李新宽 潘艳阳 郭宝龙

1 工程概况

金堆地区地处秦岭南麓,紧邻秦岭南北分水岭。距离最近的沥青混凝土拌合站100余千米,其中山区道路36 km,运输车程在2 h左右。本项工程为道路弯道改道工程,长度200 m,摊铺面积2 000余平方米,于“十一”长假期间进行面层摊铺。考虑沥青混凝土运输的热量损失,运输车辆采取了上部覆盖及槽帮保温措施,并采用20 t以上大型运输车辆。在路面使用一个月后路面横向接缝、纵向接缝及其他部位不同程度的出现了剥落、压实度较低和松散等现象,其中以纵向接缝的剥落和松散情况较为突出。

2 影响因素分析

施工当日最低气温6℃,最高气温15℃,沥青混合料生产温度170℃。配备有12辆20 t自卸车辆、沥青混凝土摊铺机、钢轮压路机、胶轮压路机,以上条件具备了沥青路面施工的质量保证要求。同时也具备了较长运输距离的条件(生产温度170℃)。摊铺过程和碾压过程均进行了严格的控制。摊铺时认真对待基层上前10 m左右路面厚度和平整度的控制;努力减少自卸车辆卸料时对摊铺机的撞击;注意检查自动找平系统的工作状态、维持稳定;防止摊铺机摊铺过程的速度变化;保证摊铺机在2 m/min～6 m/min的速度范围内匀速作业;保证保持振捣梁在摊铺距离上的振捣频率恒定不变;严格控制摊铺机料仓,保持料位不变。碾压时严格遵照振动时碾压速度不得超过4 km/h,静压速度不得超过6 km/h;进行换向时,提前减速慢行,不得紧急刹车;每次停放处不得在同一断面,最好沿前进方向成 45°角;碾压顺序由低处到高处;横向接缝处初压要横向进行,由冷面开始,逐渐进入到新面,一次进入不得超过50 cm,横向长度不少于1.5 m;压路机停放时,不得放在刚刚成型的热路面上,作业暂停、停机时也要放在后面碾压好的低温路段。但施工现场距沥青混合料拌合站较远,运输车程2 h,运输过程的温度离析现象和施工过程的离析现象,尤其是施工过程的离析现象却缺乏详尽的保证措施。混合料离析因素才是出现以上问题的根本原因所在。

3 混合料离析分析

3.1 集料离析

集料离析主要发生在沥青混合料拌合设备向自卸车内放料,自卸车辆长距离运输中的颠簸、自卸车辆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为了防止温度下降太大影响压实,一般每车料收斗一次,但收斗时粗料集中。

3.2 温度离析

此工程由于地理原因,沥青混合料到场需要相当的运输时间。外界环境与沥青混合料的较大温度,加剧了运输过程中沥青混合料与环境之间通过车厢壁进行热量的交换,且热交换的三种方式同时存在,造成混合料的热量损失较大,从而引起混合料温度的下降。热量的损失与温度的下降主要出现在靠近车厢顶部和车厢壁的混合料中。如果车厢不加覆盖,车厢顶部的沥青混合料与相对运动的空气直接接触,顶层物料的热量损失和温度的下降将更为严重。随着运输距离的加大,运输过程造成的热量损失也相应加大。混合料中沥青和骨料的导热性能都比较低。在行驶过程中,自卸车辆周边的混合料温度大幅降低,但由于导热性能低,热量从混合料堆的中心向四面传导的速度相当缓慢。当自卸车辆抵达摊铺现场时,卡车周边物料的温度大大低于物料中部的温度,出现温度差别。澳大利亚一个建筑承包商从278 km远的地方运料,到达施工现场时,卡车车厢两边的料温只有80℃,车厢顶部的料温为96℃,而车厢中间的料温仍然为152℃。

