螺旋布料器對(duì)瀝青混合料級(jí)配離析的影響研究

張晨光，葉 敏，張澤宇，王 琪

(長(zhǎng)安大學(xué) 公路養(yǎng)護(hù)裝備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

0 引 言

螺旋布料器是瀝青攤鋪機(jī)的主要工作裝置，主要功能是把瀝青混合料按照一定的工藝要求，均質(zhì)地分送到鋪筑路面的限定寬度內(nèi)，以保證后續(xù)攤鋪、壓實(shí)工序的正常進(jìn)行。在施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于布料缺陷而引起的攤鋪離析現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為混合料中粗細(xì)骨料的分布偏離設(shè)計(jì)級(jí)配，或者路面油石比發(fā)生非均勻性變異。離析的出現(xiàn)會(huì)減小鋪層強(qiáng)度、加速路面水損，造成擁包、龜裂等病害的過(guò)早出現(xiàn)，縮短瀝青路面的使用壽命[1-3]。

為了盡量減少瀝青混合料在螺旋布料過(guò)程中產(chǎn)生的離析，學(xué)者對(duì)螺旋布料器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了一系列研究和改進(jìn)。H.H.LIU等[4]研究得出了料槽料位高度、螺旋葉片直徑與攤鋪均勻性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并試驗(yàn)驗(yàn)證了合理化參數(shù)匹配能夠有效減少瀝青混合料攤鋪離析；馬登成等[5]認(rèn)為瀝青混合料粗骨料和細(xì)骨料慣性力的不同是產(chǎn)生離析的主要原因，變徑變距螺旋布料器可以從理論上解決路面離析問(wèn)題；李朋偉等[6]認(rèn)為螺旋布料器低速滿埋施工工藝可以改善瀝青混合料在攤鋪過(guò)程中的離析，并提出了階梯型變徑變距螺旋布料器的設(shè)計(jì)方案；謝立揚(yáng)等[7]則通過(guò)試驗(yàn)研究指出滿埋螺旋可以減小輸送方向上的瀝青混合料級(jí)配離析，但無(wú)法有效解決螺旋上、下部離析；任飛等[8]運(yùn)用離散元的方法研究了物料在螺旋輸送過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，得出螺旋料槽的填充系數(shù)大于0.7有利于減小非均勻散料的級(jí)配離析程度；M.PEZO等[9]采用離散元仿真對(duì)螺旋輸送結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)與驗(yàn)證，提出了一種嵌入在螺旋葉片上的螺旋帶，該結(jié)構(gòu)可以延長(zhǎng)物料的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高不同粒徑物料在輸送過(guò)程中的混合效率；姜婉等[10]基于計(jì)算流體力學(xué)仿真得出了螺旋轉(zhuǎn)速對(duì)布料質(zhì)量的影響，并建立了螺旋轉(zhuǎn)速與攤鋪速度及刮板速度的關(guān)聯(lián)模型；徐中新等[11-12]研究了螺旋結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對(duì)物料輸送速度的影響，并優(yōu)化設(shè)計(jì)了變徑變距攤鋪機(jī)螺旋布料器；羅青云等[13]提出螺旋葉片布置應(yīng)由攤鋪寬度決定，輸送物料流量的增加可以減少離析。

綜上所述，以上研究均對(duì)瀝青混合料在螺旋布料過(guò)程中的離析現(xiàn)象進(jìn)行了一定的闡述，認(rèn)為主要是料槽中的紊流運(yùn)動(dòng)造成了混合料的級(jí)配離析，但并未對(duì)級(jí)配骨料在紊流中的不同動(dòng)力學(xué)狀態(tài)進(jìn)一步研究，而變徑變距螺旋等抗離析方案的提出更多是依賴經(jīng)驗(yàn)公式，缺少理論指導(dǎo)。筆者通過(guò)研究螺旋布料器的輸送機(jī)理，建立瀝青混合料的運(yùn)動(dòng)和受力模型，分析級(jí)配骨料沿螺旋軸線方向的分布規(guī)律，并結(jié)合路面施工進(jìn)行混合料抽提篩分試驗(yàn)，研究螺旋布料過(guò)程中離析的成因和影響因素，為攤鋪機(jī)螺旋布料器的抗離析設(shè)計(jì)和攤鋪工藝的改進(jìn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 螺旋布料器動(dòng)力學(xué)分析

