大功率攤鋪機對高等級路面施工中離析的控制

大功率攤鋪機對高等級路面施工中離析的控制

吳云華1, 王有剛2

( 1. 安徽省港航勘測設計院; 2. 安徽蕪湖鳩江經濟開發區建設局)

摘 要: 離析是影響瀝青路面使用壽命的關鍵因素之一, 通過分析瀝青混凝土離析產生的原因, 結合高速公路大功率攤鋪機運用的實踐, 提出了防止瀝青混凝土末端離析的具體解決方案及控制措施。

關鍵詞: 瀝青混凝土; 大功率攤鋪機; 離析; 控制

中圖分類號: U4161 217 文獻標識碼: C 文章編號: 1008- 3383( 2009) 04- 0007- 02

黃塔(桃)高速公路是國家高速公路網中北京至臺北和杭州至瑞麗高速公路的重要組成部分, 位于皖、浙、贛三省交界處, 本項目安徽段是安徽省第一條交通部典型示范工程。工程的路面單幅寬度15 m, 結構設計為4 cm SMA- 13 瀝青混凝土上面層, 6 cm SUP- 20瀝青混凝土中面層, 8 cm SUP- 25瀝青混凝土下面層。由于采用SUP- 25瀝青混凝土增加了對離析的控制難度, 在做試驗段的時候出現了局部以及條帶的離析, 后來通過對攤鋪機的調整以及施工工藝的改進, 有效地控制和減少了離析, 達到了理想的效果。

1 離析產生的原因及分類

1. 1 離析產生的原因

( 1)原材料及級配組成離析。

施工中石料多種供應的情況非常普遍, 因而尺寸規格極不均勻, 雖然都能符合集料規范要求, 但對同一規格的質量百分率的穩定性重視不夠。例如: 粗粒料和細粒料所占的比重增加了, 而混合料組成中粒徑相差越懸殊, 使大、小顆粒運動趨向兩極化, 顯然會大大增加離析的可能性。

( 2)垂直運輸和坡面滾動離析。

材料垂直運輸時, 一般是垂直跌落和順斜料槽下滑斜向跌落到地面, 這時粒料會因撞擊地面、板、壁等產生彈跳和落地后的滾動。由于大集料質量大、沖擊力也大、反彈的距離

也遠, 而且近似粒徑的彈射角往往也較相近, 這樣就促成了大集料往一處聚集, 造成離析。材料垂直運動靜止后, 不可避免會成為堆狀, 出現坡面產生滾動離析。

( 3)平面移動離析。

施工過程中, 混合料少不了平面輸送、移動, 由于大顆粒易于裸露在表層, 故容易受到工具的觸動力而被移動, 往往大粒徑集料容易被刮到一起, 造成離析。

( 4) 攤鋪形成的離析。

攤鋪機底部的刮板輸送器必需正常獲得供料和運輸, 以保證后面螺旋輸送器得到均衡的供料, 規范同時要求開鋪后最好不要停機, 但實際難以做到, 因供料及啟動和停止攤鋪

速度的不均勻, 會造成振動密實的不均衡也會造成離析。

( 5) 混合料溫度離析。

溫度離析是指瀝青混合料中各部分溫度出現明顯差異而造成的離析。瀝青混合料的溫度越高, 包裹在集料周圍的瀝青的粘結力越小, 所以溫度高的瀝青混合料在裝入攤鋪機料斗、輸料器送料至熨平板前和螺旋輸料器將瀝青混合料送到熨平板兩端的過程中滾動較快。反之, 瀝青混合料的溫度越低, 包裹在集料周圍的瀝青的粘結力越大, 瀝青混合料在攤鋪機輸送過程中滾動較慢, 甚至部分表層料降溫結塊。正是由于存在這種溫度的差異, 使得不同部位瀝青面層的孔隙率和密實度均不相同。

1. 2 離析的分類

( 1) 級配離析。

級配離析即集料在粗集料區域內過分集中或在細集料區域內過分集中, 更科學地說就是現場的粒料配比超過了級配允許的范圍。粗集料的離析往往很容易被發現, 而細集料的離析卻往往被忽視。原材料控制不嚴, 加工規格差異, 集料變異較大; 施工工藝和操作水平不當, 停機待料、梯形攤鋪速度不穩定, 搭接寬度控制不當等均能產生級配離析。

( 2)混合料溫度離析。

混合料中不同部位溫度出現明顯差異而形成的離析。溫度離析是個嚴重問題, 但并不應該是非常復雜難以克服的問題,關鍵在于控制好從拌和機出料口到裝、運、卸、攤鋪、碾壓全過程中的保溫措施, 特別是運輸過程中的保溫, 熱料裝車后要立即做好保溫覆蓋, 運輸途中不得漏風損失熱量, 免得表層料降溫結塊。

2 瀝青施工末端離析的機械控制措施

從近幾年施工的瀝青路面來看, 拌和設備、攤鋪機質量的好壞已成為控制瀝青路面離析的主要因素, 而攤鋪離析更是目前路面施工中最容易出現也是最難控制的。

攤鋪機物料的輸送和分布由刮板輸送和螺旋分料器兩個環節完成, 刮板是一種平移式分層輸料裝置, 對物料不會產生重新攪拌混合作用, 因而對前幾道工序產生的物料物理和溫度離析不能起改善作用。對攤鋪機自身而言, 改善離析和提高攤鋪平整度, 主要通過螺旋分料器的結構設計以及改變運動學參數來實現。

