超薄層瀝青路面攤鋪工藝中的抗離析研究

李朋偉，魏 亞，鐘 黎

(重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶400074)

目前，用于新瀝青路面的攤鋪、舊路面的維修和養(yǎng)護(hù)的技術(shù)很多，超薄層瀝青路面施工技術(shù)既可以用于新路面面層的攤鋪也可用于路面養(yǎng)護(hù)。其中超薄層養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)作為路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和矯正型養(yǎng)護(hù)措施已經(jīng)在歐美發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用，并且該項技術(shù)被美國瀝青技術(shù)中心評為第一養(yǎng)護(hù)方案。該技術(shù)從2003年被引入中國以來，得到了越來越多的關(guān)注，有較大的發(fā)展前景。在我國超薄層攤鋪施工專用設(shè)備的研發(fā)及超薄層攤鋪技術(shù)的研究和應(yīng)用仍然處于初級階段，其施工工藝的研究也處于探索中［1］。

在超薄層瀝青路面攤鋪過程中同樣不可避免地會發(fā)生混合料的離析現(xiàn)象，罩面層混合料的離析對路面質(zhì)量會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，對超薄層瀝青路面攤鋪工藝中的抗離析研究顯得尤為重要。因此在瀝青路面超薄層施工過程中必須減輕混合料的離析，改善混合料的均勻性，提高瀝青路面的攤鋪質(zhì)量。

1 超薄層瀝青路面攤鋪技術(shù)的特點(diǎn)

超薄層施工技術(shù)是將一種厚度為15～25 mm的瀝青混合料攤鋪在瀝青路面表面上，可有效修復(fù)路面早期破壞，構(gòu)建新的道路磨耗層。該技術(shù)具有快速攤鋪，快速成型，快速通車，施工效率高，施工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，是所有公路罩面技術(shù)中開放交通最快的施工方案。應(yīng)用該技術(shù)不但可以提高路面防滑能力，增加路面色彩對比度，改善路面性能，延長路面使用壽命，而且還可以在面層不發(fā)生塑性變形的條件下修復(fù)深度車轍，修復(fù)后的面層十分穩(wěn)定［2］。

2 施工技術(shù)要求

2.1 施工速度

由于該施工技術(shù)是針對于瀝青路面超薄面層的施工，所以對施工速度有直接影響。攤鋪機(jī)的工作速度與混合料的供給能力、混合料類型、攤鋪層橫截面積尺寸和攤鋪機(jī)類型等因素有關(guān)，對瀝青路面超薄面層攤鋪時，要求攤鋪機(jī)的工作速度較快，相應(yīng)的輸料速度和螺旋分料速度也要增加，因此也要求增加自卸汽車的供料速度。由于攤鋪層較薄，瀝青混合料的熱量散發(fā)較快，因此要求壓路機(jī)也要提高工作速度。一般可通過簡單的計算和試鋪確定攤鋪機(jī)連續(xù)攤鋪的工作速度，在攤鋪過程中不宜隨便改變攤鋪速度，攤鋪速度的改變對攤鋪質(zhì)量和路面平整度都有很大的影響［3］。

2.2 振搗壓實(shí)

因為超薄層攤鋪的施工速度較快，所以對攤鋪機(jī)的振搗熨平系統(tǒng)和壓路機(jī)的工作參數(shù)提出了不同的要求。在快速攤鋪超薄層瀝青路面時，應(yīng)該增加攤鋪機(jī)的振搗次數(shù)和振動次數(shù)，以保證初壓實(shí)度和平整度達(dá)到要求。壓路機(jī)碾壓時，應(yīng)以路中心線的一側(cè)向另一側(cè)過渡，向前進(jìn)時，第1次盡量靠近攤鋪機(jī)，且使輪跡呈梯形等鋸狀分布，向后退時應(yīng)按原碾壓路線返回。由于罩面層攤鋪厚度小，壓路機(jī)的振動頻率和振幅應(yīng)采用高頻、低幅的方式碾壓。在倒車時，應(yīng)先停止振動，并向另一個方向行進(jìn)后再開振動，以避免混合料過壓而形成擁包。避免壓路機(jī)停放在新攤鋪的路面上。

3 施工工藝的改進(jìn)措施

瀝青混合料攤鋪層的質(zhì)量跟施工工藝有很大關(guān)系，要求新攤鋪的瀝青路面表面均勻一致無離析條帶和離析塊，具有高標(biāo)準(zhǔn)的平整度和壓實(shí)度。瀝青混合料的均勻性和離析對瀝青路面早期破壞有重要影響，所以為了提高瀝青面層攤鋪質(zhì)量和平整度，控制施工過程中混合料的離析是施工工藝改進(jìn)的關(guān)鍵。

