山區(qū)黑色路面質(zhì)量問題分析

李新寬 潘艷陽 郭寶龍

1 工程概況

金堆地區(qū)地處秦嶺南麓,緊鄰秦嶺南北分水嶺。距離最近的瀝青混凝土拌合站100余千米,其中山區(qū)道路36 km,運輸車程在2 h左右。本項工程為道路彎道改道工程,長度200 m,攤鋪面積2 000余平方米,于“十一”長假期間進行面層攤鋪。考慮瀝青混凝土運輸?shù)臒崃繐p失,運輸車輛采取了上部覆蓋及槽幫保溫措施,并采用20 t以上大型運輸車輛。在路面使用一個月后路面橫向接縫、縱向接縫及其他部位不同程度的出現(xiàn)了剝落、壓實度較低和松散等現(xiàn)象,其中以縱向接縫的剝落和松散情況較為突出。

2 影響因素分析

施工當日最低氣溫6℃,最高氣溫15℃,瀝青混合料生產(chǎn)溫度170℃。配備有12輛20 t自卸車輛、瀝青混凝土攤鋪機、鋼輪壓路機、膠輪壓路機,以上條件具備了瀝青路面施工的質(zhì)量保證要求。同時也具備了較長運輸距離的條件(生產(chǎn)溫度170℃)。攤鋪過程和碾壓過程均進行了嚴格的控制。攤鋪時認真對待基層上前10 m左右路面厚度和平整度的控制;努力減少自卸車輛卸料時對攤鋪機的撞擊;注意檢查自動找平系統(tǒng)的工作狀態(tài)、維持穩(wěn)定;防止攤鋪機攤鋪過程的速度變化;保證攤鋪機在2 m/min～6 m/min的速度范圍內(nèi)勻速作業(yè);保證保持振搗梁在攤鋪距離上的振搗頻率恒定不變;嚴格控制攤鋪機料倉,保持料位不變。碾壓時嚴格遵照振動時碾壓速度不得超過4 km/h,靜壓速度不得超過6 km/h;進行換向時,提前減速慢行,不得緊急剎車;每次停放處不得在同一斷面,最好沿前進方向成 45°角;碾壓順序由低處到高處;橫向接縫處初壓要橫向進行,由冷面開始,逐漸進入到新面,一次進入不得超過50 cm,橫向長度不少于1.5 m;壓路機停放時,不得放在剛剛成型的熱路面上,作業(yè)暫停、停機時也要放在后面碾壓好的低溫路段。但施工現(xiàn)場距瀝青混合料拌合站較遠,運輸車程2 h,運輸過程的溫度離析現(xiàn)象和施工過程的離析現(xiàn)象,尤其是施工過程的離析現(xiàn)象卻缺乏詳盡的保證措施。混合料離析因素才是出現(xiàn)以上問題的根本原因所在。

3 混合料離析分析

3.1 集料離析

集料離析主要發(fā)生在瀝青混合料拌合設(shè)備向自卸車內(nèi)放料,自卸車輛長距離運輸中的顛簸、自卸車輛向瀝青混合料攤鋪機受料斗中卸料、瀝青混合料攤鋪機受料斗兩側(cè)及收斗等操作過程中。瀝青混合料攤鋪機受料斗兩側(cè)的離析尤為嚴重,幾乎全部為粗集料。瀝青混合料攤鋪機操作手為了防止溫度下降太大影響壓實,一般每車料收斗一次,但收斗時粗料集中。

3.2 溫度離析

此工程由于地理原因,瀝青混合料到場需要相當?shù)倪\輸時間。外界環(huán)境與瀝青混合料的較大溫度,加劇了運輸過程中瀝青混合料與環(huán)境之間通過車廂壁進行熱量的交換,且熱交換的三種方式同時存在,造成混合料的熱量損失較大,從而引起混合料溫度的下降。熱量的損失與溫度的下降主要出現(xiàn)在靠近車廂頂部和車廂壁的混合料中。如果車廂不加覆蓋,車廂頂部的瀝青混合料與相對運動的空氣直接接觸,頂層物料的熱量損失和溫度的下降將更為嚴重。隨著運輸距離的加大,運輸過程造成的熱量損失也相應(yīng)加大。混合料中瀝青和骨料的導(dǎo)熱性能都比較低。在行駛過程中,自卸車輛周邊的混合料溫度大幅降低,但由于導(dǎo)熱性能低,熱量從混合料堆的中心向四面?zhèn)鲗?dǎo)的速度相當緩慢。當自卸車輛抵達攤鋪現(xiàn)場時,卡車周邊物料的溫度大大低于物料中部的溫度,出現(xiàn)溫度差別。澳大利亞一個建筑承包商從278 km遠的地方運料,到達施工現(xiàn)場時,卡車車廂兩邊的料溫只有80℃,車廂頂部的料溫為96℃,而車廂中間的料溫仍然為152℃。

