（机械工程专业论文）sma沥青混凝土路面施工过程的质量控制.pdf

摘要 针对目前高速公路建设中出现的路面早期损坏问题，本文以沈大高速改扩建工程为 依托，以建设长寿命的道路为目标，将道路材料与施工机械、施工工艺相结合，探讨s m a 沥青混合料路面施工过程中质量控制的措施。 由于热沥青混合料是一种在材质和组成上极易受外界影响而变得温度不均匀的材 料，这就导致施工过程中容易出现材料离析和温度离析现象。 我国公路建设中出现的路面早期损坏现象有两个特征，一是早期性，另一个是局部 性。热沥青混合料在生产、铺筑过程中出现的不均匀性是造成这种后果的重要而直接的 原因之一。 s m a 混合料具有优良的路用性能。但s m a 混合料对温度等外界因素的影响更敏感，施 工要求更高，因此为保证混合料的均匀性及防止温度变异，通过对进出场材料的质量控 制；对搅拌设备称量系统的定期标定；合理选择振动筛的筛网尺寸；对搅拌器转速、充 盈率和搅拌时间等参数问的关系合理设置等相应措施的采取以减小材料的离析。通过采 取提高搅拌设备温度控制精度；减少原材料含水率的波动；保证冷料供给系统的稳定； 加强运料卡车覆盖等措施，同时采用梯形摊铺和转运车等工艺，使路面的压实度和平整 度及其均匀性都得到提高。 实践证明，高质量的沥青混合料和性能完好的机械设备以及严密、完善的施工工艺 可保证高速公路成型路面的质量。 关键词：s m a 、材料离析、温度离析、施工工艺、控制与预防 a b s t r a c t v i e w i n go ft h ep r o b l e m so fr o a dd e f e c t sa p p e a r e di nt h ee a r l yp e r i o di nc u r r e n t s p e e d w a yc o n s t r u c t i o n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dm e t h o d so fq u a l i t yc o n t r o li nt h ec o n s t r u c t i o n p r o c e s so fs a ma s p h a l tm i x t u r ep a v e m e n to nt h eb a s i so fs h e n g y a n g - d a l i ns p e e d w a y e x p a n s i o np r o je c tw i t hc o m b i n a t i o no fr o a dc o n s t r u c t i o nm a t e r i a la n dm a c h i n e r ya sw e l la s c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , a i m i n ga tc o n s t r u c t i n gl o n g l i f er o a d a sh o ta s p h a l tm i x t u r ei sac o m p o s i t i o no ft h em a t e r i a lw h i c hi ss u s c e p t i b l et oo u t s i d e i n f l u e n c ea n db e c o m eu n e v e no ft e m p e r a t u r e ，w h i c hw i l lr e s u l ti nm a t e r i a l sa n dt e m p e r a t u r e s e g r e g a t i o np h e n o m e n o ni nt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s t h e r ea r et w oc h a r a c t e r i s t i c so ft h er o a de a r l yd a m a g ei nc h i n a ss p e e d w a yc o n s t r u c t i o n ， f i r s ti se a r l y , t h eo t h e ri sl o c a l i z e d t h eu n e v e n n e s so fh o tm i x t u r ei nt h ep r o d u c t i o na n d p a v e m e n tp r o c e s si so n eo ft h er e a s o n sw h i c hc a u s e dt h ec o n s e q u e n c e sd i r e c t l y s m am i x t u r eh a se x c e l l e n tr o a dp e r f o r m a n c e b u ts m am i x t u r ei sm o r es e n s i t i v et