浅析SMA沥青混合料的温度离析与控制

时间:2022-09-10 09:05:01

浅析SMA沥青混合料的温度离析与控制

[摘要] SMA沥青混合料在摊铺之前和路面成型过程中,由于各种原因导致混合料局部温度不均匀,造成温度离析,危害路面的使用性和耐久性。本文结合工程实践,分析造成温度离析的各种成因,并生产、运输和施工方面提出相应防治控制措施。

自从美国提出温度离析这一概念后,经十多年的发展,国内外已经积累了一些研究成果,然而针对其开展系统的分析研究却还很少。在室内实验中,通过不同温度下成型沥青混合料性能的比较[1],我们知道马歇尔试件空隙率的变化与温度的变化几乎成正比,在碾压过程中,沥青路面温度低的局部路面经正常碾压成型后结构松散,空隙率高,而通常原位空隙率大于7%,容易使路面渗水,而由于水分的侵入,导致颗粒脱落沥青路面出现早期破坏,影响路面强度以及缩短沥青路面的使用寿命,严重离析的路面其使用寿命可能会减少50以上[2]。

目前国外主要使用沥青混合料转运车和重搅拌螺旋机构来减轻温度离析[3]。然而由于场地的限制以及大幅增加的费用,对比通过控制生产以及利用沥青混合料温度离析特性,及时调整施工工艺,对于市政道路的施工更具有实际意义。温度离析的形成贯穿于生产、运输及施工过程之中,受材料、天气、施工机械等因素的影响,要防治就必须从这些方面具体原因具体对待。下面就福州三环二期工程TW.4合同段SMA沥青路面施工项目中出现的情况,进行专门的分析。

该项目道路等级为城市快速路,路面宽50-79米,双向六车道,矿料级配采用SMA-13。施工范围包括主线、停车带和匝道,施工时间定在2011年12月份。所使用的拌和机型号为PARKER4000型,工地使用两台ABG7620摊铺机双机联铺,压路机配置有四台。试验段施工后,抽芯后测试数据见表一。

表一 ZK11+200~ZK11+600试验段SMA-13抽芯试验结果

由表可见虽然平均压实度达标,但局部不足,以理论最大密度为标准计算的压实度合格率67%,有33%芯样压实度不符合规范(≥94%)的要求。通过分析,认为由于温度离析部分区域初压温度偏低造成空隙率偏高,主要原因是对混合料运输的交通因素考虑不足,设于闽侯县的拌和机与工地之间运距接近41公里,正常一个钟的运输用去了两个钟,加上天气温度偏低,仅有15℃左右,部分沥青混合料到场后温度离析严重,施工时低气温又加速了摊铺沥青路面散热,有部分路面初始碾压温度低于150℃。而在后续施工中,就生产和施工方面项目人员对于SMA沥青混合料温度离析的分析以及对于温度离析控制,形成了以下观点:

一、生产和运输方面

1、出厂温度的控制

在生产过程中,对混合料的温度控制是一个难点,温度高或低都会影响混合料的质量。沥青混合料的施工温度与沥青标号及粘度、气候条件、铺层厚度息息相关[4]。由于本工程SMA混合料所使用的沥青是厦门华特SBS改性沥青,并且混合料添加了木质纤维,施工温度应适当提高,但也不能单凭粘度-温度曲线确定施工温度。试验段施工后提出了沥青混合料的出厂温度从以往的180℃左右提高到185℃-190℃,高温沥青混合料内的沥青易发生析漏,为避免滴漏,路面适宜随拌随铺。

2、原材料的控制

SMA沥青混合料的成分中集料用量最多,在生产中我们发现,集料的含水量变化对出料温度影响很大,因此,稳定的料源以及雨天对露天料棚的遮盖很重要。同时由于矿粉的用量比较大,达到了10%,矿粉质量稍不稳定就会影响沥青混合料的质量,如果矿粉含水率大,卸料计量缓慢,不仅影响产量,还会极大降低混合料的温度,因此在矿粉进场时应严格把关。

3、拌和站工艺控制

拌和机每天开始几盘集料应提高加热温度,并干拌几盘集料废弃,再正式加入沥青拌和混合料。

拌和站应尽量提高产能,一方面如果产量低,装车时间将变长,先装部分混合料温度会显著降低,料车前后温差变大,会造成早期的温度离析。另一方面如果每一盘搅拌的少,称量误差反会变大。此外,拌和站的生产能力应该与摊铺机的摊铺能力配套,否则就会造成摊铺机断断续续作业,混合 料产生离析也就无可避免。在SMA沥青混合料的生产中经常出现矿粉等料,这是我们对设备整改的方向。

4、运输方面

运料车装料后帆布覆盖要及时,避免顶层的混合料温度降低过快而大大低于其中部的温度,出现温度离析。在SMA改性沥青路面施工中,由于拌和温度高,热量损失快,产生离析的现象就将越明显。鉴于运距较大,试验段中即使用了双层帆布也达不到所要的效果,现场又在两层帆布之间加了一层棉胎,从而大大减少了温度离析情况。

理论上要尽可能用吨位大的料车,吨位越大保温性能越好,但在生产中出现了这种情况,由于SMA沥青混合料生产需要的拌和时间比较长,产量低,平时用35吨的运输车装料用27分钟,后来使用了60吨的运输车装料花了47分钟,由于装车时间长,测量料车前后最大温差接近15℃。因此建议卸料量少及天气冷时使用成品储料罐,不然就不能盲目最求大吨位。

