（管理科学与工程专业论文）沥青混凝土路面铺层均匀性评价.pdf

v 、 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：将咨主i 同期：2 0 tt 年石月，；日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中困科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位沦文全文数据库，并进行信 息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其 学位敝作者繇缃孚玉，指剥币繇钾卜乙 同期：砌f 年6 月侈同同期：少f 1 年 6 月、，岁同 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位沦文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：净芋豸 同期：2 阴f 年乡月f 弓日 、， 易 日眵磊朋 名 年 签 师 教 ： 导 期 指 同 摘要 改革丌发以来，随着我国高速公路的匕速发展，沥青路面在我国得到了广泛 的应用，沥青路面的早期破坏非常严重，给我围带来极大的损失。而引起路面早 起破坏的因素中，最严重的问题是沥青混合料的不均匀性，而沥青混合料的离析 问题是造成路面不均匀性的主要原因。 本论文通过分析现行工艺下沥青混合料在施工过程中产生不均匀性的原因和 解决措施，指出现行施工工艺与设备的条件下，沥青混合料必然要产生温度离析 与骨料离析，并针对性地提出了解决措施：采用转运一摊铺施工工艺。该工艺是把 沥青混合料转运车( 以下简称转运车) 加入到现有沥青路面施工机群中。 本论文通过对现行施工工艺和转运一摊铺施工工艺的对比分析，指出转运一 摊铺施工工艺有效地改善了沥青混合料在摊铺前发生地温度离析和骨料离析。通 过路面构造深度、渗水系数、压实度、平整度的对比分析，可以得出：采用转运 一摊铺施工工艺摊铺出来的路面效果比采用现行施工工艺的路面效果各项指标波 动性小的多。这说明该工艺下路面铺层更均匀、路面整体性能提高。证明转运一 摊铺工艺是解决沥青混合料离析最有效的手段，提出了沥青混合料转运车是预防 沥青路面早期破坏的有效方法。 关键词：沥青路面；早期破坏；离析：转运一摊铺；检测；均匀性 a b s t r a c t s i n c et h eb e g i n n i n go fr e f o r ma n do p e n i n g ，嘶t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to fo u r c o u n t r y sf r e e w a y , t h eh o t - m i x - a s p h a l t ( h m a ) p a v e m e n th a sb e e nw i d e l yu s e di no u r c o u n t r y t h es e r i o u se a r l yd e s t r u c t i o n so fh m ap a v e m e n th a sb r o u g h tag r e a tl o s st o o u rc o u n t r y i nt h e s ef a c t o r s ，t h ec a u s ef o rt h ee a r l yd e s t r u c t i o ni st h a tt h eh m ai sn o t h o m o g e n e o u s ，a n dt h ep r i m a r yr e a s o ni st h es e g r e g a t i o no fh m a b a s e do na n a l y z i n gt h er e a s o nf o r s e g r e g a t i o no ft h em i x t u r ep r o d u c e di n t h e t r a n s p o r t a t i o na n dr e s o l v i n gm e a s u r e su n d e rt h ea c t u a lc o n s t r u c t i o nt e c h n i c s ，t h i sp a p e r p o i n t so u tu n d e rt h ea e r i a lc o n s t r u c t i o nt e c h n i c sa n de q u i p m e n tc o n d i t i o n s ，t h eh m a m u s ta p p e a rg r a d a t i o ns e g r e g a t i o na n dt e m p