沥青混合料离析现象原因分析及预防措施

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[摘　要]离析现象是沥青路面施工过程中经常出现的问题, 严重的离析会导致沥青混合料的各种力学性能和使用性能的下降, 严重影响路面的施工质量, 并造成路面的破坏, 缩短路面的寿命。本文通过对沥青混合料拌合、运输、摊铺和碾压过程的研究, 分析了沥青混合料离析产生的原因, 对其预防措施和评价方法进行了探讨, 以期在工程实践中参考。
[关键词]沥青混合料　离析　级配
　　一、概述
近年来, 由于国家加大对农村公路的投资力度, 沥青混凝土路面结构也被广泛的应用到农村公路的建设中, 其行车舒适性及维修方便性较水泥混凝土路面有较大的优势。但其早期破坏在很大程度上影响了其综合使用性能, 沥青混合料离析是造成沥青路面早期破坏的原因之一。沥青混合料离析可大致分为两种类型: 级配离析和温度离析。级配离析出现时, 沥青路面上一些区域粗料集中, 另一些区域细料集中, 使得混合料变得不均匀, 级配及沥青用量与设计不一致, 导致路面呈现出较差的结构和纹理特性。一些区域细料集中、孔隙率小, 可能会出现泛油、车辙; 另一些区域粗料集中、孔隙率太大, 可能会导致路面水损坏。温度离析是指沥青混合料在储存、运输及摊铺中受天气、施工机械影响, 由于热量损失而出现温度差异的状况。混合料的温度离析会导致路面压实度不均匀, 温度较低的区域路面的空隙率较大、纹理深度也较大, 这些区域的路面易出现早期损坏。研究表明, 严重离析的路面使用寿命可能会减少50% 以上。目前公路沥青路面的一些早期损坏, 如松散、网裂、坑洞、局部严重辙槽、局部泛油、新铺沥青路面的构造深度不均等, 都与沥青混合料的离
析密切相关。
二、离析现象产生的原因分析
2. 1 拌和过程的不均匀及材料自身的不均匀
公路部门的集料多半不是自己生产的, 而是取自五花八门的社会料场, 一个工程的集料往往来自好几个料场, 质量参差不齐, 不仅石料质量不同, 覆盖层和风化层清除不干净, 破碎和筛分机械不统一, 筛孔尺寸混乱, 导致集料产品质量及规格各行其是, 实际级配与配合比设计所用的级配有很大的差距, 尽管目标配合比设计很认真, 但生产配合比设计有了很大的变化, 到正式生产时, 实际材料与配合比的材料相比就有了很大的差异。
2. 2 运输过程中造成的离析
拌和的沥青混合料可能是先进入热贮料仓, 也可能直接从拌合机卸料到运料车中, 按规范要求运料车应该每卸一斗挪动一下, 以便减少混合料的离析, 实际上即使这样做了, 离析也是难免的, 更何况有许多运料车并没有按照规范的要求做, 车停在拌合机下一直不动, 卸料成为一座小山, 离析就更严重了。
2. 3 摊铺过程中的离析
沥青混合料摊铺机在摊铺混合料过程中造成混合料不均匀或离析的原因主要有以下几个方面:
1) 混合料从运料车卸到摊铺机的过程中, 一定程度上会产生粗细集料分离;
2) 混合料卸到摊铺机料斗中以后, 中间的混合料进入摊铺机的速度快, 两边的混合料停留时间较长, 直到两侧的挡板立起才将混后料折向中间, 这期间, 两侧的混合料比中间的混合料的温度要低得多, 从而使铺到路面的混合料的温度不一样;
3) 摊铺机的螺旋分料器在向两侧摊铺时也会产生离析, 在加长的接头部位, 如果调整不好, 摊铺的混合料在这里往往会产生离析;
4) 摊铺机摊铺宽度越长, 混合料的离析就越严重, 现在许多公路为了提高平整度采取了全幅摊铺的方式, 由于摊铺宽度大,螺旋分料器运送混合料的距离过长结果加大了离析的产生。
2. 4 混合料压实不均匀
压路机在压实混合料时无论如何不可能做到温度、遍数、速度都统一, 边上和中间也会不一样, 早压和晚压的温度更不一致, 压路机的吨位也会因为所加的水不断减少而稍有变化, 再加上铺到路上的温度本身就有相当大的差异, 所以路面混合料的压实度不可能相同。由于以上种种原因, 所铺筑的沥青路面不仅级配会不均匀,造成一定程度的离析, 而且压实度也会不一样, 从而遗留下一些不可预见的隐患, 在水和荷载的作用下, 造成路面局部的早期损坏。
三、预防产生离析现象的措施
3. 1 严格控制矿料级配和材料选择
