摊铺机受料斗两侧的离析尤为严重,几乎全部为粗集料,沥青混合料摊铺机操作手更习惯于每车料收斗一次,以免温度下降大而影响压实,但往往收斗时粗料集中,级配变异很大,难以压实。
集料离析部分消除:沥青混合料虽然在沥青混合料拌和设备向自卸车内放料,自卸车向沥青混合料运转车内卸料过程中也存在非常显著的离析现象,但沥青混合料进入沥青混合料运转车后,集料离析经过沥青混合料转运车内的再次搅拌而基本消失;另一方面,沥青混合料运转车的连续喂料保障了沥青混合料摊铺机不会断料,沥青混合料摊铺机的受料斗内料位始终是稳定的,最关键的是使用沥青混合料转动车之后,不存在收斗操作,从根本是消除了沥青混合料摊铺机因收斗引发的集料离析现象。
三、离析的分类
从离析的形成过程来看可分为级配离析、温度离析和集料离析三类:
1.级配离析是指沥青混合料由于外界条件的影响形成混合料不同粒径的混合料部分分离现象。这一现象的发生分为三个阶段,—个时段发生在拌制好后的放料过程;—个时段发生在运输过程,一个时段发生在摊铺过程。
2.温度离析是指拌制好的沥青混合料,在形成摊铺层之前,由于混合料温度的不均匀、无法控制的变化引起混合料内部产生较大的温度差异现象。
3.集料离析是含油量较大的混合料易发生这种离析,类似于沥青混合料的析漏,SMA混合料易产生这种离析。
我们知道沥青路面的破坏—般都是因为混合料的抗剪和抗拉强度较低造成的。
离析现象影响抗剪强度主要原因是改变了沥青与矿料相互作用而产生的粘结力(C)和矿料在混合料中嵌挤程度不同而产生的内摩角(φ)。混合料中由于沥青的渗入,其温度就决定了粘结力的大小,而内摩角的大小则由物料本身大小粒径互相挤压、嵌挤程度所决定。物料进入搅拌缸后,其粒径大小是不变的,搅拌过程实际上是使其均匀混合,改变其嵌挤程度的过程。而离析现象无论是温度离析还是级配离析无一不是在破坏这一过程的稳固性。离析现象的发生使整个路面的混合料的内粘结力、内摩角处于不均匀、不可知状态,对整个路面强度是个严重的隐患。
四、离析现象的应对措施研究与思考
离析现象主要发生在混合料在拌制完成后到摊铺成型前这一时段,消除、改善离析现象,从现有技术考虑,有效的措施就是有混合料摊铺前进行二次搅拌,即在摊铺前运用弯螺距输料方式对物料二次搅拌,变螺距输送同等螺距料方式相似,不同的是传送时搅翻强度不同,在螺旋传送过程中由于螺距的改变从而改变了混合料传送速度,增加了搅拌强度,固而能有效增加了混合料级配、温度均匀性。
要消除离析现象带来的危害,目前在不增加设备投资的情况下,我们可以对现有设备进行简单改进:
1.采用运输车直接接料方式:搅拌缸每放一次混合料,车体稍做—次移动;有成品储料仓的,在成品储料仓顶端内部焊接挡料板。
2.对运输物料加盖棉被保护,防止热量散失。
3.在摊铺机后加装变螺距输送器进行二次搅拌。目前国外主要使用二次搅拌螺旋式机构减缓和消除混合料离析现象,常见或使用较好的设备有:Roadtec生产的SB—2500、SB—1500、VgeleMT1000自行式养料车,GedarapidsMs-3混合料输送车和美国Roadte公司的变螺距输送器。
4.在摊铺路面时,摊铺宽度应控制在9m以下,路面宽时,可采用两台并行的方式进行摊铺。
在摊铺前运用变螺距输送车对物料进行二次拌和。由于采用了变螺距输送技术,因而发生在卸料过程、运输过程中的级配、温度离析现象,可以得到有效减缓。