瀝青混合料的離析分為骨料離析和溫度離析。造成離析現(xiàn)象的主要原因有:材料本身的不均勻及拌合過程中的不均勻，運(yùn)輸過程中造成的離析，攤鋪過程中造成的離析，混合料壓實(shí)不均勻等因素。現(xiàn)在的施工工藝中存在很多不足之處，在混合料的運(yùn)輸過程中沒有采取很好的保溫措施，導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生較為嚴(yán)重的溫度離析;在混合料攤鋪過程中，采取混合料埋于2/3螺旋葉片處進(jìn)行攤鋪，壓路機(jī)操作不當(dāng)?shù)榷己苋菀资够旌狭袭a(chǎn)生骨料離析和溫度離析;而現(xiàn)有的攤鋪機(jī)輸分料系統(tǒng)和壓路機(jī)振動裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分存在的不足也使混合料發(fā)生離析。為了減少混合料的離析，提高混合料的均勻性，除了在設(shè)計上選擇與壓實(shí)層厚度相匹配的混合類型，適當(dāng)減小集料最大粒徑外，在施工過程中還應(yīng)采取以下改進(jìn)措施。

3.1 混合料的運(yùn)輸

從拌和機(jī)向自卸汽車上放料時，應(yīng)使料堆呈“品”形堆砌，減輕粗細(xì)集料的離析。自卸汽車在運(yùn)送混合料的過程中應(yīng)采取嚴(yán)格的保溫措施，降低混合料的溫度離析。當(dāng)自卸汽車到達(dá)施工現(xiàn)場后，向攤鋪機(jī)卸料時與攤鋪發(fā)生碰撞，這時會對攤鋪質(zhì)量造成影響，所以在施工中最好使用瀝青轉(zhuǎn)運(yùn)車為攤鋪供料，可以避免因碰撞產(chǎn)生的影響，同時瀝青轉(zhuǎn)運(yùn)車可以對料進(jìn)行二次加熱和攪拌，克服了在運(yùn)輸工程中造成的骨料離析和溫度離析。

3.2 混合料的輸送

為了減輕混合料在攤鋪過程中發(fā)生離析，有必要對攤鋪機(jī)的輸分料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)的攤鋪機(jī)采用刮板輸送器縱向輸送混合料，這種輸料方式不能對混合料進(jìn)行攪拌，也不能加熱，混合料容易發(fā)生骨料和溫度離析，尤其是對超薄面層的施工，將影響路面質(zhì)量。應(yīng)該采用螺旋輸料方式，在瀝青混合料輸送過程中通過螺旋葉片旋轉(zhuǎn)對混合料進(jìn)行二次攪拌，并且在輸料槽底部增加加熱裝置，保持混合料的溫度，可以有效的減輕混合料的離析。

3.3 混合料的攤鋪

合理的攤鋪機(jī)螺旋分料器應(yīng)具有良好的攪拌物料的能力，使前期工序產(chǎn)生的混合料離析得到改善，滿足不同部位的物料需求，保證路面平整度。混合料在螺旋分料器的作用下，混合料的內(nèi)外摩擦力使大粒徑骨料容易被送往螺旋兩外側(cè)，而且在螺旋轉(zhuǎn)速較高的情況下，物料在高速拋撒、快速推移運(yùn)動中，混合料容易發(fā)生離析，攤鋪寬度越大離析越嚴(yán)重［4］。

瀝青混合料流在布料槽中的運(yùn)動是螺旋流，而不是層流，恰當(dāng)?shù)目刂坡菪剂掀鞯霓D(zhuǎn)速，使布料槽中的混合料隨著螺旋布料器翻滾又不至于拋出時，布料槽內(nèi)螺旋軸附近的混合料流局部產(chǎn)生紊流與粒料翻滾，離螺旋軸較遠(yuǎn)的混合料流不產(chǎn)生紊流與粒料翻滾，這時混合料的流動是一個不完整的螺旋流，不完整的螺旋流可以實(shí)現(xiàn)對離析不太嚴(yán)重的瀝青混合料在攤鋪時進(jìn)行攪拌，改善混合料的均勻性。

針對螺旋攤鋪過程發(fā)生的離析，應(yīng)采取混合料滿埋螺旋的工作方式，適當(dāng)增大螺旋葉片的直徑，這樣既增大了輸料能力，降低了螺旋轉(zhuǎn)速，還有效防止了大粒徑物料隨輸送距離增大而加劇橫向離析，同時由于螺旋埋于混合料底部而增加了二次攪拌的作用，改善了混合料的溫度離析和骨料離析，改善了混合料的均勻性。

3.4 螺旋布料器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

攤鋪機(jī)的螺旋布料器工作時一邊卸料一邊將混合料輸送到兩邊，因此不同位置的螺旋葉片應(yīng)有不同的輸料能力，這就要求螺旋布料器應(yīng)有不同的螺距和不同直徑的葉片。為保證混合料在布料槽中全面流動，每個螺旋的體積應(yīng)等于包括本螺距在內(nèi)的后面多個螺距上的下料量之和［5］;因此應(yīng)使螺旋布料器設(shè)計成變徑變距的結(jié)構(gòu)，越靠近兩端時葉片直徑越小，螺旋的螺距也變小。除了防止橫向離析外，還可以解決布料槽中部混合料密實(shí)度大于兩邊而導(dǎo)致的壓實(shí)度離析問題。但由于變徑變距結(jié)構(gòu)存在制造加工困難，因此實(shí)際應(yīng)用時應(yīng)設(shè)計為由不同直徑和螺距的基本件組成階梯型螺旋布料器。