e r a t u r es e g r e g a t i o n , a n dp r o v i d et h en e w r e s o l u t i o n s ：t r a n s p o r t - p a v i n g t h e n e wc o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s a d dh m a m a t e r i a l - t r a n s f e r - v e h i c l e ( m t v ) t oa c t u a lh m ap a v e m e n tc o n s t r u c t i o n t h r o u g hc o m p a r i n gt h eo l dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sw i t ht h en e wc o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s ，t h ep a p e ri n d i c a t et h a tt r a n s p o r t - p a v i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sc a nr e d u c e t h eg r a d a t i o ns e g r e g a t i o na n dt e m p e r a t u r es e g r e g a t i o no fh m a e f f e c t i v e l y ，t h r o u g h c o m p a r i n gt h eo l dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s 、航n lt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so nt h e s t r u c t u r e d e p t h , p e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t , c o m p a c t n e s s ，s m o o t h n e s s o fh m a p a v e m e n t ，w ec a ng e t , t h ef o u rg u i d e l i n e sf l u c t u a t a t i o ng e tf r o mt h ec o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e sm a d ei sm o r el o wt h a ng e tf r o mt h eo l dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sm a d e ，t h i s s h o wh m a p a v e m e n t i sm o r eh o m o g e n e o u sw h e nu s i n gt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s a sar e s u l t ，w ec o n c l u d et h a t ：a san e w c r a f t , t r a n s p o r t - p a v i n gi st h eb e s tw a y t os o l v e t h es e g r e g a t i o no ft h eh m a k e yw o r d s ：h o t - m i x - 舡p h a l t p a v e m e n t ；e a r l yd e s t r u c t i o n ；s e g r e g a t i o n ； t r a n s p o r t - p a v i n g ；d e t e c t i o n ：h o m o g e n e i t y ， i 、鼍 ， ： ， ：，i 、， i v ， j 目录 第一章绪言1 1 1 本课题的研究背景1 1 2 早期破坏的形式1 1 3 沥青混合料铺层均匀性问题( 骨料离析和温度离析) 的提出5 1 4 国内外研究现状6 1 5 项目研究的必要性和目的一8 第二章沥青路面离析1 0 2 1 离析的分类1 0 2 2 现行的沥青路面施工工艺1 l 2 3 骨料离析与温度离析1 2 2 3 1 在现行工艺下各施工阶段骨料离析发生的原因1 2 2 3 2 在现行工艺下各施工阶段温度离析发生的情况1 5 2 4 沥青混合料离析的危害1 9 2 4 1 沥青混合料骨料离析的危害1 