1.1 螺旋布料器的結(jié)構(gòu)

攤鋪機(jī)螺旋布料器總成通常由螺旋軸、螺旋葉片、支撐吊架、液壓動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖1。攤鋪機(jī)熨平板和后擋板共同圍成了半開放式的螺旋料槽，瀝青混合料通過(guò)刮板輸送機(jī)流入螺旋布料器的料槽中部，然后經(jīng)過(guò)螺旋機(jī)構(gòu)的推動(dòng)向兩端分料。安裝在螺旋軸上的多組葉片拼裝成螺旋推送結(jié)構(gòu)，螺旋軸的軸頭通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，為螺旋葉片提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。當(dāng)攤鋪寬度較大時(shí)，為保持螺旋軸的橫向剛性，通常會(huì)在軸中部加裝支撐吊架和吊架軸承，但支撐吊架會(huì)打斷螺旋葉片的連續(xù)性。目前，螺旋布料器的運(yùn)轉(zhuǎn)通常采用液壓驅(qū)動(dòng)加機(jī)械傳動(dòng)的方式，螺旋轉(zhuǎn)速會(huì)根據(jù)施工過(guò)程中料位計(jì)的反饋信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整以控制布料速度。

1—螺旋軸；2—支撐吊架；3—螺旋葉片；4—機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；5—液壓馬達(dá)

1.2 螺旋布料器作用下瀝青混合料運(yùn)動(dòng)分析

由于受到螺旋旋轉(zhuǎn)的影響，瀝青混合料在輸送過(guò)程中進(jìn)行著復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)。圖2為螺旋布料器的螺旋面展開圖，以位于螺旋半徑為R的參考點(diǎn)(O點(diǎn))處的瀝青混合料顆粒質(zhì)點(diǎn)m為研究對(duì)象，設(shè)顆粒m相對(duì)于螺旋面的滑移速度為vp，方向平行于螺旋葉片表面；顆粒m隨參考系運(yùn)動(dòng)的牽連速度為vq，方向沿螺旋旋轉(zhuǎn)的切線方向，則顆粒m的實(shí)際絕對(duì)速度va為vp和vq的合成，如圖2。由于螺旋葉片與混合料之間的摩擦作用，使顆粒m的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向與螺旋面法線方向產(chǎn)生一定角度φ，該角度由葉片表面的粗糙程度和混合料內(nèi)摩擦角所決定，且摩擦系數(shù)μ=tanφ。則顆粒m的絕對(duì)速度為：

(1)

式中：λ為O點(diǎn)處的螺旋升角，(°)；n為螺旋轉(zhuǎn)速，r/min。

如圖2：顆粒m的絕對(duì)速度va又可以分解為切向速度vy和軸向速度vz，料槽中的瀝青混合料一直在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中沿螺旋軸向前進(jìn)。

圖2 瀝青混合料運(yùn)動(dòng)分析

設(shè)螺旋節(jié)距為L(zhǎng)，由tanλ=L/2πR可得：

(2)

則顆粒m的切向速度為：

(3)

同理可得顆粒m的軸向速度為：

(4)

分析可知：

1)式(3)、式(4)即為瀝青混合料在螺旋布料器作用下的輸運(yùn)方程，在螺旋結(jié)構(gòu)及運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)確定的情況下，布料過(guò)程中顆粒m的切向速度和軸向速度由顆粒所在位置的螺旋半徑R決定。因此，瀝青混合料在料槽中的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出多層環(huán)流狀態(tài)，且螺旋轉(zhuǎn)速越高各環(huán)流層之間的速度梯度越大。不同粒徑、不同質(zhì)量的顆粒之間由于相對(duì)速度而形成紊流，是瀝青混合料在螺旋布料器作用下產(chǎn)生離析的前提。

2)為了研究顆粒軸向速度隨螺旋半徑的變化情況，設(shè)vz=f1(R)，并進(jìn)行一次求導(dǎo)可得：

(5)