二、施工方面

1、摊铺控制

我们在施工中常碰到的离析形式有多种多样,摊铺机械造成的情况比较多,必须引起充分重视。

在卸料过程中,车厢中部的混合料因温度高粘性低,首先被卸到摊铺机料斗中,而靠近车厢壁温度低的混合料总是最后落在料斗的两侧,当料车卸完料,摊铺机收拢受料斗时,两侧冷料开始向内落下,通过输送带和螺旋摊到摊铺层上,路面就会出现小面积离析,每一车料都可能产生这种温度差。因此若发现混合料温度下降太多已结成发硬的团块,则不宜进入摊铺,少量废料宁可用铲车接走废弃,收拢料斗时,散落地下的冷料要铲除。同时加强与拌和站的沟通,温度低的运料车尽快摊铺以减少废料产生。同时摊铺机利用自身加热装置择时机加热熨平板,为后面工序争取更多碾压时间。

刚开始摊铺时会出现局部的离析,这是因为料车表面温度低,熨平板加热不够充分,粘连沥青导致的。摊铺机必须有足够的预热时间,第一车摊铺可用新来的一车混合料,控制好机械摊铺速度,减少待料横向接缝离析的产生。

调整好料位器,摊铺机保持输送带上始终有料,混合料满埋螺旋作业,也是一种避免离析的新理念。由于螺旋埋于混合料底部而增加二次搅拌效果,能改善前期工序产生的温度与物理离析。加大料槽前后尺寸、增加料槽中混合料的搅拌体积和空间,也是提高二次搅拌作用,改善离析的措施。

在摊铺机熨平板两端是最容易产生离析的部位。两台摊铺机梯队作业碾压不及时,会使先后摊铺的混合料在接缝两侧形成温度差异,容易生产接缝碾压不实现象。双机联铺的关键是两部摊铺机相隔距离不能太远。摊铺机外侧压板不够热会粘带起沥青颗粒在摊铺机两侧形成离析,摊铺机ABG7620外侧压板带有加热装置,极大避免了离析在这些部位的产生。

摊铺厚度也对温度离析有影响,遇到下面层不平整,导致部分摊铺层比较薄,温度散失较快,这就要设计好合理的粒径和层厚,摊铺前要刨去过高的部分下层路面。

2、碾压控制

由于SMA结构的嵌挤作用,混合料不易产生推移,可以在较高温度下直接进入复压工序,以尽快使表面压实,减少热量散失。压路机碾压遵循“紧跟慢压、高频低幅”的原则,并保持较短的初压区长度。

据研究[5],当较低温度区域面积较大、温度较低时,温度离析对沥青面层压实质量的影响必须予以足够重视;当温度离析区域面积较小,较低温度区域摊铺面温度较高时,即使相邻摊铺面温度差异较大,沥青面层的压实质量仍符合规范的要求。在本工程作业环境下的控制中,当初压温度高于150℃时,可按照正常工序碾压。对于局部较小区域(宽度小于碾压轮宽的1/4)的温度离析,由于其与其他温度较高区域处于同一个碾压带上,按照常规碾压,压实度仍符合技术要求。在摊铺面温度出现较大差异路段,对于不低于140℃的较低温度区域,可通过增加压实次数的措施来增加面层压实度。平整度和压实度是相互矛盾的,如果碾压跟不上去,有时宁可牺牲平整度让摊铺机停机等待碾压。如果在较低温度区域反复碾压,不仅压实度提高不明显,并且会使石料棱角磨损、压碎,降低路面摩擦力等使用性能。所以一旦大面积温度小于140℃,将会很难压实,必须在摊铺之前控制这些混合料不进入施工程序。

三、结论

1、通过本文分析,可以得知SMA沥青混合料在生产储存运输过程中哪些因素是影响其温度的因素,从而针对这些因素采取相应的温控措施。

2、沥青混合料运料车并不是吨位越大越好,而是必须与拌和机的生产能力相匹配,如果配备有保温性能好的成品储料仓,可以适当增大运料车的吨位。

3、虽然沥青摊铺施工中离析现象无法完全消除,但只要我们重视施工过程控制,通过合理正确的措施,改善摊铺工艺,就能减少离析的形成。

4、可以根据实际情况,利用无核密度仪检测SMA面层密度,核定离析情况,衡量压实效果,进而调整碾压工艺,降低混合料温度离析的影响。

当然在本工程生产施工过程中还有一些尚待完善的地方,如怎样才能更好的观察分析温度离析情况,尚需在生产和施工实践中进一步总结。

参考文献:

[1] 沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能[M ]. 北京: 人民交通出版社, 2001.

[2] 沙庆林.高速公路沥青路面早期损坏与对策[J].长沙理工大学学报(自然科学版),2006,3(3):2-6.).

[3] 姚怀新.高等级公路摊铺工艺与摊铺机技术发展方向讨论[J].筑路机械与施工机械化,2005,22(9):15- 17.

[4] JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范.

[5](彭余华1,沙爱民1沥青混合料温度离析特性长安大学学报(自然科学版)2008.11 第28卷第6期).

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