自卸车辆到达摊铺现场向摊铺机卸料时,车厢中部的物料因温度高、粘性低首先被卸到摊铺机的料斗中,而靠近车厢顶和车厢壁的混合料因相反的原因总是最后落在料斗的两侧和顶部。因此,又使高温物料最先经刮板输送器传输到摊铺机的后部,由螺旋摊铺器摊铺到基层上,而低温混合料却被延时到最后才摊铺。这一过程进一步加剧了沥青混合料温度的不均匀性,即温度的离析更为严重。由于这种现象出现在每车运输和卸料过程中,故离析也周期性地出现。温度离析的危害比单纯的级配离析要严重得多,也是造成路面摊铺质量差的主要原因。

摊铺路面的冷点还会导致路面密实度的不均匀,产生较高的空气间隙率和粗糙度。研究表明:在混合料摊铺温度为149℃的情况下碾压密实,空气间隙率只有6.8%;当温度降低到93℃时,空气间隙率增加到9.3%。高的空气间隙更容易让水渗透进入,在冬天结冰后使沥青混凝土产生冻胀破裂,形成路面坑洼,影响路面质量,缩短公路寿命。

相关实验用数据证明了上述观点的正确性。当摊铺料中的空气间隙率增加时,试件断裂所需要的轮式试验次数显著降低。在104℃压制的试件,其寿命大约只相当于在149℃时压制试件的10%～12%。由于温度离析,路面的实际使用寿命只能达到6年～7年,导致公路建设投资的巨大浪费。

4 该工程离析分析

采用视觉观察法进行观测,该工程所发生的破坏虽程度不同,但离析类型大致可以分为三类:1)自卸车辆末端离析是发生最多的离析形式,主要是由于摊铺机周期性收斗引起的,在路面上形成规则的、间隔一致的翼状离析。离析处摊铺机中央区域细料多,比较密实;摊铺机两侧粗料集中,细集料、沥青含量少,空隙率较大,表面纹理很深。2)带状离析也是出现较多的离析形式,通常出现于摊铺机的中央,少量位于边缘或其他地方。产生这种现象的主要原因是温度离析、集料离析、摊铺设备或摊铺机操作的问题,比如低温料或集料离析物料压实不紧密、结块物料超载碎裂和卡料、熨平板温度不够和安装不当、螺旋布料器转速不够等(见图1)。3)接缝离析是最为严重的离析形式,由于两次摊铺厚度控制的出入、接缝处摊铺的混合料多少不一,致使接缝处产生离析现象,混合料摊铺厚度和多少的差异会形成桥的效应,影响接缝两侧的压实,接缝较薄、较少一侧压实不足。两遍混合料摊铺、碾压温度差异过大也是造成接缝离析的重要原因。此外接缝离析往往会同卡车末端离析等其他形式的离析形成组合效应。由于纵向接缝位于行车道,轮载作用的次数多,因此后期的质量隐患更为严重。

5 结语

1)在山区道路路面形式选择时,由于黑色路面面层修筑材料往往需要长距离运输,难以避免存在集料离析及材料保温(温度离析)的问题,而且水文地质条件往往不利于黑色路面的路面结构,甚至对黑色路面的路面结构存在极大的破坏作用,故不建议选择黑色路面形式。2)如果拌合站位置较为有利,且工程量较大,可以考虑选择黑色路面结构形式。但在采用大吨位运输车辆时要加强运输车辆车厢壁及车厢顶保温措施、审慎组织运输线路,尽可能避免道路交通堵塞,尽量缩短运输时间、注重摊铺能力和运输能力的配套,避免运料车辆在施工现场等待等措施的同时,建议配套使用沥青混合料转运车联合完成摊铺作业,以便起到变革传统的黑色路面施工工艺的作用,有效解决集料离析和温度离析等影响施工质量的难题。

[1]陈礼洪,谢漫涛,蔡迈秋.沥青混凝土温度离析和温度差别的破坏[J].广东交通职业技术学院学报,2003(12):4.

[2]邓晓敏,夏文秀.沥青混合料运输过程中的离析现象分析[J].建筑技术,2009(9):21.

[3]魏洪树.沥青路面质量缺陷的原因分析及防治对策[J].交通世界,2009(7):14.