9 2 4 2 沥青混合料温度离析的危害2 0 2 5 在现行：e 艺下沥青路面施工中离析现象的防治措施2 1 2 6 消除离析的新设备2 4 第三章解决沥青路面离析的手段和方法2 5 3 1 转运一摊铺施工工艺介绍2 5 3 2 使用转运车带来的优点2 6 3 3 基于转运一摊铺工艺的沥青路面施工工艺对机群机械设备的要求2 8 3 3 1 对运料车的要求2 8 3 3 2 对转运车的要求2 9 3 3 3 对摊铺机的要求3 0 3 3 4 对压路机的要求3 0 3 4 转运摊铺施工工艺中注意的问题t 3 1 第四章施工中检测离析的方法和评价指标3 3 4 1 骨料离析的检测方法与评价指标3 3 4 1 1 视觉观察法3 3 4 1 2 构造深度法和离析评价指标3 4 4 1 3 钻芯取样法和离析评价指标3 5 4 2 温度离析的榆测方法与评价指标3 6 4 2 1 点温计法3 6 4 2 2 红外热像仪法3 7 4 2 3 温度离析的评价指标3 8 4 3 通过集料摊铺的效果进行离析评价3 9 4 3 1 通过渗水系数评价离析的指标3 9 4 3 2 通过平整度评价离析的指标4 0 4 3 4 压实度检测方法和评价指标：4 0 第五章沥青路面施工效果试验分析4 1 5 1 试验内容4 2 5 2 温度离析的试验分析4 2 5 2 1 摊铺机正常摊铺时路而温度分布4 2 5 2 2 两台摊铺机并机作业时的温度离析试验分析4 5 5 3 混合料骨料离析状况的试验分析4 7 5 3 1 沥青混合料出场级配4 7 5 3 2 转运车受料斗和储料仓处沥青混合料级配试验分析4 9 5 3 3 两种施工工艺施工时混合料铺层级配试验分析5 2 5 4 两种工艺摊铺集料效果对比5 6 第六章主要结论6 0 致谢6 1 参考文献6 2 在学期间发表的论著6 4 第一章绪言 第一章绪言 1 1 本课题的研究背景 改革开放3 0 多年来，特别是近1 0 年来由于我国经济的迅猛发展，快速发展的 经济对交通运输行业有了更高的要求，在这种情况下高速公路得到了非常迅速的 发展，随着公路等级的不断提高，路面结构得到了不断的改进，公路交通的发展 取得了很大的进步，在近几年，随着我国高速公路迅猛发展下，我国已经成为全 世界高速公路里程数增长最快的国家。据资料显示，在2 0 0 5 年，我国高速公路的 里程数目仅少于美国，位居世界第二：在2 0 1 0 年，“五纵七横国道主干线已经 基本建成，至u 2 0 2 0 年时，我国计划公路总里程数将要达到1 4 5 万公里，而其中高 等级、次高级路面约为5 0 。在交通行业迅猛发展的今天，全国有一半以上的省份 高速公路里程超过了1 0 0 0 公里。 由于高速公路有通行能力强、车行速度快、运输费用低、行车安全性好、舒 适性好等诸多优点，高速公路的迅猛发展为我国经济的快速发展提供了强有利的 保障。但我国高速公路还是处于发展阶段，高速公路建设既是我国的一项重大任 务，也是对公路建设者的一个挑战。鉴于高速公路的迅猛发展，必须保证高速公 路质量，减少或避免因早期破坏而导致投资的浪费就显得十分的重要了。 据统计，在我国已修筑的高速公路路面绝大部分是沥青混凝土路面，这是因 为沥青混凝土路面具有无须接缝处理、行车舒适性好、耐磨性强、坚实耐久、路 面平整、行车时噪声低、行车时扬尘少、行车振动小、施工期短、维修工作简单， 且废旧沥青路面可以再次回收利用等优点。 但实践证明：在沥青路面施工时，由于各种原因导致很多新建沥青路面出现 了早期破坏的现象，早期破坏在很大程度上影响了沥青混凝土路面的使用效益和 寿命，使得国家花费很多资金建设的高速公路的效益不能得到充分的发挥，因此 预防沥青路面的早期破坏的出现成为沥青路面设计者、施工员、管理者首要关心 的问题。 、+ 1 2 早期破坏的形式 根据沥青路面的实际调查，发现路面早期破坏的形式有裂缝、水损坏、松散、 坑槽与车辙等。各种早期破坏发生的原因如下： 裂缝：沥青路面建好后，不论是柔性基层或者是半刚性基层，都会出现各 2第一章绪言 种各样形式的裂缝，这也是路面早期破坏最常出现的病害之一，它的危害是从裂 缝中进入的水使基层甚至路基软化，进入裂缝的水分导致路面承载能力下降，加速 了路面破坏。路面裂缝可分为纵裂缝、横裂缝、网裂。 一 j ， 一 f 一。一m 皇州。一，一一。，? _ jt 二j j 锈 融 赫- 啊卿_ ；_ 州 一妒”太，1 - 晦喇吣a 毛：0 0 够! 妒嚏隧2 嚣怒。k 舞7 曲，一： 。二 圈1 1 裂缝 _- f i g u r elo lc r a c k ， 1 ) 纵裂缝一般发生在拓宽的新旧路面交接处或者是路基的半填半挖处，在这 种两种情况中路基、路面的沉降是不一致的，这种不一致的沉降将导致纵裂缝的 产生；另一种情况是由于路基的压实度控制不严，不同的压实度在行车荷载的作 用下沉降是不均匀的，这就造成了路面的不均匀沉降；还有一种情况是在沥青面 层分幅摊铺时，在两幅接茬的地方没有处理好，也就造成了铺层的薄弱环节，在 行车载荷与自由水的反复作用下，。