分析式(5)可知：當(dāng)R>0時(shí)，f′1(R)>0，即沿螺旋葉片的徑向，隨著R的增加，顆粒m的軸向速度vz單調(diào)遞增。這表明螺旋布料器對(duì)于靠近螺旋葉片外側(cè)的瀝青混合料的布料速度大于靠近螺旋軸的混合料，當(dāng)不同螺旋半徑位置聚集著不同粒徑的骨料時(shí)，就會(huì)沿布料方向產(chǎn)生瀝青混合料攤鋪離析。

1.3 螺旋布料器作用下瀝青混合料受力分析

為了分析螺旋葉片對(duì)瀝青混合料的作用力，仍以螺旋面展開圖上位于O點(diǎn)處的顆粒m為研究對(duì)象，如圖3(a)，則螺旋葉片作用于顆粒m上的力包括平行于葉片表面的摩擦力Ff和葉片法線方向的支撐力Nb，其合力為Ft[14-15]：

圖3 瀝青混合料受力分析

(6)

式中：P為螺旋布料器的驅(qū)動(dòng)功率，W；T為扭矩，N·m；M為料槽中瀝青混合料的總質(zhì)量，kg。

圖3(b)為O點(diǎn)所在螺旋橫截面的示意，則Ff和Nb在該橫截面上的分解作用力F′f和N′b分別為：

(7)

瀝青混合料顆粒間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)部阻力Fe，由Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則可得：

Fe=τS=(υ+μeσ)S

(8)

式中:S為顆粒間的接觸表面積，m2；τ為剪切應(yīng)力，Pa；σ為法向擠壓應(yīng)力，Pa；υ為顆粒間單位接觸面積上的黏結(jié)力，N/m2；μe為瀝青混合料內(nèi)摩擦系數(shù)。

如圖3(b)：Fe的方向與顆粒m的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向相反，則Fe在螺旋橫截面上的分解作用力F′e為：

F′e=Fesin(φ+λ)=S(υ+μeσ)sin(φ+λ)

(9)

在螺旋布料器連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)工況下，顆粒m在螺旋橫截面內(nèi)切線方向受力平衡，則：

N′b+F′fsinθ+Nesinγ=F′e+Gsinγ

(10)

式中：γ為顆粒m所處螺旋橫截面的位置角，(°)；θ為向心偏離角，即F′f偏離O點(diǎn)與螺旋中心連線的角度，且0°≤θ<90°；Ne為顆粒m在瀝青混合料內(nèi)部所受支撐力，N；G=mg為顆粒m所受重力，N；g為重力加速度，m/s2。

顆粒m所受到的沿螺旋徑向的合力為：

(11)

分析式(11)可知：F′r為顆粒m的圓周運(yùn)動(dòng)提供向心力，且F′r隨著θ的減小而增大，當(dāng)θ=0°時(shí)，達(dá)到外力所能提供的最大向心力。設(shè)顆粒m的公稱直徑為d，骨料密度為ρ，為了便于研究，將顆粒m視作球體顆粒進(jìn)行分析，則m=πd3ρ/6。另外假設(shè)骨料規(guī)格齊整，無(wú)針片狀料粒，即瀝青混合料內(nèi)摩擦角近似相等，μe恒定。則聯(lián)合式(6)～式(11)可得：

(12)

當(dāng)顆粒在螺旋料槽中的位置確定后，式(12)中的參數(shù)R、ρ、M、vy、P、n、υ、σ、μe以及角度φ、λ、γ均為已知量，則式(12)可看作向心偏離角θ關(guān)于顆粒公稱直徑d的隱函數(shù)。為了研究θ跟隨d的變化情況，設(shè)θ=f2(d)，并進(jìn)行一次求導(dǎo)可得：

(13)

