沥青混凝土路面摊铺离析控制

摘要：通过对离析的分类和产生的原因分析，从大功率的摊铺机运动学原理及结构构造方面入手，提出了防止横向离析、竖向离析和纵向离析的具体解决方案及控制措施，达到减少路面材料离析的目的。

 

关键词：沥青混凝土路面；离析；控制

 

Segr egation Control of Asphalt Pavement

SHU Xiang, YAO Huai-xin

(1.Guangdong Yue-gan Highway Co. Ltd., Heyuan 517000, Guangdong, China；

2. School of Engineering Machinery, Chang $an University, Xi$an 710064, China)

 

Abstract: Through analysis of asphalt segregation，introduction of kinematics principle，and structure of heavy duty paver, the solutions and control schemes are presented to reduce the segregation.

 

Key words: asphalt pavement; segregation; control

 

1 离析的分类和产生的原因

      混凝土离析是指骨料和沥青在沥青混合料中分布得不均匀^［1］。按离析外观形式分有条状离析和块状离析，按分布形式分有横向离析、纵向离析和竖向离析，按形成的形式分有规则离析和不规则离析。

 

      产生离析的原因主要有：原材料控制不严，变异大^［2］；施工工艺和操作水平不当，这主要是指停机待料、梯形摊铺速度差，搭接宽度控制不当，过快收斗以及不及时碾压等。不规则离析，往往是施工工艺问题，而规则离析，大多是由于摊铺机的性能所决定的。

 

      从近几年施工的沥青路面来看，拌和设备、摊铺机质量的好坏已成为沥青路面离析的主要原因。如某些拌和设备的自动计量系统严重不准，逐盘打印差异大。摊铺离析更是目前路面施工中最容易也是最难控制的，为此国内外很多企业试图从摊铺机着手改造更新(见表1)。

 

表1 粤赣高速公路主要大功率摊铺机参数

 

      目前摊铺机物料的输送和分布由刮板输送和螺旋分料器2个环节完成，刮板是一种平移式分层输料装置，对物料不会产生重新搅拌混合作用，因而对前几道工序产生的物料物理和温度离析不能起改善作用。为此，近几年来兴起在摊铺机前加置物料转运车的工艺尝试，通过其保温、加热、搅拌等作用使温度和物理离析得到有效改善。当然，物料转运车还有连续喂料、不间断摊铺及防止运料车撞击摊铺机等作用，可以提高生产率和摊铺平整度等指标。对摊铺机自身而言，改善离析和提高摊铺平整度的作用，主要通过螺旋分料器的结构设计以及运动学参数来实现。

 

      级配混合料(包括基础和面层)中的内摩擦力作用以及物料与输料螺旋之间的外摩擦力作用影响着螺旋输料和二次搅拌(拌和机为一次搅拌)的效果。合理的摊铺机螺旋分料器应具有良好的搅拌物料的能力，使前期工序产生的物料离析得到有效改善，同时满足摊铺宽度上不同部位所需物料量，使平整度得到保证。这是螺旋分料器设计的最终要求，也是摊铺机提高性能的合理途径。

 

      目前，对大多数小功率摊铺机来说物料的内、外摩擦力作用造成大粒料容易被送往螺旋两外侧，摊铺宽度增大则离析加重。主要原因在于其螺旋工作参数设定存在缺陷，在此强调物料输料高度位于螺旋中心上方叶片直径2/3处为宜^［3］。如果螺旋料位较低，需要较高的工作转速才能满足输料量(高达100 r/min左右，甚至更高)要求，在高速抛撒、快速推移运动中，不同粒径物料再次离析。这种思想的实质是沿用了传统的螺旋设计理论，即螺旋的主要功能是均匀输料和布料，而未能赋予螺旋二次搅拌以改善前期工序产生的物理和温度离析的功能。在对高等级公路路基、路面质量要求提高以适应现代重载大流量运输要求的今天，这一功能甚至更加重要。