在这铺层的薄弱环节易形成纵裂缝。、， 2 ) 横向裂缝一般可以分成非荷载型裂缝和荷载型裂缝两大类，非荷载型裂缝 是由于沥青路面湿度、温度的变化而产生的温度疲劳裂缝、低温收缩裂缝。荷载 型裂缝是由于在车辆荷载的长期碾压作用下而造成路面结构性破坏的裂缝。半刚 性基层的收缩裂缝及其面层的反射裂缝，大多是横向裂缝。 + i 3 ) 网裂也叫做龟裂，出现网裂的原因有基层软化、路面铺层整体强度不足、 稳定性不好等。一般情况下是先出现单条纵缝，慢慢的接着出现多条纵缝，接着 在纵缝中间出现横缝，这样就逐步形成了网裂。还有一种情况是当沥青路面的沥 青在时间的推移下老化变脆时，也会发展成为网裂。这种病害在我国早期的沥青 路面中是经常出现的。 水损坏【2 1 ：水损坏是水进入路面铺层结构后使路面产生早期破坏的现象， 它是目前沥青混凝土路面早期病害中出现最多、危害性最严重的一种病害。 发生水损坏与沥青混合料铺层不均匀、压实度不足、+ 空隙率过大、沥青与骨 一 。 + 丫 r k ， o 。 机 嚆 ，_、 h 。一 j 毒 ，一 ， k 第一章绪言 3 料问的粘结性能不好、运输交通量大、重载车比重大以及公路沿线降水量过多等 因素有关。当水分进入到沥青混凝土路面的孔隙中，在大量的交通荷载动水压力 作用下，水分逐渐地进入到沥青和集料的界面上，同时在动水压力的长期作用下， 沥青膜渐渐地从集料表面上剥落出来，并因集料之间的粘结力丧失而产生剥落现 象，以致沥青路面出现早期破坏的现象。在我国阴雨天气多的南方地区水损坏的 程度与速度远比北方干旱地区严重的多。 松散：松散在我国早期的高速公路上也是出现的比较多的病害之一，现在 是主要出现在水损坏现象严重的路面上。松散是沥青混凝土表面层的骨料颗粒逐 步脱落，并从表面层向下渐进发展而出现的破坏。骨料颗粒脱落原因主要是由于采 用的沥青用量偏少，导致沥青粘结力差，或者是所用的矿料湿度过大，或者是施 工时所用的嵌缝料不合要求而未能被沥青粘牢。此外，沥青混凝土路面铺层要有 高的密实度才能保证沥青混合料的粘结力，当沥青混合料密实度不够时，骨料很 容易从沥青混合料中剥落而造成局部松散这种病害 2 。 图1 2 松散 f i g u r e l 2r e l a x 坑槽乜1 ：坑槽也是沥青混凝土路面常见的病害之一，其产生的原因有： 施工时沥青混合料搅拌的温度太高，导致沥青氧化、老化现象严重，使得沥青粘 结能力降低，其脆性增强，在行车荷载的反复作用下容易形成坑槽这种病害； 沥青路面的下面层标高控制不准确，导致上面层结构层厚度不足，在这部分区域 在行车载荷作用下，这部分沥青混合料容易被“带走”，从而形成坑槽。一般情 况下是沥青混凝土路面首先是出现轻微的裂缝、松散，逐渐出现严重的裂纹、松散， 直至出现坑槽。 4 第一章绪言 图1 3 坑槽 i f i g u r e l 3p i ts l o t 。 j ：。一 车辙：车辙是在行车载荷长期作用下，路面产生的永久性带状凹槽，车辙 不但对行车舒适有很大的影响，其还对交通安全有很大的危害。出现车辙的原因 有： 。 1 ) 由于现在重载车经常在公路上行驶，其荷载作用超过路面各层能承受的强 度，导致沥青路面层甚至包括路基在内的各结构层的永久变形，从而出现车辙。 2 ) 压实度不均匀也是造成车辙的原因。为了达到平整度的要求，有些高速公 路在沥青混凝土施工时没有很充分地压实路面铺层；或者是沥青混合料发生骨料 离析后导致粗集料区域空隙率偏大；或者是在温度降低不能达到碾压所要求的温 度，或者是温度的不均匀，温度较低的部位压实度往往不足；在压实度不足的情 况下，通车后第一个高温季节沥青混合料继续被碾压，这样空隙率不断减小，从 而形成明显的车辙哺 、 图1 4 车辙 f i g u r e l 4t r a c k 第一章绪言 5 1 3 沥青混合料铺层均匀性问题( 骨料离析和温度离析) 的提出 由于沥青路面早期破坏给公路建设带来了非常严竣的挑战，为了尽量减少早 期破坏给国家带来严重损失，我国的一些学者、专家进行了仔细的研究，希望能 找到解决的办法。沙庆林院士在分析沥青路面早期破坏现象时，沥青路面铺层的 不均匀性( 也称为离析) 是沥青路面出现早期破坏最重要的原因，离析分为骨料 离析与温度离析。在交通部西部交通科技项目高速公路早期病害预防措施的研 究课题组通过对全国一些部分省份的高速公路早期破坏的调查，得出的结论是 在同个地区，或者同一条公路来说，早期破坏都只是出现在某些局部的点或者 是某个段落，一般情况下只是极个别的高速公路出现了全路段的大规模损坏。在 同样的地理环境下，同样是在有雨水的作用下，同样有车辆荷载的作用，为什么 并没有在整个公路上出现破坏呢? 而只是路面某个地方出现了破坏。这干叶，现象只 能归结于路而铺层实际状况与设计所要达到的目标是不一致的，路面的局部出现 了“薄弱 环节，从而导致了早期破坏的发生。而导致局部出现了“薄弱 环节 的一个主要原因就是沥青混合料的离析。 