分析式(13)可知：當(dāng)d>0且0°≤θ<90°時(shí)，f′2(d)<0，即隨著顆粒公稱直徑d的增大，向心偏離角θ單調(diào)遞減。因此，對(duì)處于螺旋料槽中相同位置、不同粒徑的瀝青混合料顆粒來(lái)說(shuō)，粒徑越大，隨螺旋葉片一起作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力越大，向心偏離角越小，當(dāng)θ=0°時(shí)都不足以提供顆粒穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，顆粒就會(huì)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)。在螺旋布料器工作過(guò)程中，相對(duì)于粒徑偏小的骨料，較大粒徑的骨料向螺旋葉片外環(huán)滑移的趨勢(shì)更加明顯，當(dāng)螺旋轉(zhuǎn)速較高，使混合料顆粒達(dá)到一定的切向速度后，大粒徑骨料開始不斷向外環(huán)聚集，而粒徑較小的骨料在大粒徑骨料的空隙之間向內(nèi)環(huán)不斷聚集。因此在螺旋布料過(guò)程中，位于螺旋葉片內(nèi)環(huán)附近的瀝青混合料骨料粒徑偏小，外環(huán)骨料粒徑偏大，即從螺旋葉片中心沿葉片徑向，骨料整體粒徑逐漸增加。為此，筆者繼續(xù)分析不同粒徑骨料的運(yùn)動(dòng)和分布特性對(duì)瀝青混合料攤鋪均勻性的影響。

2 瀝青混合料在螺旋處的離析原因

2.1 螺旋布料過(guò)程中的級(jí)配離析

圖4為螺旋布料過(guò)程示意，單側(cè)螺旋布料器將瀝青混合料從進(jìn)料端沿螺旋軸向均勻輸送至整個(gè)布料寬度內(nèi)，即：路面攤鋪寬度的1/2。

圖4 螺旋布料過(guò)程

螺旋布料器的布料密度是指在單位時(shí)間、單位布料寬度范圍內(nèi)的輸送料量，定義為：

(14)

式中:K為螺旋布料器的平均布料密度，kg/(s·m)；w為布料寬度，m；Q為瀝青混合料的單側(cè)攤鋪生產(chǎn)率，t/h。

瀝青混合料的骨料級(jí)配類型眾多，粒徑分布范圍較廣，為了便于分析，將公稱直徑9.5 mm及以上的骨料統(tǒng)稱為粗骨料，公稱直徑小于9.5 mm的骨料統(tǒng)稱為細(xì)骨料。為了研究瀝青混合料在螺旋布料過(guò)程中的離析程度，現(xiàn)對(duì)混合料中粗、細(xì)骨料的布料密度Kc、Kx分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以粗、細(xì)骨料在已攤鋪瀝青混合料中的混合率η作為離析評(píng)價(jià)指標(biāo)，且η=Kc/Kx。假設(shè)瀝青混合料中粗、細(xì)骨料的初始質(zhì)量占比相等，在螺旋布料過(guò)程中，如果η>1，表明螺旋料槽局部發(fā)生粗骨料聚集，且η越大，離析程度越大；如果η<1，表明局部發(fā)生細(xì)骨料聚集，且η越小，離析程度越大；當(dāng)η=1時(shí)，表明混合料級(jí)配未發(fā)生變異。研究發(fā)現(xiàn)η的大小與粗、細(xì)骨料的軸向速度之比，以及布料流量之比相關(guān)：

(15)

式中：vc、vx分別為某螺旋軸向位置處的粗、細(xì)骨料軸向速度，m/s；qc、qx分別為該位置處的粗、細(xì)骨料布料流量，kg/s。

分析式(15)可知：已知某螺旋軸向位置處的布料流量，則瀝青混合料的軸向速度越大，該位置處的布料密度越小。所以當(dāng)qc/qx恒定為1時(shí)，η的大小由vc/vx決定，且η隨著vc/vx的增大而減小。當(dāng)vc/vx>1時(shí)，η<1；當(dāng)vc/vx<1時(shí)，η>1；當(dāng)vc/vx=1時(shí)，η=1。當(dāng)粗、細(xì)骨料軸向速度相等，即vc/vx=1時(shí)，η的大小由粗、細(xì)骨料的布料流量之比qc/qx決定，且η隨著qc/qx的增大而增大。當(dāng)qc/qx>1時(shí)，η>1；當(dāng)qc/qx<1時(shí)，η<1；當(dāng)qc/qx=1時(shí)，η=1。