o e x t e r n a li m p a c t s ，f o re x a m p l et h et e m p e r a t u r e ，s ot h ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t sa r eh i g h e r t h e r e f o r et oe n s u r et h eu n i f o r m i t yo ft h em i x t u r ea n dt op r e v e n tt e m p e r a t u r ev a r i a t i o n ，b yt h e m e t h o d so fq u a l i t yc o n t r o lo fm a t e r i a l s ，r e g u l a rc a l i b r a t i o no ft h ew e i g h t i n gs y s t e mo n m i x t u r ee q u i p m e n ta n dr e a s o n a b l ec h o i c es h a l es h a k e rs c r e e ns i z e ，a sw e l l 舔t h er e a s o n a b l e s e t t i n go fp a r a m e t e r so fa g i t a t o rs p e e d ，f i l l i n gr a t ea n ds t i r r i n gt i m e ，i no r d e rt or e d u c et h e s e g r e g a t i o no fm a t e r i a l s t h ed e g r e eo fc o m p a c t i o na n ds u r f a c er o u g h n e s sa n du n i f o r m i t ya r e a l li m p r o v e db yt h ea d o p t i o no fm e a s u r e ss u c ha si m p r o v e m e n to nt h et e m p e r a t u r ec o n t r o l a c c u r a c yo fm i x t u r ee q u i p m e n t ，r e d u c t i o no fv i b r a t i o n so fm o i s t u r ec o n t e n ti nr a wm a t e r i a l s ， e n s u r a n c eo ft h es t a b i l i t yo fc o l dm a t e r i a ls u p p l ys y s t e m ，s t r e n g t h e n i n go fc o v e t i n go ft r u c k s w h i c ht r a n s p o r tm a t e r i a l s ，b e s i d e st h eu s eo fal a d d e ro fp a v e ra n dt r a n s m i t t i n gt r u c k sa l s o c o n t r i b u t et ot h a tp u r p o s e p r a c t i c eh a sp r o v e dt h a th i g h - q u a l i t ya s p h a l tm i x t u r e ，g o o dc o n d i t i o ne q u i p m e n t s ，a n d i n t a c ta n dt i g h tc o n s t r u c t i o np r o c e s sc a ng u a r a n t e et h eq u a l i t yo fs p e e d w a yp a v e m e n t m o l d i n g k e y w o r d s ：s t o n em a s t i ca s p h a l t ；m a t e r i a ls e g r e g a t i o n ；t e m p e r a t u r es e g r e g a t i o n ； c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；c o n t r o la n dp r e c a u t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 勿易争厶 2d 口矛年歹月加日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 论文作者签名： 幺乞钐。2 矿3 年5 月加日 导师签名：场芬三矛加唠年广月历日 长安人学硕士学位论文 1 1 沥青混合料基本概念 第一章概述 1 1 1 沥青混合料定义 按照现代沥青路面的建筑工艺，沥青与不同组成的矿质集料可以修建成不同结构的 沥青路面。