沥青混合料离析造成的影响有： 当沥青混合料出现温度不均匀时，低温沥青混合料和高温沥青混合料被同 时摊铺出来，沥青混合料在摊铺机夯锤的同等压力作用下，这晒者的变形量是不 同，因而初压实度也是不同的，但两者的摊铺厚度是相同的，高温区的沥青混合 料压实度高，空隙率小；低温区的沥青混合料是较难压实的，这样导致其压实度 低，空隙率大，沥青路面铺层压实度不均匀的地方成为路面早期破坏点。 当沥青混合料出现骨料离析时，沥青混凝土级配与原设计是不符。粗集 料和细集料分别位于沥青路面铺层的某些位置，在粗集料比较集中的区域往往造 成空隙率过大、沥青含量偏少，渗水现象严重，在这种情况下容易发生水损坏现 象，而且粗集料集中的区域其沥青混合料的抗拉伸强度低，抗裂性能也差，在这 样的情况下将严重降低了路面的使用寿命n 5 1 。而细集料区集中的铺层其路面构造 深度小，下雨时容易出现交通事故岍1 。 沥青混合料骨料和温度的不均匀，就会影响到压实密度的不均匀。可是在 现行的沥青路面施：亡工艺中，不可避免的出现温度不均匀和骨料不均匀现象。这 样i h 于每辆运料车都会出现温度不均匀和骨料不均匀的情况，导致沥青混合料铺 层的压实密度都会存在不均匀性，这也就意味着对路面的早期破坏的出现也会有 规律。而经过调查表明，目前的沥青路面的早期破坏的发生大多数是有规律性n l 。 大部分沥青路面早期破坏都是起源于沥青混合料的不均匀，这已经成为决定 沥青路面质量的关键因素之一。因而在施工过程中沥青混合料只要产生离析现象， 6 第一章绪言 将会对路面路用性能造成危害，在这种情况下所有关于材料设计的努力都会变得 徒劳无功。一般情况下，离析造成的早期破坏使得沥青路面的使用寿命大大的缩 短了，离析现象严重时，沥青路而的使用寿命可能会减少5 0 聃1 。所以，通过提高 沥青路面铺层的均匀性，即消除沥青路面铺层的离析现象，对提高路面的路用性 能有很大的作用，也对减少甚至消除沥青路面的早期破坏是具有十分重要的意义 【7 】 1 4 国内外研究现状 沥青混合料离析将直接影响沥青路面的路用性能，并且是造成沥青路面早期 破坏最重要的诱因。沥青路面的早期破坏严重影响了公路的投资使用效果，所以 近些年来，沥青路面离析问题得到了国内外重视，并开展了相关的研究工作阳1 。 在1 9 9 6 年，美国的s t e v er e a d 先生通过在研究华盛顿州沥青路面的周期性离 析的原因和可能的解决方案时首先发现并提 n 了沥青混合料温度离析。他在论文 中提出“当一项路面工程受这种周期性离析现象影响时，其路面的寿命约减少到 预计( 1 2 、1 5 年) 的一半。没有任何方法能预测哪一个工程将会出现周期性离析的 现象。而且周期性离析现象在施工过程中暂时观察不出来，一般大约在工程结束 后一两年才表现出来。 在1 9 9 7 年，美国沥青路面协会( n a p a ) 对沥青路面出现离折的原凶进行了分析， 并提出了一些减少沥青路面离折的措施。2 0 0 0 年，美国困家交通研究委员会( t r b ) 设立了研究项目“热拌沥青混合料路面的离折”，其任务是重点探索沥青路面离 折的检测方法。在美国的佐治哑、华盛顿、康奈狄格、堪萨斯等州，加拿大安大 略省也对离析进行了一些研究，一些州还将离折指标作为沥青路面验收以及工程 第一章绪言 7 表1 10 p s s 的离析判定标准 t a b l e1 1c r i t e r i af o rs e g r e g a t i o no fo p s s 轻度离析中等离析严重离析 中交通蛀中而层 2 5 重交通母中面层 2 6 密集配磨耗层 2 2 表1 2n a p a 判定离析的混合料组成指标判定标准 t a b l e1 2c r i t e r i af o rs e g r e g a t i o no fn a p a 检测指标轻度离析中等离析严重离析 级配的变化1 个筛孔人于 5 2 个筛孔人- 1 0 4 个筛孔人，丁 1 5 窄隙率变化 2 5 4 5 4 5 6 。5 6 5 沥青含培变化o 3 o 7 5 0 7 5 1 3 1 3 表1 3n c a t 推荐的温度离析判定标准 t a b l e1 3t h er e c o m m e n d e dc r i t e r i af o rt e m p e r a t u r es e g r e g a t i o no fn c a t 判别条件没有离析轻度离析中等离析严重离析 混合料温差 2 l 美国爱斯太克公司对离析问题进行了长期的研究，并经由美国公路和运输协 会发布了一份修j 下版的爱斯太克报告阳1 ，报告上较为详细地讲明了沥青路面离析对 公路寿命与材料强度的影响、以及离析产生的原因和可以采取的解决办法哺。 近年来，国内对沥青混合料离析造成沥青路面铺层质量整体稳定性差的问题 研究也多了起来，各地区结合本地区的高速公路建设情况，提出了不少减少离析 的技术、方法。