 

2 控制措施

      针对离析形成的机理，大功率摊铺机(功率160kW以上，最大摊铺幅宽16m，最大摊铺厚度500 mm)的设计理论就是通过具有二次搅拌以改善离析与均匀输料和布料综合功能的抗离析、大生产率螺旋装置设计，辅以整机与螺旋驱动大功率配置，实现单机大宽幅、大厚度、抗离析一次成型摊铺作业。从而改善离析，改善双机并幅摊铺接缝离析。

 

      (1) 防止横向离析。增大螺旋输料能力，降低螺旋驱动转速，增加螺旋二次搅拌功能，减小螺旋起动工作的冲击和加速度使之平稳缓慢起动。通过这些措施使螺旋真正实现搅拌和均匀输料复合功能，并避免频繁间断起动工作造成物料摊铺离析。

 

      1) 物料满埋螺旋工作。这是增大输料能力，降低螺旋转速，增加二次搅拌作用，避免横向离析的关键，也是一种新理念。提高刮板和螺旋料位传感器料位控制点，是实现这一理念的外部形式，其内在实质是：需加大螺旋的驱动转矩，并改变驱动器方案。改变摊铺机流行采用高速轴向柱塞马达加减速机的传动方案，直接采用低速径向柱塞大扭矩马达驱动，并且将摊铺机700mL/r左右的马达等效排量增加到1300 mL/r，转矩和功率与ABG- 423相比增加了1倍。物料满埋螺旋降低转速到80～90r/min以下，有效防止大颗粒物料随输送距离增大而运动加剧的横向离析。同时由于螺旋埋于物料底部而增加二次搅拌效果，改善前期工序产生的温度与物理离析。

 

      低速大扭矩马达除可满足物料满埋螺旋需要更大驱动转矩的要求外，由于具有起动效率高、带载起动能力强、起动平稳的优点，可以避免高速马达加减速机由于起动效率低，在频繁间断工况下产生的起动冲击现象，减小了物料的冲击推扬离析。物料满埋螺旋，除增大输料量并增加螺旋驱动能力外还为大厚度一次成型摊铺基础材料提供了可能性。

 

      2) 采用变径螺旋设计。摊铺机的螺旋分料器是一种半开放式的结构，与通常的封闭式螺旋输料器将物料全部输送情况不同的是，它在分输料过程中一边卸料一边输料，最终将物料均匀地送于熨平板的整个幅宽上。因此，不同位置的螺旋应有不同的输料能力，这要求螺旋分料器应有适应这一性能要求的不同升角或直径。变升角设计有制造困难、互换性差且搅拌不均的缺陷，DT1400采用变径螺旋设计，螺旋自内向外直径逐渐减小，整体断面包络线呈梯形，考虑到制造的方便，可以近似为几种间断的直径结构。这样在分料工作中，可以达到全部螺旋满埋物料工作且搅拌强度一致的效果，除了有效防止横向离析外，还可保证不同宽度位置上摊铺物料的密实度、平整度一致。

 

      3) 增加整机功率匹配。摊铺机在摊铺作业中主要的功率消耗在螺旋驱动。特别当物料满埋螺旋、大宽度摊铺基础材料时，物料摩擦阻力矩增加，驱动螺旋会消耗整机功率的50%~60%，加之刮板、熨平板由于增加宽度相应增加了功率消耗。发动机功率要裕量配置，避免发动机因各种超载产生掉速现象，这种超载频繁地发生于螺旋起动、刮板发卡、料车倒撞等工况，是摊铺机的特有工况。发动机掉速会影响摊铺机的正常工作秩序，是产生离析、影响平整度的主要因素，也是摊铺机的通病。电喷柴油机可使这一通病得到改善，电喷柴油机具有良好的动力性能和控制特性，且符合严格的污染排放和噪声标准。

 