最常用的沥青路面包括：沥青表面处理、沥青贯入式、沥青碎石和沥青混凝 土四种【。按照我国现行国家标准，我们常说的沥青混凝土混合料是沥青混凝土混合料 ( a s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e 简称a c ) 和沥青碎石混合料( a s p h a l tm a c a d a mm i x t u r e 简称a m ) 的总称。 热拌沥青混合料( h o t - m i xa s p h a l tm i x t u r e 简称h m a ) 是经人工组配的矿质混合料与 粘稠沥青在专门设备中加热拌和而成，用保温运输工具运送至施工现场，并在热态下进 行摊铺和压实的混合料，通称“热拌热铺沥青混合料i l j ，简称“热拌沥青混合料。 热拌沥青混合料是沥青混合料中最典型的品种，是目前高速公路建设中用量最大的路用 材料之一，主要应用于交通、市政等公路建设工程中，在国民经济中占有重要地位。按 照沥青混合料的结合料、施工温度、最大粒径等可将其分成不同类型，其中常按矿质集 料级配类型的不同将混合料分为：连续级配沥青混合料和间断级配沥青混合料。 沥青混合料是一种由沥青、粗集料、细集料和矿粉、纤维等外加剂所组成的一种人 造复合材料。其中，沥青被称为结合料或胶结剂，在混合料中起到将各种粗细集料粘结 在一起的功用【2 】；而集料及填料在混合料中起矿质骨架的支撑作用，促使混合料的级配 形成。近代沥青混合料胶浆理论认为，沥青混合料是由矿质骨架和沥青结合料所构成的、 具有空问网络结构的一种多相分散体系。 由于沥青混合料是一种复杂的多种成分组成的复合材料，它的结构组成也是很复杂 的。因为沥青混合料是靠沥青胶结剂将集料裹覆在其中而形成的粘弹性混合物，因此， 集料的相对位置、集料不同粒径大小的分布、空隙率及其分布等都与混合料的结构组成 有关。 1 1 2 沥青混合料特性 一般认为，沥青混合料是一种典型的弹、粘、塑性综合体，在低温小变形范围内接 近线弹性体，在高温大变形活动范围内表现为粘塑性体，而在通常温度的过渡范围内则 为一般粘弹性体i ”。因此，尽管沥青路面通常处于固态或接近于固态的状态下工作，但 沥青混合料的强度与稳定性是不同于固态的。这是因为沥青混合料具有随温度及载荷加 载时间变化而变化的性质。这一点在设计路面时，要结合路面环境条件、路面交通量等 因素综合考虑。 众所周知，沥青混合料是由沥青胶结料包裹骨料而形成的多项分散系混合物，生产 时当作为胶结材料的沥青在骨料颗粒周围形成一定厚度的沥青膜时，才促成沥青具有更 高的桔度，因而获得更大的粘聚力。而沥青混合料的粘聚力与沥青的性质、矿料的性质 以及沥青含量等有关】闭。 由上所述可知；由于沥青混合料是由沥青胶结料包裹骨料而形成的多项分散混合 物，因此，组成它的各种原材料的性能及其含量为骨料的种类和性质、级配与掺加的准 确性等就成为决定混合料性能的重要因素，特别是沥青为胶结材料，它的含量及其性能 尤为重要，这也是施工中人们对油石比普遍较重视的一个原因【4 】。材料的性质不能满足 设计要求和变异性大、骨科的级配不准确、各种材料的称量精度不准确等原因都会使混 合料的实际性能偏离设计要求。目前，虽然采用理论设计试验级配，通过试验和修正， 修筑一段试验路验证等方法，来决定路面结构及其材料的组成，但由于实际施工条件的 差异及各种随机因素的影响，从原材料准各一进厂储存一拌和一运输摊铺- 压实等多 个环节中，总会出现不同程度的混合料在材质和组成上与原设计值的偏离，既不均匀现 象，包括矿料级配不均匀、混合料油石比的不均匀、混合料粗细集料分离、混合料密度 的不均匀或孔隙率和压实度的不均匀等。可见沥青混合料是一种在材质和组成上极易受 外界的影响而变得不均匀的材料。 同时，热沥青混合料是一种对温度依赖性和敏感性较强的混合材料。在拌和、摊铺 和压实过程中，对温度都有严格的要求，温度太高会使混合料元气大伤，温度太低无法 达到预定的压实度，而温度的不均匀会造成路面压实度及孔隙率的不均匀。图i 1 给出 了碾压温度对热沥青混合料孔隙率和渗水性的影响；图i 2 给出了碾压温度对热沥青混 合料抗疲劳性能的影响。 图1 碾压温度对热沥青混合料空隙率和渗水性的影响 2 长安大学硕士学位论文 图2 碾压温度对热沥青混合料抗疲劳性能的影响 可见，温度特性是热沥青混合料的另一个重要特性。热沥青混合料也是一种极易受 外界影响而变得温度不均匀的材料。 在沥青路面工程中，路面材料及其加工工艺，路面施工、施工技术及机械化作业是 其两大要素，共同构成一个有机的整体，符合有关标准要求的路面材料和科学合理的施 工工艺是铺筑良好沥青路面的基本保证【3 】。因此，为了满足沥青混合料的各种路用性能， 应将上述因素综合考虑。从整个施工过程考虑，应该将设计的理想混合料如实地摊铺到 路面，反映出混合料的真实路用性能。这就要求施工单位在保证生产出符合质量的沥青 混合料的基础上，严格施工。 