由于螺旋驅(qū)動鏈輪箱和螺旋支撐處的空間干涉，使得中縫處和支撐處供料不足，得不到螺旋的擠壓和攪拌，破壞了混合料沿螺旋在橫向上輸送的連續(xù)性，攤鋪后形成一條縱向離析帶。因此應(yīng)在螺旋中縫處加裝一組角度可調(diào)的反向螺旋葉片，保證了中縫處混合料均勻、充足，改善了中縫處的離析現(xiàn)象。螺旋支撐處的離析帶是由于支撐處輸料不暢，所以應(yīng)減少螺旋支撐的橫截面尺寸，使支撐結(jié)構(gòu)呈圓弧過渡面，在支撐處的螺旋上加裝圓周角大于100°的過渡葉片，可以有效減少混合料在螺旋輸送過程中形成的阻滯，減輕了縱向帶狀離析［6-8］。

3.5 混合料的壓實(shí)與壓路機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

在碾壓過程中，碾壓參數(shù)和碾壓工藝都會對路面質(zhì)量產(chǎn)生影響。在改變碾壓方向時，壓路機(jī)的啟動、停車、加速等都會引起材料的推移;在壓路機(jī)操作方面應(yīng)該注意避免急劇的起步和制動。

在壓路機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，壓路機(jī)鋼輪斷面應(yīng)進(jìn)行倒圓角，避免鋼輪與混合料相互作用時產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，造成材料的局部撕裂。激振器應(yīng)安裝在鋼輪中間，使激振力在振動輪寬度方向上平均分布。前后輪起振軸旋轉(zhuǎn)方向相同容易造成堆料推移等，所以應(yīng)使前后輪起振軸旋轉(zhuǎn)方向相反，消除擠壓混合料的現(xiàn)象，提高路面的平整度。

4 結(jié)語

瀝青路面超薄層攤鋪技術(shù)既可以用來維修舊的瀝青路面，也可以用來鋪筑新瀝青路面;因其攤鋪面層的厚度較小，該攤鋪技術(shù)要求有較快的施工速度，碾壓時，在保證滿足施工進(jìn)度和混合料溫度要求的前提下，使路面達(dá)到較大的壓實(shí)度。筆者通過對施工工藝進(jìn)行分析，提出了抗離析的改進(jìn)措施，優(yōu)化了施工工藝和施工機(jī)械結(jié)構(gòu)，有效地減輕了混合料在施工過程產(chǎn)生的離析現(xiàn)象，改善了混合料的均勻性，提高了攤鋪路面的平整度和質(zhì)量。

［1］ 王智杰，郭莉.同步灑布攤鋪機(jī)的研制與開發(fā)［J］.西部交通科技，2009(4):54-59.Wang Zhijie，Guo Li.The designing and developing of synchronized sprinkle spreading machine［J］.Western China Communications Science ＆ Technology，2009(4):54-59.

［2］ 孫建，朱振東.RP600S型瀝青同步灑布攤鋪機(jī)［J］.工程機(jī)械，2010，41(4):10-12.Sun Jian，Zhu Zhendong.Model RP600S synchronized asphalt spraying and paving machine［J］.Construction Machinery and Equipment，2010，41(4):10-12.

［3］ 李伏俊，赫世文.瀝青混凝土攤鋪機(jī)應(yīng)用［J］.建筑機(jī)械，2010(19):105-110.Li Fujun，He Shiwen.Application of asphalt paver［J］.Construction Machinery，2010(19):105-110.

［4］ 葉華成，蘇凱，阮華夫.攤鋪機(jī)對瀝青路面離析的影響及控制措施［J］.中國市政工程，2010(2):56-58.Ye Huacheng，Su Kai，Ruan Huafu.On influence ＆ controlling measures of paver to asphalt pavement segregation ［J］.China Municipal Engineering，2010(2):56-58.

［5］ 朱奇，程戰(zhàn)鋒，李自光，等.攤鋪機(jī)螺旋分料器工作參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計的改進(jìn)［J］.建筑機(jī)械化，2007(3):27-29.Zhu Qi，Cheng Zhanfeng，Li Ziguang，et al.Improvement of working parameter and structure designing for the screw distributor of paver［J］.Construction Mechanization，2007(3):27-29.

［6］ 郭小宏.攤鋪機(jī)螺旋布料器的結(jié)構(gòu)及混合料粒料在布料槽中的運(yùn)動分析［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報，2010，18(1):81-86.Guo Xiaohong.Structure of helical spreader on paver and movement analysis of mixed materials granule in distributing room［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2010，18(1):81-86.

［7］ 李冰，焦生杰.瀝青混凝土攤鋪機(jī)與施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2007.Li Bing，Jiao Shengjie.Asphalt Mixture Paver and Construction Technology［M］.Beijing:China Communications Press，2007.

［8］ 于槐三.攤鋪機(jī)使用技術(shù)［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2004(4):17-22.Yu Huaisan.Using technique of asphalt paver［J］.Road Machinery＆ Construction Mechanization，2004(4):17-22.