可这些提出的技术、方法都均是以现行的国家公路沥青路面施 工技术规范( j t gf 4 0 - 2 0 0 4 ) 、( j t j 0 3 2 9 4 ) 中规定的施工工艺为基础，而由 于沥青路面施：l 技术、施工工艺过程和施工机械性能本身的问题导致沥青混合料 骨料离析和温度离析，以及造成沥青路面铺层整体稳定性差的问题，并不能从根 本上得到解决怕。 从上个世纪9 0 年代后期起，美国、欧洲和f 1 本的一些路而施工机械制造企业， 相继丌发设计了一种新型道路施工机械并投入使用，用以改善沥青混合料的离析， 并能改善沥青混合料摊铺机在摊铺时的受力和工作状态，对解决沥青混合料铺层 麓p 。 8 第一章绪言 的不均匀性问题，提供了施工设备上的支持，这种道路施工机械一就是沥青混合 料转运车。 虽然在工程施工中认识到了离析现象的存在和离析对路面铺层性能的不好影 响，但是，仍然没有形成较为系统的研究，对沥青混合料离析的产生原理、对路 面造成的不良影响和控制离析的措施等某一方面的研究或者研究也只是局限在表 面。因而对沥青路面离析产生的根本凶素和沥青混合料离析对路用性能的不良影 响进行深入的、全面的研究显得十分迫切。在我国大力发展公路建发的关键时期， 若能对造成路面早期破坏的离析问题进行有效的防治，有效的减少路而早期破坏 的发生，对大大减少路面建成后的养护与和维修费用是很有效的，其带来的经济 效益也是非常可观的。 1 5 项目研究的必要性和目的 沥青混合料铺层骨料和温度的不均匀，即沥青混合料的骨料离析和温度离析， 近十年来已经受到了道路承包商、工程管理者和设计人员的广泛关注。 沥青混合料一旦发生离析，一切关于混合料设计的努力全附诸东流，其性能 已经不再是预期的性能了。产生这种情况的主要原因是：实际施工情况与设计理 论假设的偏离，造成实际路用性能偏离预定的设计目标。 研究表明：目前沥青路面的一些早期破坏，如松散、网裂、坑洞、局部严重 辙槽、新铺沥青路面的构造深度不均等，都与沥青混合料的离折关系密切。但由 于沥青路面施工技术、施工工艺过程和施工机械性能本身的问题导致沥青混合料 骨料离析和温度离析而造成的路面过早损坏，使沥青路面的养护费饵年每公里增 加了5 4 0 0 美元以上，离析严重的地段使路面使用寿命可能会减少5 0 以上等问题 并没有得到很好的解决。 和其它国家一样，沥青路面早期破坏也是我国公路建设中的一个亟待解决的 问题。沥青混合料铺层的不均匀性导致沥青路面局部的松散、坑槽、泛油、拥包、 车辙、水损坏和推移等早期破坏，这些现象不是只有一、二条沥青路面有，也不 是一、两个省出现这种情况，而是在全国各省份大多数沥青路面公路都存在的问 题。这种在全圈范围内都出现的问题，就不得不让我们从必须从我国沥青路面施 工技术、施工工艺过程和施工机械性能本身上去找解决问题的答案。 通过对我国沥青路面施工技术、施工工艺过程和施工机械性能本身进行深入 分析，找出沥青混合料在搅拌、运输、卸料、摊铺、碾压这五个工艺过程中混合 料和铺层的骨料均匀性、温度均匀性、压实密度均匀性偏离原设计目标的原因； 寻找出混合料和铺层离析现象产生的规律；从施工工艺、施工技术与设备性能的 第一章绪言 9 角度，找到能够保证沥青混合料铺层的骨料和温度均匀性技术手段，为沥青路面 铺层质角= 的整体稳定性和使用的耐久性提供有利技术保证。 本项目的研究不但十分迫切，而且对提高我国沥青路面的建设技术水平，保 证公路的路用性能，延长公路的使用年限，提高公路的投资效益，降低公路的养 护成本，提高道路的通行能力，有着重大的意义。 因此本课题的主要目的是： 研究在现行的国家公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 公 路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 - 2 0 0 1 ) 中规定的施工工艺下产生离析的原 因、离析造成的危害和在现行工艺条件下改善离析的措施； 由于在现行工艺条件下改善离析的措施有很大的局限性，提出一种新型沥 青混合料施工设备一转运车，该设备使沥青混合料在摊铺前的骨料均匀性、温度 均匀性得到根本性的改变，使沥青混合料在摊铺前恢复到刚出搅拌机时的状态、 并具有使摊铺机工作与受力情况稳定的功能和性能； 提出为充分发挥转运车的效果，要注意转运车与其他的施工机械的合理配 合； 提出了检测沥青混合料离析的检测方法与离析评价指标； 通过在高速公路沥青路面工程项目这两种施工工艺的对比试验研究中，结 果证明了使用转运车后的沥青路面施工工艺能有效减少离析现象的出现。 l o 第一二章沥青混凝十路面离析 第二章沥青路面离析 在平均空隙率并不大的路段上，早期破坏一般发生在路面铺层局部，发生的 主要原因是沥青混合料的离析。早期破坏为什么不是在所有的地方都发生呢? 而 只是出现在路面的某个局部呢? 这是因为发生早期破坏的地方其空隙率比其他地 方的空隙率大的原因，而离析是造成这种空隙率大的主要原因。 2 1 离析的分类 沥青混合料离析主要足指沥青混合料主要性质的不均匀，包括沥青含量、级 配组成、添加剂含量、路面的压实度及路面的孔隙率等几个部分。