1 2 沥青路面发展现状 随着我国高速公路的发展，沥青混凝土路面以其表面平整，无接缝，行车舒适耐磨， 震动小噪音低，施工期短，养护方便，维修简便，适用于分期修建等特点，获得越来越 广泛的应用，其使用量占到高速路面的8 0 0 5 以上。2 0 世纪5 0 年代以来，各国修建沥青 混凝土路面的数量迅速增长，所占比重很大。近2 0 年来我国公路和城市道路使用沥青 材料也修筑了相当数量的沥青类路面。到目前为止，我国的公路大部分是沥青混凝土路 面【5 1 【6 1 。 从1 9 8 7 年以来，到2 0 0 7 年底为止，我国高速公路里程已达5 3 6 万公里，居世界 第二位：公路总里程达3 5 7 3 万公里，全国公路养护里程超过2 6 8 1 0 万公里。近几年， 我国公路建设发展很快，一方面是高等级公路建设持续快速发展，另一方面是县乡公路 发展很快。同时，由于公路维修与改造的需要，公路机械化养护进程加快。我国公路建 设在快速发展，这是不争的事实。同时，也出现了一些问题：生态、环境问题，特别是 山区道路、西部特殊地区道路建设的生态问题，桥梁建设的安全等问题，但这都是局部 问题。我们还必须清醒地看到，也出现了路面早期损害这样的带着普遍性的全局问题。 我国已建成的高速公路，相当一部分达不到高速公路设计寿命1 5 年左右的要求，而出 3 现了早期损坏现象。所谓早期损坏共有两个特性： ( 1 ) 早期性，在路面使用期内过早出现； ( 2 ) 局部性，等强度设计的路面不是全路面，而是部分路面，甚至是路上某些点出 现损坏。 沥青路面早期损坏是我国高速公路建设中的一个突出的问题，而导致早期损坏的诸 多因素中，就施工质量而言，沥青混合料在生产、铺筑过程中出现的不均匀性是最为严 重的问题。热沥青混合料的不均匀造成路面压实度和孔隙率的不均匀，导致沥青路面出 现局部的松散、坑洞；局部的泛油、拥包；不均匀的车辙和局部严重的推穆；局部水损 害造成的网裂、唧浆和坑洞等l9 q ，如图1 3 、1 4 、1 5 、1 6 所示。这些问题已引起了 公路界和社会上高度的重视。 图1 5 疲劳裂纹 图1 4 木损坏导致的坑槽 图1 6 车辙 13 本文研究内容及方法 13 1 研究内容 本课题以沈大高速改扩建工程及京秦高速公路养护工程j q 0 5 1 合同段等为依托， 以建设长寿命的道路为目标。以各面层不同级配设计的s m a 沥青混合料为例来研究沥青 混合料施工工艺与过程质量控制。由于原沈大高速公路路基路面状况较差，简单的罩面 ( 5 l o o m 沥青混凝土) 不能从根本上解决问题，原路部分必须采取挖除新建方案或采 黼西鹬 图#，口、黧溉鬟 长安大学硕上学位论文 取根据原路弯沉值加铺不同厚度的水稳层及沥青面层或直接加铺沥青面层( 按柔性基层 设计) 的加铺方案。经比较，设计选择了以加铺为主、局部路面挖除的大修方案。而且在 沥青路面表面层施工中大规模采用沥青玛蹄脂碎石s m a 技术，s m a 混合料是一种间断级 配的骨架嵌挤密实结构，加之采用高软化点的沥青胶结料，使沥青路面有良好的抗车辙 能力，同时路面抗低温开裂能力也得到提高，但属于较难施工、较难压实的混合料范畴， 因此对以s m a 混合料为代表的材料特征和施工工艺进行研究，对保证路面质量具有重要 的意义。 研究的主要内容如下： 1 s m a 混合料的组成、生产配合比设计与技术要求； 2 s m a 混合料材料的均匀性及其质量控制； 3 s m a 混合料的温度均匀性及其质量控制； 4 s m a 混合料的碾压质量控制。 1 3 2 研究方法 一方面采用理论分析和现场试验研究相结合的方法，通过分析影响沥青混凝土路面 施工质量的各种原因，从集料选用、沥青砼生产、运输、摊铺、碾压等环节提出消除和 减少影响施工质量的措施： 另一方面，利用提出的预防方法和措施实际应用到现场施工中，验证和完善理论分 析，确定不同机械工作参数的取值范围和合理匹配关系。最后，根据从现场的施工检测 和完工后的验收检测等，进一步验证和完善各关键技术，得出一套现场施工指导准则， 为施工技术应用提供依据。 1 4 研究的目的及意义 1 4 1 研究目的 随着新技术和新材料的应用，新的问题不断出现，沥青混合料的施工方法正进行改 进和修正以适应材料的各种特性。但综合目前的研究发现，近年来虽对施工过程中造成 路面质量变异性、离析发生的原因以及相应的处理措施进行了研究，但这些研究大多只 停留在沥青路面损坏特征和一些较粗放型的较片面的预防措施上。在目前沥青路面建设 中，还没有一个贯穿于沥青混合料设计、材料选用、沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾 压、检测等全过程的质量控制体系，难以对沥青路面施工进行合理的、准确的控制。 5 第一章概述 本课题以沈大高速公路改扩建等工程为依托，以建设长寿命的道路为目标，通过对 影响沥青混合料质量的机理与施工质量控制技术研究，消除沥青混合料在拌和、运输、 摊铺等过程中出现的对沥青路面质量的不利影响，较系统解决沥青混合料在施工和质量 控制过程中的技术问题，确保路面质量，达到指导施工，提高工程质量的目的。 1 4 2 研究意义 1 ) 从源头控制材料质量，减少材料存储损耗，保证集料含水量稳定，提高拌和设 备效率。 按照常规的方法进行材料管理，不可避免地存在集料离析，含水量不稳定的情况。 