首先在材料设计上应尽量选择与压实层厚度相匹配的混合料类型, 适当的减少集料的最大粒径。要严格控制沥青混合料的矿料级配, 在生产过程中尽量使级配在规定的级配范围内并接近中值, 特别是4. 75mm , 2. 36mm 和0. 075mm 档的通过率更要接近中值, 因为这几档集料对混合料的均匀性影响很大, 4.75mm 和2. 36mm 的集料过少, 将影响表面均匀性, 易出现离析, 过多则难以压实。其次尽量选用表面干燥洁净的碱性集料, 以提高集料与沥青自身的粘附能力, 减少离析。选择与集料有良好粘附性能和高温稳定性好的沥青。必要时, 可加入外加剂, 提高集料与沥青的粘附性能, 同时改变集料的表面性质。
3. 2 加强沥青混合料拌合工艺管理
沥青混合料达到均匀的两个基本要素是拌和温度和拌和时间, 经试拌后, 在生产过程中不应随意动; 同时还要随时观察拌锅内出的混合料的外观, 均匀一致, 无花白料, 粗细集料分布均匀, 无粗细料分离现象。如有分离应及时调整拌和温度和适当延长拌和时间。拌和均匀性不好的沥青混合料, 铺筑路面将出现块状离析。
3. 3 防止沥青混合料在运输中发生离析
从拌锅内卸料装上运料车过程中, 运料车应前后移动不少于3 次, 要分几次装混合料, 避免一次装料, 因为混合料在车箱内形成一个大锥体, 会促使粗细料分离。这种离析的混合料, 摊铺后面层将出现块状离析。运输时, 不论气温高低均应用棉被覆盖, 防止混合料表面温度降低, 结壳, 造成温度离析。
3. 4 改进施工工艺和强化质量检查
沥青混合料的摊铺过程是影响沥青路面质量的关键因素,因此, 要严格控制摊铺工艺, 避免离析现象的发生。主要有:
1) 避免运输车起斗太快, 保证连续均匀供沥青混合料;
2) 调节料位传感器, 使螺旋输料器的转速尽可能均匀;
3) 正确操作受料斗翼板, 严禁受料斗内固定积料过多和翻动过速;
4) 摊铺速度确定后, 应尽可能保持稳定和连续;
5) 尽量采用多台摊铺机梯队作业的方式;
6) 摊铺机的前拱拱度应调节得比后拱略大为宜, 人工接长调宽的熨平板, 其熨平板的前后拱之差为3- 4mm , 液压伸缩调宽的熨平板, 差值以2mm 为宜;
7) 合理地选择摊铺机振动系统的振动力和频率;
8) 摊铺机螺旋分料器的高度应根据摊铺层厚度的变化而变化;
9) 摊铺过程中, 对表面产生的粗离析, 应及时人工补适量的细料予以补救。
综上所述, 经过采取措施, 沥青混合料的离析现象是能够大大减少到最低程度的, 从而提高路面的安全使用性, 保障路面的使用寿命。
四、离析的检测、评定方法
4. 1 视觉观察法
视觉观察法即根据路面的表观状况和调查者的经验进行离析检测的方法。这是一种主观的判别方法, 它没有明确的离析程度评定标准, 所以有一定的局限性, 只适用于大粒径及较粗的沥青混合料, 对于小粒径和细级配的沥青混合料并不适用。
4. 2 铺砂法
路面离析区域与非离析区域表面纹理深度会有明显的变化, 可以通过铺砂法测路面构造深度, 检测评定路面离析的程度。采用离析处路面的构造深度与非离析处路面构造深度的比值来评定离析的程度, 即采用非离析处路面的构造深度TD 作为参照物, 与离析处的构造深度之比(TD 离析处?TD 非离析处) 作为评价指标。
4. 3 钻芯取样法
通过钻芯取样, 分析芯样的材料组成及芯样密度, 以评定离析的程度。取芯法费时费力, 同时上面层施工一般不允许过多取芯, 所以仅在发现路面明显离析, 才采用此法进行调查。由于路面离析处级配、沥青用量、芯样密度都可能发生变化, 因此三指标均可作为离析的评定指标。
4. 4 核子密度仪法
核子密度仪可以检测路面的密度, 根据检测路段路面密度的变化范围, 确定该路段离析程度的等级。核子密度仪是路面无损检测的重要手段, 采用核子密度仪检测具有快速、简便, 且对路面无损坏的优点。但由于路面离析处粗料集中的地方, 级配偏粗、沥青用量也偏少, 该点的密度值未必小, 因此核子密度测定仪有可能检测不出这种离析。
4. 5 红外线摄像法
红外摄像仪可绘制整个区域的热量分布图, 并可以利用软件分析热量分布图, 评价温度离析状况。红外摄像仪只能探测到表面及表层的温度分布情况, 红外摄像仪对完工后路面的评价精确度不够高, 不同红外摄像仪经过标定后测定结果才可用于分析比较。铺砂法、核子密度仪法可与视觉观察法相结合应用于路面离析的无破损检查与评定, 当存在争议时可用取芯法做最终的判定。红外线摄像法在低气温施工时, 可用于温度离析的检测,以督促施工单位改进设备与工艺。
五、结语
沥青混合料离析是影响路面质量的主要因素之一, 但是只要找出沥青混合料产生离析的原因, 采取相应的措施, 就可有效地解决沥青混合料的离析现象, 从而提高沥青混合料路面的质量。