沥青混合料离 析按现象可分为骨料离析和温度离析，其中骨料离析也称为级配离析。沥青混合 料的温度离析和骨料离析般是同时发生且两者相互作用。骨料离析也能加剧沥 青混合料温度离析的产生。同时沥青混合料温度离析能够加剧沥青混合料的骨料 离析的产生。 骨料离析指沥青混合料在搅拌、装载、运输、摊铺、碾压过程中因粗细骨料 动力特性的差异而导致的在摊铺后的路面铺层出现粗细骨料分布不均匀现象。只 要沥青混合料发生了骨料离析，其实际级配就会偏离于目标配合比设计的级配， 发生了骨料离析就会出现有的区域细骨料多，有的区域粗骨料多的现象。在细骨 料多的区域路面很易出现车辙、泛油等早期病害；在粗骨料多的区域由于空隙率 比较大，透水性强，这样雨水就很容易渗透到路面铺层中，在这种情况下，车辆 行驶时产生的动水压力常常冲刷沥青混和料，慢慢的使得沥青膜剥落，从而引起 沥青混合料松散病害的发生。骨料离析的产生导致沥青道路的承载能力下降、抗 疲劳强度降低和抗水性能差等情况，从而造成道路早期破坏的发生。 沥青混合料温度离析是指热铺沥青混合料在搅拌、装载、运输、摊铺、碾压 等过程中由于沥青混合料散热不均匀而导致在整个路面摊铺区域，某一部分区域 与其他区域的温度相差比较大，而在相同的碾压施工工艺条件下，温度较低区域 的混合料由于很难压实，造成压实度偏低，路面空隙率较大；温度较高区域的混 合料比较容易被压实，这样压实度相对较高，从而路面空隙率较小。温度离析的 程度与当时的气侯情况、运距以及运输时有没有加保温措施等有关，而与混合料 材料组成关系并不大。而这些温度较低的离析区域由于透水很严重，将会出现松 散、裂缝等现象，这些都会导致沥青路面的早期破坏的产生，结果大大缩短了沥 青路面的使用寿命。 第二章沥青混凝 ：路面离析 2 2 现行的沥青路面施工工艺 现行的沥青路面施工工艺主要是：沥青混合料搅拌、沥青混合料运输、沥青 混合料摊铺、沥青混合料铺层碾压。其对应的施工设备足：沥青混合料搅拌设备、 运料车、摊铺机、压路机。现行沥青混凝土路面施工工艺流程图如图2 1 图2 1 现行的沥青路面施工工艺 f i g u r e2 1t h ea c t u a lh m ap a v e m e n tc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s 由图，2 1 可以看出：在整个沥青路面施工工过程中，并不是完全以沥青混合 料为纽带，准确和协调的工作，在施工过程中存在着沥青混合料停留等待的过程。 在摊铺机摊铺作业前和作业中，沥青混合料骨料和温度的离析，形成沥青混合料 铺层的不均匀性；运料车在摊铺现场卸料时对摊铺机的碰撞和顶推，造成了摊铺 机的工作状态和受力状况不一致，这样造成了摊钠机摊铺作业的不稳定，在不稳 定状态下进行摊铺作业很容易造成路面铺层接缝和横向台阶，从而造成沥青路面 铺层局部不平整；压路机在碾压沥青混合料铺层时，由于已经产生骨料与温度离 析，沥青混合料铺层在受到同一压实功作用时，各不同区域的变形与密实情况也 1 2 第二章沥青混凝十路面离析 不同，造成了同一铺层压实度与空隙率的不均匀。所有这些最终使路面铺层强 低和整体稳定性差。造成沥青路面在使用初期即开始出现早期损坏。 2 3 骨料离析与温度离析 2 3 1 在现行工艺下各施工阶段骨料离析发生的原因 材料准备阶段 在原材料准备阶段：原材料控制不严。在我国原材料供应方面，各地市场上很 少有大规模的碎石厂，为保证原材料供应充分，施工单位会从多个碎石厂采购石 料，但是各个碎石厂的破碎与筛分设备是有差异的，因此从各个碎石厂采购来的 同一规格碎石其实际尺寸是有差异的。另外，对碎石机与筛网的使用又没有进行 统一的规范，筛网损坏到什么程度就不能够使用了也都没有规定，因此有些筛网 有了破涧却还是在使用，因此就是同一个碎石厂生产的名义上是相同舰格的碎石， 其实际颗粒组成在不同时段常有显著差异，就更不用讲是在不同碎石厂采购合在 一起的名义上是同一规格的碎石，其颗粒组成的差异性也就更严重了。 在搅拌厂一的堆料场卸料时，一般情况下很多单位没有采取严格的分层逐渐加 高的方法进行卸料，而足采取随便倾倒的方式，由于粗细骨料的动力特性不一致， 这样造成了粗细骨料的分离。对堆料场也没有进行规范的管理，不同规格的骨料 混交的现象也很严重，这样更加重了骨料离析的程度。还有一些堆料场把石料放 在不平整的地面上，这样在阿天铲料时很容易将地面的一些杂物带入料仓。在没 有设防雨棚的堆料场，下雨时骨料的含水量比没有下雨时会大一些，尤其是砂子、 石屑等细集料的含水量的变化会更大一些，且不同部位的含水量也是不一样，在 靠近地面和雨水淋湿的部位含水量大。而骨料在干燥状态及潮湿状态时的流动性 能差异比较大，这将导致搅拌机的供料控制会有明显的波动，这样将直接影响到 沥青混合料的配合比。 