沥青混合料温度离析研究

张志辉 2019-09-14 版权声明 举报文章

摘 要:施工过程中,沥青混合料的温度离析是造成路面早期损坏的主要原因之一,本文阐述了温度离析机理,分析了沥青混合料生产、运输及摊铺过程中温度离析的产生的原因,并介绍了温度离析检测方法及控制措施。

关键词:沥青混合料;施工过程;温度离析

中图分类号:G712 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)35-015-01

沥青混合料的离析是普遍存在并且较难解决的问题。产生离析的沥青混凝土路面其使用寿命会降低10%~50%。路面离析已成为决定路面质量的主要因素之一,应引起道路工作者充分的重视。NCHRP-441研究报告中提出了温度离析评价标准[2],如下表所示

一、施工过程中的温度离析

1.生产及贮存过程中的温度离析

热拌沥青混合料成品在贮料仓中温度下降不得超过10℃,温度控制不当时,拌合后的混合料会出现不均匀、大块结块现象。混合料生产过程中,集料的温度要比沥青高10℃~30℃,集料加热温度的不均匀也会造成离析。当天拌和完的混合料要当天用完,从拌合到摊铺结束时间要控制在6h以内。

2.运输过程中的温度离析

温度离析主要发生在运料车运输和卸料的过程中。通常沥青混合料的拌合温度为150℃~165℃,装入运料车后,沥青混合料会通过车厢壁与空气进行热交换,靠近车厢壁及顶层的混合料温度下降较快,而热量从中心向四周传导的速度较慢,车厢中部与车厢壁及顶层的温度会出现较大差异,从而产生离析。影响运料车内混合料热量损失的总量及混合料温度差的主要因素有:(1)混合料装入运料车时的温度;(2)气温;(3)车厢是否隔温;(4)车厢尺寸与所运混合料吨数的关系;(5)运距;(6)运料车速度;(7)在摊铺机前等待的时间;(8)混合料是否覆盖;(9)交通延误。除此之外,卸料过程中,由于车厢中部的材料温度高、粘性低,因而在倾倒过程中首先被卸到摊铺的料斗中,靠近车厢内壁的物料往往会落在料斗的两侧和颈部。中部的高温材料最先摊铺到路面基层,靠近车厢内壁的低温材料不仅是最后摊铺的,并且摊铺作业时长要求两者的摊铺具有时差。这样的显著的温差会导致温度离析。

与传统沥青混凝土相比,新的聚合物改性沥青混合料、高性能沥青混凝土(Superpave)、沥青混凝土SMA、多碎石沥青混凝土SAC以及其他抗辙槽的混合料需要较高的摊铺温度,需要在较高温度下生产及较高温度下装入运料车,如果不注意控制上述种种因素,沥青面层可能产生较多的温度离析。

我国高速公路施工单位往往忽视上述因素,没有专用的运料车及车厢隔温设施。另外,不少工程管理人员认为运距近不需要覆盖,夏季气温高不需要覆盖,忽略了空气温度与混合料温度之差常在120℃以上的实际情况,造成了温度离析。

3.摊铺过程中的温度离析

摊铺机停机待料时,最后摊铺的这些混合料温度必然会降低,要等下一车新的混合料摊铺完,且摊铺机往前行驶一定距离后才能开始碾压,这样便形成了温度过低、面积较大的冷料块,最终导致摊铺层不同位置的温度差别显著增大。

我国一些高速公路工地,每天摊铺层的末端不但混合料温度低,而且高程或厚度不够,拖带出的锋面也很不整齐,往往要整齐锋面和找补厚度,在这个过程中,混合料的温度必然显著下降。少数高速公路工地,夜间23:00~24:00仍在摊铺沥青面层,显然温度离析和集料离析将更为严重,沥青混凝土的不均匀性也更为严重,这为沥青路面的早期破坏埋下了隐患。

二、检测方法

目前国内外普遍采用红外摄像仪观察和控制沥青路面温度离析[2]。红外摄像仪通过拍摄摊铺后尚未碾压道路表面的红外辐射波,绘制出整个路面的热量分布图,评价摊铺面的温度离析状况,为及早处理、预防施工中出现温度差别提供检测依据。相关研究表明,摊铺过程中,粗集料集中、空隙率较大的沥青面层区域,温度下降较快;相反,细集料集中、沥青含量较大的区域,路面保温时间更长。红外摄像仪主要用于沥青面层的施工过程控制,对施工完成后路面的离析评价精确度不够。

三、控制措施

温度的控制是沥青面层各项技术指标符合配合比设计要求的关键。对于沥青混合料而言,温度控制是前提,从目标配合比设计阶段开始。沥青混合料所有的技术指标都是建立在温度控制的基础上。拌合时,要控制拌合温度及均匀性;由于大吨位的运输车辆易于保温,因此,沥青混合料的运输应尽量采用大吨位的车辆,特别是在气温低、运距长的情况下不能使用小吨位车辆;运输过程中覆盖沥青混合料时,采用双层篷布中间加海绵,固定在车上,卸料时不要揭开。 使用沥青混合料转运车进行混合料的二次搅拌,使有可能在拌合、贮存、运输过程中产生的温度离析、集料离析消除,重新使混合料级配均匀、温度一致,将搅拌后的混合料连续地输给摊铺机,而且能提高沥青路面的平整度和提高摊铺机的工作效率。摊铺前温度和摊铺后铺面温度、碾压时初压、复压、终压不同阶段的温度控制都是必不可少的。

四、沥青混合料温度离析后的技术处理

沥青混合料的温度离析往往是由于沥青混合料在运输和摊铺过程中操作不当造成的。摊铺后的沥青面层产生温度差异后,如果不采取相应的处理措施,将使碾压后的沥青面层压实度分布不均匀,沥青面层的平整度可能也不能满足要求。温度较低区域压实度往往低于设计要求,导致路面上出现有质量缺陷的面积。

对于较大面积的路面较低区域(例如离析区域宽度大于碾压轮宽度的1/4),且低温区域最低温度低于110℃~120℃时,应对已摊铺的沥青混合料进行换料处理。

对于较小面积的路面较低区域(例如离析区域宽度小于碾压轮宽度的1/4),且低温区域最低温度高于110℃~120℃时,可采用增加碾压遍数的方式。

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