自卸車輛到達攤鋪現(xiàn)場向攤鋪機卸料時,車廂中部的物料因溫度高、粘性低首先被卸到攤鋪機的料斗中,而靠近車廂頂和車廂壁的混合料因相反的原因總是最后落在料斗的兩側(cè)和頂部。因此,又使高溫物料最先經(jīng)刮板輸送器傳輸?shù)綌備仚C的后部,由螺旋攤鋪器攤鋪到基層上,而低溫混合料卻被延時到最后才攤鋪。這一過程進一步加劇了瀝青混合料溫度的不均勻性,即溫度的離析更為嚴重。由于這種現(xiàn)象出現(xiàn)在每車運輸和卸料過程中,故離析也周期性地出現(xiàn)。溫度離析的危害比單純的級配離析要嚴重得多,也是造成路面攤鋪質(zhì)量差的主要原因。

攤鋪路面的冷點還會導(dǎo)致路面密實度的不均勻,產(chǎn)生較高的空氣間隙率和粗糙度。研究表明:在混合料攤鋪溫度為149℃的情況下碾壓密實,空氣間隙率只有6.8%;當溫度降低到93℃時,空氣間隙率增加到9.3%。高的空氣間隙更容易讓水滲透進入,在冬天結(jié)冰后使瀝青混凝土產(chǎn)生凍脹破裂,形成路面坑洼,影響路面質(zhì)量,縮短公路壽命。

相關(guān)實驗用數(shù)據(jù)證明了上述觀點的正確性。當攤鋪料中的空氣間隙率增加時,試件斷裂所需要的輪式試驗次數(shù)顯著降低。在104℃壓制的試件,其壽命大約只相當于在149℃時壓制試件的10%～12%。由于溫度離析,路面的實際使用壽命只能達到6年～7年,導(dǎo)致公路建設(shè)投資的巨大浪費。

4 該工程離析分析

采用視覺觀察法進行觀測,該工程所發(fā)生的破壞雖程度不同,但離析類型大致可以分為三類:1)自卸車輛末端離析是發(fā)生最多的離析形式,主要是由于攤鋪機周期性收斗引起的,在路面上形成規(guī)則的、間隔一致的翼狀離析。離析處攤鋪機中央?yún)^(qū)域細料多,比較密實;攤鋪機兩側(cè)粗料集中,細集料、瀝青含量少,空隙率較大,表面紋理很深。2)帶狀離析也是出現(xiàn)較多的離析形式,通常出現(xiàn)于攤鋪機的中央,少量位于邊緣或其他地方。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是溫度離析、集料離析、攤鋪設(shè)備或攤鋪機操作的問題,比如低溫料或集料離析物料壓實不緊密、結(jié)塊物料超載碎裂和卡料、熨平板溫度不夠和安裝不當、螺旋布料器轉(zhuǎn)速不夠等(見圖1)。3)接縫離析是最為嚴重的離析形式,由于兩次攤鋪厚度控制的出入、接縫處攤鋪的混合料多少不一,致使接縫處產(chǎn)生離析現(xiàn)象,混合料攤鋪厚度和多少的差異會形成橋的效應(yīng),影響接縫兩側(cè)的壓實,接縫較薄、較少一側(cè)壓實不足。兩遍混合料攤鋪、碾壓溫度差異過大也是造成接縫離析的重要原因。此外接縫離析往往會同卡車末端離析等其他形式的離析形成組合效應(yīng)。由于縱向接縫位于行車道,輪載作用的次數(shù)多,因此后期的質(zhì)量隱患更為嚴重。

5 結(jié)語

1)在山區(qū)道路路面形式選擇時,由于黑色路面面層修筑材料往往需要長距離運輸,難以避免存在集料離析及材料保溫(溫度離析)的問題,而且水文地質(zhì)條件往往不利于黑色路面的路面結(jié)構(gòu),甚至對黑色路面的路面結(jié)構(gòu)存在極大的破壞作用,故不建議選擇黑色路面形式。2)如果拌合站位置較為有利,且工程量較大,可以考慮選擇黑色路面結(jié)構(gòu)形式。但在采用大噸位運輸車輛時要加強運輸車輛車廂壁及車廂頂保溫措施、審慎組織運輸線路,盡可能避免道路交通堵塞,盡量縮短運輸時間、注重攤鋪能力和運輸能力的配套,避免運料車輛在施工現(xiàn)場等待等措施的同時,建議配套使用瀝青混合料轉(zhuǎn)運車聯(lián)合完成攤鋪作業(yè),以便起到變革傳統(tǒng)的黑色路面施工工藝的作用,有效解決集料離析和溫度離析等影響施工質(zhì)量的難題。

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