由于沥青混合料拌和过程中不可能改变生产配合比，因此往往导致沥青拌和机出现待料 和溢料及混合料温度不稳定等现象，降低了拌和机产量。根据本课题研究成果，合理进 行原材料质量控制和堆料管理，可以有效改善集料均匀性，减少材料离析1 1 】，提高沥青 混合料质量，减少拌和机油耗。 2 ) 减少温度损失和离析，保证摊铺质量。 路面温度离析是一种十分隐蔽的现象【9 】【1 0 1 ，过去未引起足够的重视，因此也没有采 取防止离析的措施，研究结果表明温度离析要比预期的严重得多。在1 8 c 气温，3 级风 速，2 5 公里运距的情况下，不覆盖保温篷布时现场实测沥青混合料运输表面温度降低 1 8 o ，到表层以下4 0 c m 温度才与覆盖温度情况下基本一致。一台2 5 吨的运输车平均 降低温度6 0 ，因此为了保证沥青混合料摊铺和碾压的需要，须提高拌和温度6 o 左右。这样一方面增加了拌和机的油耗，另一方面严重影响了沥青混合料的抗老化能力， 降低了沥青路面的使用寿命。 3 ) 提高工程质量，节约养护费用。 本课题研究的根本目的是解决沥青路面早期损坏的质量通病，提高沥青路面质量， 延长使用寿命。课题针对沥青路面质量通病及病害原因进行研究，探索处理质量通病的 具体措施，改进施工工艺，使研究成果具有较强的实用性和一定的新颖性。 沈大高速公路建设按照科研和生产相结合的原则，及时将研究成果转化为生产力， 全线采取边施工边检测的措施进行施工，直接将研究成果应用于工程实践，经过实践检 验取得了良好的效果。经过辽宁省交通科学研究院工程监理咨询有限公司检测结果，工 程质量优良，各项指标都达到或超过国家规范的要求。通过对全线沥青路面使用效果进 行跟踪观测，目前全线无一处出现坑槽、松散或车辙等病害，路面使用性能良好，行车 6 长安大学硕+ 学位论文 舒适平稳，至今没有投入资金进行沥青路面养护。 采用课题研究成果，可大幅降低沥青路面早期损坏的概率和程度，路面更均匀，行 车更舒服、安全；使用寿命延长，养护费用降低，具有较好的经济效益和社会效益。 7 第二章 s m a 混合料的组成及其技术要求 第二章s m a 混合料的组成及其技术要求 为实现建设长寿命路面的目标，混合料的类型及其组成的选用是物质基础。本章将 简介s m a 混合料生产配合比设计及其原材料的要求。 沈大高速公路在沥青路面表面层施工中大规模采用沥青玛蹄脂碎石( s m a ) 技术， 但s m a 属于较难施工、较难压实的混合料范畴，因此对以s m a 混合料为代表的材料特征 和施工要求必须了解。沥青玛碲脂碎石( s t o n em a s t i c a s p h a l t 简称s m a ) 路面具有优良 的高温稳定性，良好的低温抗裂性，使用的耐久性以及明显的抗滑性和一定的降噪声的 效果【1 2 】。国外已普遍使用，国内也得到了推广应用。但是，必须要保i i e s m a 路面的工程 质量才能体现s m a 路面的优越性，保证质量的关键技术之是s m a 沥青混合料的配合比设 计。 2 1 原材料 2 1 1 粗集料 s m a 混合料是依靠粗集料的石、石接触和紧密嵌接而形成骨架结构，为防止碎石颗 粒在车辆荷载的挤压过程中发生破碎，对粗集料的质量有严格的要求，也可说粗集料是 s m a 质量控制的关键，一般要求使用高质量的轧制粗集料，其岩石应坚韧，具有较高的 强度和刚度，而不能使用质地较软的石灰石。 s m a 混合料的性质对集料4 7 5 r m n 通过率十分敏感，要求针片状颗粒( 1 ：3 ) 含量 不超过2 0 。根据s m a 材料的特性，在有条件的地方最好基本上采用玄武岩、辉绿岩 等硬质的碱性石料。 粗集料要洁净、干燥、表面粗糙。质量应符合表2 1 的要求 表2 1 沥青混凝土面层用粗集料质量技术要求 标准 指标单位 罩面层或表面层中下面层 石料压碎值不大于( )1 81 8 洛衫机磨耗损失不大于( ) 2 83 0 表观相对密度不小于t m 3 2 6 02 5 0 吸水率不大于( ) 2 o3 o 长安大学硕士学位论文 表2 1 沥青混凝土面层用粗集料质量技术要求( 续) 标准 指标单位 罩面层或表面层中下面层 坚同性不大于( )1 2 细长扁平颗粒含量 不大于( )1 51 8 其中粒径大于9 5 m m不大于( ) 1 2 1 5 其中粒径小于9 5 m m不大于( ) 1 82 0 水洗法 0 0 7 5 r n m 颗粒含量不大于( ) 1l 软石含量 不大于( ) 35 表面层磨光值p s v 不小于( )4 04 0 与沥青的粘附性 不小于4 注：( 1 ) 坚固性试验根据需要进行 ( 2 ) 对$ 1 4 即3 5 规格的粗集料，针片状颗粒含量可不予要求， 0 0 7 5 m m 含量可放宽至3 。 2 1 2 细集料 在s m a 混合料中细集料( 指小于4 7 5 m m 颗粒) 的质量仅为1 0 - - 2 0 ，但同样 要求石质坚硬、富有棱角，并有一定的表面纹理，软质含量少，塑性低，粘土含量不超 过1 。细集料宜用机制砂，也称人工砂【1 2 】。天然砂由于颗粒接近于圆形，磨阻力小， 故不宜多用。 