在螺旋布料器實(shí)際作業(yè)工況下，η由粗、細(xì)骨料的軸向速度之比以及布料流量之比共同決定。由上一節(jié)螺旋布料器動(dòng)力學(xué)分析可知，螺旋葉片外環(huán)易發(fā)生粗骨料聚集，而螺旋葉片內(nèi)環(huán)易發(fā)生細(xì)骨料聚集，即粗骨料所處位置的平均螺旋半徑大于細(xì)骨料，Rc>Rx，根據(jù)軸向速度沿螺旋葉片徑向的單調(diào)性變化規(guī)律，則vc/vx>1。

如圖4：設(shè)B點(diǎn)為布料起始點(diǎn)，A點(diǎn)至布料起始點(diǎn)的螺旋軸向距離為z，則A點(diǎn)處的布料流量q為：

(16)

分析式(16)可知：A點(diǎn)處的布料流量與螺旋軸向BA布料段內(nèi)的布料密度有關(guān)，且BA布料段內(nèi)的布料密度越大，則A點(diǎn)處的布料流量越小。

將螺旋布料器的布料寬度w沿布料方向分為BC和CD兩個(gè)布料段，如圖4。假設(shè)瀝青混合料的原始級(jí)配良好，且B點(diǎn)處粗、細(xì)骨料布料流量之比qc/qx=1，則η的大小由粗、細(xì)骨料軸向布料速度之比vc/vx決定，由上述分析可知vc/vx>1，則粗骨料的初始布料密度K′c小于細(xì)骨料的初始布料密度K′x，即η<1，表明在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析。由于布料起始段的細(xì)骨料布料密度較大，所以在BC布料段內(nèi)qc/qx>1，并沿布料方向逐漸增大，進(jìn)而粗、細(xì)骨料的混合率也會(huì)隨之增大，瀝青混合料級(jí)配離析程度逐漸減弱。至圖4中C點(diǎn)處，當(dāng)vc/vx>1所引起的細(xì)骨料聚集與qc/qx>1所引起的粗骨料聚集作用相互抵消時(shí)，C點(diǎn)處η=1，瀝青混合料級(jí)配不再產(chǎn)生離析。在CD布料段內(nèi)，vc/vx>1且保持不變，而qc/qx>1并繼續(xù)增大，因此粗、細(xì)骨料布料流量之比將對(duì)混合料級(jí)配離析情況起主導(dǎo)作用，則CD布料段內(nèi)η>1，表現(xiàn)為粗骨料聚集離析。

綜上所述，在螺旋布料器的布料寬度w內(nèi)，粗骨料的布料密度Kc沿布料方向隨著螺旋軸向距離z的增大而逐漸增大，細(xì)骨料的布料密度Kx隨著z的增大而逐漸減小，并且在螺旋布料過(guò)程中，瀝青混合料的平均布料密度K始終保持不變：

K=Kc+Kx=K′c+K′x

(17)

2.2 螺旋支撐吊架對(duì)瀝青混合料輸送的影響

當(dāng)攤鋪機(jī)進(jìn)行寬幅施工時(shí)，為確保螺旋布料器的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，通常會(huì)在螺旋軸上加裝支撐吊架，吊架總成通常會(huì)安裝在圖4中的CD布料段，以保證提供足夠的支撐強(qiáng)度。為了防止螺旋葉片和支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉，吊架總成區(qū)域內(nèi)不能安裝螺旋葉片，從而形成一段“無(wú)葉片區(qū)”，處于該區(qū)域內(nèi)的混合料不會(huì)受到螺旋葉片的擠壓和攪拌作用，瀝青混合料依靠自然流動(dòng)而不斷推移前進(jìn)，因此不存在粗、細(xì)骨料的軸向速度差異，粗、細(xì)骨料的混合率只由兩者布料流量之比所決定。由前述分析可知，CD布料段內(nèi)qc/qx>1且η>1，但支撐結(jié)構(gòu)破壞了瀝青混合料沿螺旋軸向的布料連續(xù)性，由此會(huì)造成吊架總成區(qū)域內(nèi)η突然增大，表現(xiàn)為支撐吊架位置所對(duì)應(yīng)的已攤鋪路面易形成明顯的粗骨料聚集離析。尤其是在瀝青路面的下面層施工過(guò)程中，由于骨料級(jí)配的設(shè)計(jì)公稱最大粒徑通常不小于19 mm，粗、細(xì)骨料粒徑差別更加分明，在支撐吊架位置出現(xiàn)離析帶的現(xiàn)象會(huì)更為常見和嚴(yán)重。目前有研究認(rèn)為通過(guò)優(yōu)化支撐吊架的結(jié)構(gòu)和增加過(guò)渡葉片以增強(qiáng)對(duì)瀝青混合料的二次攪拌作用，可以減小支撐吊架處的混合料級(jí)配離析程度[16]。