沥青混合料搅拌阶段 骨料离析与沥青混合料拌制也是有很大的关系，在沥青混合料搅拌时，需要有 足够高的温度，才能使沥青混合料搅拌均匀，但也并不是温度越高就越好，温度 越高，沥青氧化、老化就越严重，导致沥青粘结性能就越差1 1 1 】，越容易产生离析 现象。一般改性沥青混合料在搅拌机内加热温度要达至l j l 6 0 1 8 0 ，但在这个温度 环境下沥青很容易氧化挥发。另外，搅拌时间过长也会影响沥青的老化，搅拌时 间是干拌时间和湿拌时问的总和，搅拌时问过短可能会导致混合搅拌不均匀或温 度不均匀，但搅拌时问长了，原本已经搅拌均匀的沥青混合料又可能发生了离析。 但是大多数搅拌设备并没有一个规范的搅拌时问，其均由试验来确定搅拌时间。 第二章沥青混凝1 ：路面离析 1 3 搅拌速度以及卸料高度等也是造成沥青混合料骨料离析的因素，搅拌速度越 快，越容易出现离析现象气一般情况下，间歇式沥青搅拌机的拌桨线速度都在2 3 5 m s 。所以在选择搅拌机类型时必须在考虑搅拌机产量的同时也要考虑拌轴的 转速。 由于粗细骨料动力特性的差异，一般情况下，拌缸卸料口到运料车车厢的高 度对骨料的离析也有影响，高度越大，越容易产生骨料离析，冈此卸料口到运料 车车厢侧板的最高处距离一般不宜超出0 5 m 。 在沥青搅拌机巾振动升筛发生破损时，会使沥青混合料部分超过规格的大料 径骨料通过振动升筛进入搅拌机中，由于超过规格的大料径骨料的存在会加人沥 青路面铺层出现骨料离析的机会。根据调查，大约3 0 的沥青路面铺层的骨料离析 是由超粒径大骨料的存在造成的。所以为控制好骨料尺寸，需要定期检查筛分设 备是否破损，避免超过规格的大料径骨料的出现是减少骨料离析的关键j 。 沥青混合料运输阶段 沥青混合料装料方式不j 下确，也是导致骨料离析的一个原因。在储料仓向运 料车卸料时，在重力的影响，大骨料落在车厢的四周，而细骨料滚落在车厢的中 央，形成了拳h 细骨料的第一次分离。若采用的是一次性装料方式，这种离析现象 就会更严重。 也由于粗细骨料受到的惯性力也是不同的，运料车在运输过程中的颠簸、急 转弯、急刹车等所产生的加速度或减速度都会引起沥青混合料颗粒发生相对运动， 由于粗颗粒受到的惯性力要比细颗粒的大一些，这样更容易分布在车辆的四周， 造成混合料的再次离析。 混合料的摊铺阶段 在摊铺过程中，由于运料车没有及时送料，而摊铺机料斗储料能力也不足， 或者是由于摊铺机和运料车驾驶员操作不熟练或者是配合不默契导致摊铺机摊铺 时供料不足，造成摊铺机经常停顿，这样离析现象也随之发生。 运料车在卸料的过程中，有时会出现料车对摊铺机的顶掩和冲击，在运料车 撞击摊铺机时，使摊铺机受力突然产生一个峰值，摊铺机的受力情况也会随之发 生变化，行驶速度也随着改变，而摊铺平整度与速度赢接有关，所以平整度必然 也会受到影响。 在摊铺机受料斗两侧翼板上的沥青混合料，一般都是温度低的粗骨料，要等 到料斗罩面的沥青混合料快被输送完需要收斗时，这一温度低且的粗骨料居多的 沥青混合料7 j 。被一起进入输料带然后进入分料槽，这一区域的沥青混合料经熨平 板整平后，出现的是一片窝状离析区域，这一片区域温度低的且粗集料居多的沥 青混合料，不易压实，造成密实度低，空隙率大，且纹理结构射 糙。这种现象一 1 4 第二章沥青混凝十路面离析 般一车料都会出现一次，周期性也比较明显，其危害较大。 摊铺宽度的原因：由于摊铺机的重量和功率是一定的，这样摊铺宽度越大， 平均到路面铺层上的压力、振捣力就越小，这样沥青混合料的铺层初始压实度就 越小。据有关资料显示，在摊铺宽度为1 2 米的摊铺机摊铺的路面铺层后取样结果 显示，其骨料离析已经相当严重，路面铺层左右两侧粗骨料占6 2 ，而路面铺层 中间占3 1 。此外，宽幅摊铺机在加长部位没有加振捣装置的，路而铺层的表面 上看起来很平整，可实际上边缘部分与中间部分的初始压实度是不一样的，这样 在压路机碾压时边缘部分压下去的多，中问部分压下去的少，造成路面实际上的 不平整。 沥青混合料的碾压阶段 在碾压过程中，碾压参数和碾压工艺的不一致也能进一步加重离析现象。还 应特别注意在施工过程中由于对摊铺机摊铺出来的压实度缺乏及时的监控，这样 通常造成碾压不足或过度碾压的问题。在改变碾压方向时的制动、停车、反向加 速所引起的惯性力以及上、下坡时的爬坡阻力都会引起混合料的推移。在压路机 碾胍时，急剧的起步、制动、在变换碾压方向时并没停止振动机构的：作等，都 会引起成型路i 缸铺层的鼓包和压痕等缺陷。还有许多施工单位并不按照规定的压 实方式进行碾压，而是随意进行碾压，他们的压实工艺、压实温度、隘路机类型、 压实遍数和压实速度并没有按规范进行，有些路面碾压时不能用轮胎一i l 路机，一 些单位也用轮胎压路机来碾压。这些因素均会引起路面碾压的不均匀和不平整。 沥青混合料的设计阶段 合适的沥青混合料设计对于消除离析是很有用的。我国幅员辽阔，气候条件、 地理条件与交通状况都有很火的差异，不同的地区对沥青路面的要求是不同的。 而设计规范并不可能包括所有地区的情况，若设计人员不能结合本地区的实际情 况来进行路面设计的话，就会导致设计的可操作性不强，在实际施工时可能会