细集料除洁净、干燥、无风化、无杂质，有适当的颗粒组成，还应与沥青有良好的 粘结能力，质量应符合表2 2 的要求。 表2 2 沥青混凝土面层用细集料质量技术要求 指标标准 表观相对密度不小于( 妇1 3 ) 2 5 坚固性不小于( ) 1 2 含泥量不大于( ) 3 砂当量 不小于( )6 0 亚甲蓝值 不大于( g k g ) 2 5 棱角性( 流动时间) 不小于( s ) 3 0 9 第_ 二章s m a 混合料的组成及其技术要求 2 1 3 矿粉 矿粉在s m a 混合料中是重要的组成部分，它与沥青混和形成玛蹄脂，从而影响s m a 的性能。矿粉为混合料产生“加劲效应。按照我国目前沥青路面施工技术规范生产的 石灰石矿粉可用于s m a 混合料。 沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细 得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉要求干燥、洁净、其质量应符合表2 3 的要求。 表2 - 3 沥青混凝土面层用矿粉质量技术要求 指标标准 表观相对密度 不小于( 妇1 3 ) 2 5 0 含水量 不大于( ) l o 6 m m ( ) 1 0 0 粒度范围 0 1 5 r a m ( ) 9 0 一1 0 0 0 0 7 5 m m ( ) 7 5 一1 0 0 外观无团粒料块 亲水系数 f 时口y 、口。专0 ，因此式( 3 - 1 1 ) 或( 3 1 2 ) 可以写为式( 3 - 1 3 ) 、式( 3 - 1 4 ) 。 彳v i 五m 丽o t 。 m + m 。一k 缈 ( 3 1 3 ) 五生 ( 3 1 4 ) m 十m o 由以上两式可见m 。为偏心质量，厂为偏心距，k ，为弹簧刚度，国为角速度均为不 变量，当振动筛上的材料量m 发生变化时，将影响振动筛水平和垂直位移，减小振动幅 度，从而减小了筛子的筛分效率，增加了堵筛的概率和增加窜仓率，影响了混合料的级 配组成。因此无论在生产配合比试验阶段，还是在正常生产阶段，设备工况稳定是相当 重要的。 一般情况下振动筛的筛分效率小于百分之百，大致平均效率为8 0 9 0 ，不同层位、 面积和孔径其筛分效率不同，为了使搅拌设备的筛分效果与实验室有可比性，振动筛与 实验室筛孔存在关系见式( 3 1 5 ) 。 d i = k i d i ( 3 1 5 ) 式中：d ；振动筛等效筛孔尺寸； d i 实验室筛孔尺寸； k ；筛孔转换系数。 式中k ；由搅拌设备振动筛的性能决定。不同的设备其系数不同，同一台设备不同层位 其系数也不同；不同的混合料级配，也有较大差异。通常情况下见表3 4 t 2 5 】 表3 4 筛孔转换系数 筛：子l m m2 3 64 7 5 9 51 3 2 1 6 1 9 2 6 5 最大筛孔 k i 1 2 71 1 61 1 51 1 41 1 31 1 31 1 31 0 6 长安人学硕士学位论文 3 2 3 搅拌器运行参数确定 搅拌器的转动速度、充盈率和搅拌时间三者之间存在着某种制约关系【2 8 】，共同决定 着混合料的搅拌质量和生产率，而对一台已经制造好的搅拌设备，则可通过调整拌和时 间，以适应不同级配组成以及对成品料的不同搅拌质量要求。 搅拌器拌和时间的物理概念：热骨料从计量秤开始卸料一刻为干拌开始，沥青开始 喷射为干拌结束，湿拌开始，搅拌器开门卸料为湿拌结束，一般湿拌时间称拌和时间。 卸料时间、待料时间等称辅助时间，一般需9 1 1 秒。拌和时间的确定需依据机型的不 同和材料的情况而定，搅拌器中材料占活动区的体积不同，应具有不同的拌和时间。搅 拌器的活动区是指搅拌器的搅拌区域减去搅拌轴、桨叶后的净体积，如图3 6 所示【2 9 】， 如果材料在搅拌器中堆积过满，最上面的材料得不到充分拌和，如果材料太少，搅拌器 效率太低。搅拌器中材料的多少用充盈率表示。计算公式见式( 3 1 6 ) | 2 9 】。 k ：l 1 0 0 ( 3 1 6 ) 7 v 式中：g 一热骨料质量，t ； ，材料松装容量，t m 3 ； v 一活动区净体积，m 3 。 勃匡 图3 6 搅拌器的活动区 搅拌器的充盈率一般在4 5 0 o - - - 6 5 之间，每种机型均有确定的设计值。目前基本有两 种设计原则，一种为少装快拌，其充盈率在5 0 左右，拌和时间3 0 s 左右；另一种为多装 慢拌，充盈率在6 0 左右，拌和时间为4 0 s 左右。由此可见搅拌器的拌和时间与充盈率 之间有内在的联系，不可随意确定。不同的充盈率对搅拌效果的影响见图3 7 【3 4 1 所示， 由图可见充盈率在4 5 时、拌和时间2 5 s 与充盈率在6 2 时、拌和时间为4 1 s 的效果相当。 不同的拌和时间对搅拌均匀性的影响见图3 8 所示，由图中可见拌和时间越长，拌和均匀 性越好。但不可过长，拌和时间太长不仅会严重影响设备产量而且造成混合料质量下降 2 7 第三章混合料材料的均匀性及j 控制 很大。因为混合料在搅拌器中的拌和过程，就是在高温下沥青薄膜与氧气充分接触的过 程，即老化过程。拌和时间对沥青针入度的影响见图3 9 所示。通常拌和时间最长不超过 9 0 s 。