當(dāng)瀝青混合料通過(guò)支撐吊架區(qū)域后，將恢復(fù)螺旋葉片的推送作用，即vc/vx>1，此時(shí)粗骨料的布料密度會(huì)明顯降低，細(xì)骨料的布料密度升高，因此粗骨料聚集離析程度會(huì)有所減弱。

3 螺旋處瀝青混合料級(jí)配離析試驗(yàn)

結(jié)合攤鋪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行了路面取樣試驗(yàn)，以驗(yàn)證螺旋布料器對(duì)混合料級(jí)配離析的影響情況。瀝青路面施工工況：攤鋪寬度10 m，松鋪厚度60 mm，攤鋪速度3.2 m/min，螺旋轉(zhuǎn)速平均約為22 r/min，攤鋪料溫120～130 ℃，瀝青混合料類型為AC-20。

在已攤鋪路面上進(jìn)行取樣，取樣點(diǎn)分布如圖5，在同一攤鋪橫斷面上共取7個(gè)試驗(yàn)樣品，其中1點(diǎn)和7點(diǎn)為螺旋布料終點(diǎn)，2點(diǎn)和6點(diǎn)對(duì)應(yīng)螺旋支撐吊架位置，4點(diǎn)為攤鋪中心；在攤鋪機(jī)連續(xù)穩(wěn)定作業(yè)過(guò)程中，沿?cái)備伔较蛎块g隔10 m取一組樣品，共取3組。

圖5 瀝青混合料路面取樣位置(單位：m)

單個(gè)試驗(yàn)樣品的取樣量為1.5 kg，首先采用離心分離法進(jìn)行瀝青抽提，如圖6(a)，收集剝離瀝青后的骨料進(jìn)行烘干；然后使用篩孔尺寸0.075～26.5 mm共12檔標(biāo)準(zhǔn)石料方孔篩進(jìn)行0.5 h震動(dòng)篩分，如圖6(b)，篩分結(jié)束后稱量每一檔篩面的殘留骨料重量并計(jì)算篩分通過(guò)率。

圖6 瀝青混合料抽提篩分試驗(yàn)

依次分析每個(gè)樣品的骨料級(jí)配組成情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖7。

圖7 瀝青混合料級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果

分析19、9.5、4.75、2.36、0.075 mm共5檔關(guān)鍵篩孔的篩分通過(guò)率可得：

1)4點(diǎn)所取樣品在各檔篩孔的篩分通過(guò)率均大于其它取樣位置，3點(diǎn)、5點(diǎn)的各檔篩分通過(guò)率比4點(diǎn)略低，但整體高于1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)，且3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)均低于生產(chǎn)級(jí)配所規(guī)定的各檔通過(guò)率，生產(chǎn)級(jí)配為瀝青混合料的原始骨料級(jí)配，表明3點(diǎn)、4點(diǎn)、5點(diǎn)所取樣品的骨料粒徑整體偏小，所對(duì)應(yīng)攤鋪路面出現(xiàn)了細(xì)骨料聚集離析。4點(diǎn)為螺旋布料起始位置，所取樣品的各檔篩分通過(guò)率比生產(chǎn)級(jí)配高1%～3.5%，沿螺旋布料器向左右兩側(cè)的輸料方向，3點(diǎn)和5點(diǎn)與生產(chǎn)級(jí)配的偏差有所減小，約0.3%～1.6%。這與2.1節(jié)研究結(jié)論相一致，即在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析，并且沿布料方向級(jí)配離析程度逐漸減弱，由此可知3點(diǎn)和5點(diǎn)應(yīng)位于圖4中BC布料段內(nèi)。