      (2) 防治竖向离析。竖向离析指摊铺横向断面上，下部大粒料多而上部大粒料少的上下离析现象。竖向离析的原因是螺旋料槽上部大粒料沿开口处向下滚落，这一现象发生在螺旋前挡板离地间隙调节偏大且料槽中缺料的工况下，以及螺旋外端料槽前方的卸荷口处。由于大粒料沿着螺旋前挡板的间隙和卸荷口处向下滚落，结果造成大粒料沉落于摊铺下层。

 

      大功率摊铺机采用物料满埋螺旋设计，避免了料槽因缺料在螺旋与前挡板之间产生的粒料滚落斜坡。在前挡板下方加装了上下高度可调的前导板，根据摊铺厚度和材料不同适当调节离地间隙，同时前导板下部采用弹性橡胶板结构，可以将离地间隙调为最小且利用弹性板的外张效果减小螺旋的输料阻力。对螺旋外端处的卸荷口，同样采用弹性橡胶板的悬臂式结构，既防止大粒料向下滚落，又起到防止螺旋卡死而卸荷的作用，也避免了因螺旋卸料不畅顶起熨平板影响平整度的现象。

 

      (3) 防止纵向离析。纵向离析指摊铺层上出现的沿行车方向的条形离析带，主要产生于左右螺旋的中缝处，各自螺旋的过渡支撑处和双机并幅摊铺的接缝处。

 

      采用单机大宽幅摊铺，不存在双机并机产生的300~600 mm的接缝。由于螺旋驱动链轮箱的空间干涉，使左右螺旋在中缝处断开一定距离，这一断裂处的物料得不到螺旋强制挤压和搅拌，而仅依靠物料的自然流动来充填，摊铺后密实度很低且级配不匀，形成一明显的条形离析带。在该断开处的左右螺旋上各加装一组角度可调的反向螺旋叶片，根据摊铺厚度和材料的变化来调节叶片数量和角度，使中缝处物料充填密实且均匀。

 

      螺旋支撑处的离析带主要是由于支撑处螺旋输料不畅，破坏了物料沿螺旋在宽度方向上输送的均匀连续性，影响了该处的密实度和级配所致。加大螺旋料槽前后方向的宽度，减小支撑处的结构尺寸，并使支撑结构呈圆弧过渡面，在支撑处的螺旋上加装圆周角100°以上的过渡叶片，可有效解决物料在支撑处的阻滞状况。

 

      加大料槽前后尺寸、增加料槽中物料的搅拌体积和空间，也是提高二次搅拌作用，改善温度和横向离析的措施。物料满埋螺旋工作也相对减小了支撑处的阻滞影响。

 

      大功率摊铺机2005年在广东粤赣高速25标、26标、27标、29标、30标公路进行单机大宽幅(11.5 m)沥青下面层、中面层、上面层摊铺。在离析程度和平整度方面，通过用无核密度仪、激光构造纹理仪、砂铺法和渗水系数等离析测试法检测，均得到满意的效果。

 

3 结语

      (1) 离析是造成路面坑槽、车辙、渗水等早期破坏的质量隐患。相对于平整度而言，离析对路面质量的影响更为严重，应将离析指标作为现代摊铺机的首要技术性能评价指标。

 

      (2) 摊铺机离析分为横向离析、竖向离析和纵向离析以及局部片状离析，局部片状离析由摊铺机前道工序的混合料供给不匀造成。摊铺机的离析防治主要针对横向、竖向和纵向离析来进行。

 

      (3) 大功率摊铺机采取的一系列离析防治措施是有效的，为现代摊铺机设计提供了一种方法和思路。

 

      (4) 单机大宽幅摊铺面层可提高整体平整度，减少双机并机接缝离析和螺旋支撑处离析，提高生产率。

 

参考文献：

［1］TJT 034- 2000，公路路面基层施工技术规范［S］.

［2］TJGF 400- 2004，公路沥青路面施工技术规范［S］.