由此可见拌和器运行参数的确定和调整关系到混合料的质量和均匀性【2 9 1 。 若g 薯5 屠 毒 一竞盈宰蠊悴和l t 司2 一克盈釉摊捭和时明l 平：砒t 的名# 准傅墓玑i a l 平捌叫队盯# 摧嗣i e 乱1 9 9 r j 一 57 戗序发 菱 嚣 - ， 和时间籼平均萱加标堆儡釜队l o b 9 捧和时翮i - 平坶僵4 暑1 7 标志儡夸鼬l 9 9 舟翱时佣胁平均饥o l 学准傅签仉刎 llj456 7l口l o 试盐序诫 图3 7 不同充盈率对搅拌效果的影响图3 8 不同拌合时间对搅拌均匀性的影响 9 西 8 譬 k 卜 神翮| 寸同，i 图3 9 拌和时间对沥青针入度的影响 3 2 4 搅拌设备结构参数改进 搅拌设备的结构形状，参数等对材料的均质性影响很大【1 8 】【2 6 1 ，如有些搅拌设备冷 料给料机出料口、热料仓、成品料仓的设计不合理，存在着产生离析的隐患。在设计冷 料口时应将下料口设计成如图3 1 0 【1 6 j 所示斜开口，使材料均匀供料且阻力稳定，不会 造成供料大幅变动。 弹订删 前潮蝌愿、一。；f窘力 图3 1 0 冷料给料机的出料口 由于热料仓中1 号仓容量最大，在筛分过程中细粉料会最先落下，沉积在仓壁上， 并滞留于此处，如图3 1 1 所示，待仓中集料减少到一定程度，会突然下落，形成细料的 长安大学硕士学位论文 离析混合料，为了避免这种现象，应在仓壁设置隔板见图3 1 2 ，使进入l 号仓的细粉料均 匀的与其它材料混合，减小离析的发生。很多成品料仓在贮存混合料时，会出现在锥部 附近产生明显的离析，为了解决该问题应在本仓中设置导料装置如图3 1 3 所示【1 7 】，使 混合料贮料和卸料时，尽量减小离析，或设置旋转卸料槽，或过渡卸料斗解决贮料离析 问题。 昭 ， 抖缸藏少膏折 图3 1 1 普通料仓结构图图3 1 2 仓壁设置隔板示意图 3 3 摊铺设备与材料作用特性 搅拌设备生产出合格的、均匀的混合料后，对混合料 。 ll 均匀的不离析摊铺是控制混合料质量的重要环节。在摊铺 lli ill 之前混合料的卸料与运输也应值得研究。l i ii 在贮料仓向卡车卸料时为了避免离析，卡车不应该停 i l 在贮料仓下静止装料，应采用移动卸料的方式分三到五次l l j 按顺序号卸料，如图3 1 4 所示。第一次装料靠近卡车前、。，f l 端，第二次装料靠近卡车后端，第三次装料在中间，第四 次靠近前端，第五次靠近后端，这样可以减小卡车中材料 的离析。 图3 1 3 导料装置示意图 图3 1 4 运输车的装料顺序示意图 2 9 为了解决摊铺过程中的离析问题应采取以下措施【3 q ：( 1 ) 在卡车将混合料倒入摊铺机 的受料斗时，应大批量卸入，避免混合料零星滚入料斗。( 2 ) 两辆卡车卸料之间应尽量缩 短时间，摊铺机料斗中混合料较多时便可将卡车上的料倒入摊铺机受料斗。( 3 ) 避免料 斗侧壁的粗料滚入刮板输送器输入螺旋分料器；( 4 ) 应及时收起料斗侧壁，并及时释放以 避免出现中央凹谷导致粗料集中；( 5 ) 螺旋分料器应连续稳定的转动，不要时快时慢，造 成中间缺料产生离析带；( 6 ) 要在螺旋分料室建立合适的稳定的均匀的料位，避免粗粒料 滚动产生离析，特别是分料器外侧缺料时铺层外侧会产生粗料离析带；( 7 ) 螺旋分料器的 高度应与材料的粒料相协调，否则会出现明显的离析；( 8 ) 螺旋室的宽度应大于 1 4 x d + 1 0 0 m m ( d 为混合料最大粒径) ；( 9 ) 熨平板在宽度大于6 m 时，应采用加强杆防 止其变形。摊铺机尽可能连续均匀摊铺，使摊铺产量与搅拌设备产量相协调。o d 一台 摊铺机摊铺宽度不应大于7 m ；当路面宽度大于7 m 时采用二台梯形摊铺；凹摊铺机的螺 旋支承应有合理的形状，不能阻碍混合料通过：对一些摊铺机，螺旋分料器的特殊部 位有专用叶片，不能漏装；呻在摊铺厚度较大时，螺旋室前档板应适应放低，减小上、 下离析；前档板和分料器安装应有足够的长度，不可过短影响材料输送。 如果能严格按照以上措施施工，离析就可以大大的减少或消除。如图3 1 5 所示， 就是在旅工过程中采取上述措施，消除了原有的离析。 圈3 1 5 控制后的路面施工效果 长安大学硕十学位论文 第四章混合料温度的均匀性及其控制 混合料的温度离析是一个非常严重而又很隐蔽，容易被人忽视的问题。资料表明， 在严重温度离析时，路面的设计寿命可能减半，温度离析对路面的影响可能不会很快显 现出来，也并不像材料离析那样明显的分辨出来，随着通车时间的增长，路面出现如松 散、剥落、坑槽等病害就说明了温度离析的严重性。研究表明热拌沥青混合料施工过程 中温度的大幅变化是导致路面破坏的潜在原因。温度差异从沥青混合料的拌和就已经开 始，直到运输和摊铺的整个过程。因此如何预防和控制温度离析是目前提高公路施工质 量急需解决的问题。 4 1 搅拌设备出料温度控制 搅拌设备的温控系统是一个闭环系统，但是由于滚筒存在着很大的机械惯性，传感 器存在着很大的热惯性，导致了出料温度稳定性波动较大【3 6 】。有些设备由于设计和使用 不当出料温度变化范围在4 - 1 5 以上，给后续施工制造了一个很大的麻烦，埋下了路面 早期损坏的隐患。