2)2點(diǎn)和6點(diǎn)所取樣品在各檔篩孔的篩分通過(guò)率低于1點(diǎn)和7點(diǎn)，且1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)均低于生產(chǎn)級(jí)配所規(guī)定的各檔通過(guò)率，表明1點(diǎn)、2點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)所取樣品的骨料粒徑整體偏大，所對(duì)應(yīng)攤鋪路面出現(xiàn)了粗骨料聚集離析。2點(diǎn)和6點(diǎn)的離析程度最大，為螺旋支撐吊架位置，由于吊架結(jié)構(gòu)的阻擋作用使瀝青混合料受力狀況變差，進(jìn)而出現(xiàn)了明顯的粗骨料聚集離析，這與2.2節(jié)研究結(jié)論相一致。1點(diǎn)和7點(diǎn)分別為左右側(cè)螺旋布料終點(diǎn)，所取樣品的各檔篩分通過(guò)率比生產(chǎn)級(jí)配偏低0.5%～2.2%，符合2.1、2.2節(jié)CD布料段瀝青混合料級(jí)配離析特征。

3)攤鋪機(jī)左右兩側(cè)螺旋布料器在同一施工工況下的布料質(zhì)量基本一致。對(duì)比兩側(cè)對(duì)稱取樣點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果：3點(diǎn)和5點(diǎn)所取樣品的各檔篩分通過(guò)率平均相差0.4%，2點(diǎn)和6點(diǎn)相差0.3%，1點(diǎn)和7點(diǎn)相差0.9%。另外，考慮到路面取樣及抽提篩分過(guò)程所產(chǎn)生的誤差，3組樣品的試驗(yàn)結(jié)果雖略有差別但仍呈現(xiàn)出了較好的趨勢(shì)一致性，證明試驗(yàn)有效。

4 結(jié) 論

1)分析了螺旋布料器作用下的瀝青混合料運(yùn)動(dòng)及受力情況，在同一螺旋橫截面上，瀝青混合料的軸向布料速度從螺旋葉片中心沿徑向逐漸增大，且靠近螺旋葉片內(nèi)環(huán)的瀝青混合料骨料平均粒徑偏小，外環(huán)骨料平均粒徑偏大。

2)基于動(dòng)力學(xué)研究結(jié)論，研究了瀝青混合料在螺旋處的級(jí)配離析原因，定義了布料密度及離析評(píng)價(jià)指標(biāo)，得出在螺旋布料起始段易出現(xiàn)細(xì)骨料聚集離析，且離析程度沿布料方向逐漸減弱，當(dāng)通過(guò)臨界點(diǎn)后繼續(xù)布料，則會(huì)出現(xiàn)粗骨料聚集離析；安裝螺旋支撐吊架會(huì)破壞布料連續(xù)性，造成局部粗骨料增多，攤鋪路面易形成明顯的縱向離析帶。

3)進(jìn)行了螺旋處瀝青混合料級(jí)配離析試驗(yàn)，結(jié)果表明攤鋪中心所取樣品的各檔篩分通過(guò)率比生產(chǎn)級(jí)配高1%～3.5%，表現(xiàn)為細(xì)骨料聚集離析；螺旋布料終點(diǎn)所取樣品的各檔篩分通過(guò)率比生產(chǎn)級(jí)配低0.5%～2.2%，為粗骨料聚集離析；支撐吊架位置所取樣品的離析程度最大，且表現(xiàn)為粗骨料聚集離析。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)論相一致。

4)螺旋轉(zhuǎn)速是影響料槽中瀝青混合料分布狀態(tài)的主要因素，轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)加大不同粒徑骨料的運(yùn)動(dòng)速度梯度，增大級(jí)配離析程度，但轉(zhuǎn)速過(guò)低會(huì)降低螺旋布料效率。因此，如何實(shí)現(xiàn)攤鋪速度、布料密度與螺旋布料器工況參數(shù)的合理匹配值得進(jìn)一步研究。