在对搅拌设备进行出料温度控制时，应就以下方面着手。 一、提高温度自控系统精度 热料出料温控系统的控温精度是首先需要解决的问题，这个系统包括两个方面：一 个是硬件，另一个是软件，而这两部分都有较为特殊的要求。硬件部分，应设置一个比 例调节的燃烧器，而且供油调节比尽量大一些( 一般 l ：4 ) ，比例调节燃烧器可以根据 温度变化对供油量进行成比例的调节，以保证出料温度不会有大的波动。而有些厂家的 搅拌设备配套两段式燃烧器，即只有大火和小火，当出料温度高时用小火，出料温度低 时用大火，造成出料温度波动十分剧烈。有些搅拌设备即使采用比例式燃烧器，由于调 节范围很小，在原材料含水量发生变化，或产量产生变化时，燃烧器的调节已进入死区， 无法对温度进行有效控制。这种现象在工地屡见不鲜，某些设备在某段时间，出料温度 居高不下，而某段时间，出料温度又很低。其次应配置一个灵敏度高的温度传感器，目 前很多设备采用的热电隅式温度传感器热滞后太大，当矿料温度从3 0 c 环境温度以上升 到1 6 0 出料温度时，其反映速度可以滞后3 r a i n 6 m i n 如图4 1 ，当传感器温度到达1 6 0 c 时，料温已经高达2 0 0 ，这给自动控制系统软件的编制带来很大的困难，造成混合料 出料温度的大幅波动，而且难以控制。因此需要采用灵敏度高的结构或传感器形式。在 这里还要提出对温度传感器的标定，由于系统设计和线路或者传感器自身的原因，当用 3 1 蔓璺空堡鱼垫垫塞塑些生丝墨些丝型 传感器、导线、仪表组成系统时一个重要工作是进行标定，特别是红外温度传感系统， 影响因素很多，如材料种类( 不同的材料其发射率不同) ，灰尘的影响、水蒸气的影响 等等。某工地其温度表显示9 6 时出料温度1 6 1 c ，产生了很大的偏差。在标定时应采 用实物的方法进行。第二个因素是软件的编制，由于烘干筒和温度传感器存在很大的机 械和温度惯性，给在线时实控制造成许多困难，采用趋势预测t 多点传感的负反馈控制 系统较为合理，在采取以上措掩之后出料温度可控制在“以内。 图 1 干燥攘筒结果示意图 1 一冷料：2 一滚简：3 - 燃烧器；4 一温度传甚器；5 - 热料 二、原材料的影响 由于烘干加热系统存在很大的热惯性和机械惯性，因此原材料中的古水率变化和供 料量的波动对控温系统影响很大。由于冷料需在滚筒中停留3 m i n - 4 m i n 才能到达出口温 度传感器部位，如图42 所示。并且温度传感器自身温度滞后，控制系统并未设置冷料吉 水量测定装置，不能预知原材料中含水量的变化情况，冷料含水量的大幅度变化对出料 温度影响十分严重。经测定当冷料含水量变化范围在2 0 r 7 时，一些设备出抖温度波 动达1 8 。当然搅拌设备产量的突然变化对出料温度也有很大影响。因此对原材料特 别是细集料应采取防雨措施，如图4 2 所示，并保持搅拌设备工作稳定。 出料温度试验及分析 图42 细集料的防雨棚 长安大学碗士学位论文 在对搅拌设各的控制系统进行很好的配置后，通过对原材料的管理和搅拌设备的合 理使用，混合料的出料温度相当稳定。如图4 3 、表4 i 中所示，a 点为状态较差的设备出 料温度变动情况，其温度波动统计特征值见表42 ，变异系数达到3 9 6 ：b 点为经过认 真调整，合理使用的搅拌设备出料温度变动情况，其温度波动的变异系数为1 2 3 ，一 般而言，当变异系数 2 0 ，风速小于3 级，在 对运料车进行合理的覆盖后，温度离析并不十分明显，如图禾5 和4 6 所示【川，当在螺旋分 料室中建立适合的料位之后，经过螺旋分料器的分料混合后，摊铺层的温度变化小于 i o c ，离析有所减轻。当然最好的保温措施是将卡车的上部与四周都用较厚的保温材 料覆盖。 图4 4 螺旋分料室中的温度 k 安夫学顶学位论文 位黄s p o ls p 0 2s p 0 3 s d 0 4 s p 0 5s p 0 6 温度( ) 1 8 l 1 8 3 图4 s 运料车中的温度 j | | | | “二、 一 一- 、一。7 位置 s p o ls p 0 2s p 0 3s p 0 4 温度 第四章捏台抖温度均目性艘# 控制 图4 7 转运车的变节距螺旋搅拌器 转运车的变节距螺旋能有效的改善混合料的温度离析m i m 】口1 。采用转运车后可以 使混合料经过二次搅拌，连续的、稳定的送入摊铺机。在进行摊铺作业时为了避免温度 离析，应保持连续摊铺不要时停时走时快时慢，特别是不应长时间停车待料。摊铺宽 度每台车不应大于7 m ，当采用两台摊铺机梯形摊铺时，在不影响相互之间工作时，最好 采用0 距离摊铺以减小温度差异。 表4 3 、4 4 、4 5 分别为摊铺宽度为6 5 n 痢1 2 m 时压实度的检测结果及统计特征值， 平整度的检测结果及统计特征值。实验中，沿摊铺方向取样，间隙为1 0 0 m 口6 1 。由以上 检测结果可知两台6 5 m 摊铺机梯形摊铺和一台1 2 m 摊铺机宽幅摊铺相比，由于螺旋分 料器的材料离析和温度离析较小，摊铺后的压实度和平整度及其均匀性都有所提高。 丧 压实度检嗣结果( ) 序号 摊铺宽度( m ) 68 9 659 8 49 8 1 9 7 99