級配混合料中的內摩擦力作用以及物料與輸料螺旋之間的外摩擦力作用影響著螺旋輸料和二次攪拌的效果。合理的攤鋪機螺旋分料器應具有良好的攪拌物料的能力, 使前期工序產生的物料離析得到有效改善, 同時滿足攤鋪寬度上不同部位所需物料量, 使平整度得到保證。這是螺旋分料器設計的最終要求, 也是攤鋪機提高性能的合理途徑。對大多數小功率攤鋪機來說物料的內、外摩擦力作用造成大粒料容易被送往螺旋兩外側, 攤鋪寬度增大則離析加重。主要原因在于其螺旋工作參數設定存在缺陷, 在此強調物料輸料高度位于螺旋中心上方葉片直徑2 /3 處為宜。如果螺旋料位較低, 需要較高的工作轉速才能滿足輸料量( 高達100 r /m in左右, 甚至更高)要求, 在高速拋撒、快速推移運動中, 不同粒徑物料再次離析。這種思想的實質是沿用了傳統的螺旋設計理論, 即螺旋的主要功能是均勻輸料和布料, 而未能賦予螺旋二次攪拌以改善前期工序產生的物理和溫度離析的功能。因此, 對攤鋪機的改進也能起到很好的控制離析的效果。下面結合有黃塔(桃)高速公路中選用的中大DT1600型攤鋪機(功率269 kW, 最大攤鋪幅寬16 m, 最大攤鋪厚度500 mm ) 來說明大功率攤鋪機對末端離析的控制作用。

2. 1 防止橫向離析

( 1)物料滿埋螺旋工作。

這是增大輸料能力, 降低螺旋轉速, 增加二次攪拌作用,避免橫向離析的關鍵, 也是一種新理念。提高刮板和螺旋料位傳感器料位控制點, 是實現這一理念的外部形式, 其內在實質是加大螺旋的驅動轉矩, 并改變驅動器方案。改變攤鋪機采用高速軸向柱塞馬達加減速機的傳動方案, 直接采用低速徑向柱塞大扭矩馬達驅動, 并且將攤鋪機700 m l/ r左右的馬達等效排量增加到1 300 m l/ r, 轉矩和功率與ABG - 423相比增加了1 倍。物料滿埋螺旋降低轉速到80 ~ 90 r /m in以下, 有效防止大顆粒物料隨輸送距離增大而加劇的橫向離析。同時由于螺旋埋于物料底部而增加二次攪拌效果, 改善前期工序產生的溫度與物理離析。

低速大扭矩馬達除可滿足物料滿埋螺旋需要更大驅動轉矩的要求外, 還具有起動效率高、帶載起動能力強、起動平穩的優點, 可以避免高速馬達加減速機由于起動效率低, 在頻繁間斷工況下產生的起動沖擊現象, 減小了物料的沖擊推揚離析。物料滿埋螺旋除增大輸料量并增加螺旋驅動能力外, 還為大厚度一次成型攤鋪基礎材料提供了可能性。

( 2)采用變徑螺旋設計。

攤鋪機的螺旋分料器是一種半開放式的結構, 與通常的封閉式螺旋輸料器將物料全部輸送情況不同的是, 它在分輸料過程中一邊卸料一邊輸料, 最終將物料均勻地送于熨平板的整個幅寬上。因此, 不同位置的螺旋應有不同的輸料能力, 這要求螺旋分料器應有適應這一性能要求的不同升角或直徑。變升角設計有制造困難、互換性差且攪拌不均的缺陷, DT 1600采用變徑螺旋設計, 螺旋自內向外直徑逐漸減小, 整體斷面包絡線呈梯形, 考慮到制造的方便, 可以近似為幾種間斷的直徑結構。這樣在分料工作中, 可以達到全部螺旋滿埋物料工作且攪拌強度一致的效果, 除了有效防止橫向離析外, 還可保證不同寬度位置上攤鋪物料的密實度、平整度一致。

( 3)增加整機功率匹配。

攤鋪機在攤鋪作業中主要的功率消耗在螺旋驅動。特別當物料滿埋螺旋、大寬度攤鋪瀝青混合料時, 物料摩擦阻力矩增加, 驅動螺旋會消耗整機功率的50% ~ 60%, 加之刮板、熨平板由于增加寬度相應增加了功率消耗。發動機功率要裕量配置, 避免發動機因各種超載產生掉速現象。發動機掉速會影響攤鋪機的正常工作秩序, 是產生離析、影響平整度的主要因素, 也是攤鋪機的通病。

2. 2 防治豎向離析

豎向離析指攤鋪橫向斷面上, 下部大粒料多而上部大粒料少的上下離析現象。豎向離析的原因是螺旋料槽上部大粒料沿開口處向下滾落, 這一現象發生在螺旋前擋板離地間隙調節偏大且料槽中缺料的工況下, 以及螺旋外端料槽前方的卸荷口處。由于大粒料沿著螺旋前擋板的間隙和卸荷口處向下滾落, 結果造成大粒料沉落于攤鋪下層。

大功率攤鋪機采用物料滿埋螺旋設計, 避免了料槽因缺料在螺旋與前擋板之間產生的粒料滾落斜坡。在前擋板下方加裝了上下高度可調的前導板, 根據攤鋪厚度和材料不同適當調節離地間隙, 同時前導板下部采用彈性橡膠板結構,可以將離地間隙調為最小且利用彈性板的外張效果減小螺旋的輸料阻力。對螺旋外端處的卸荷口, 同樣采用彈性橡膠板的懸臂式結構, 既防止大粒料向下滾落, 又起到防止螺旋卡死而卸荷的作用, 也避免了因螺旋卸料不暢頂起熨平板影響平整度的現象。

2. 3 防止縱向離析

縱向離析指攤鋪層上出現的沿行車方向的條形離析帶,主要產生于左右螺旋的中縫處, 各自螺旋的過渡支撐處和雙機并幅攤鋪的接縫處。

采用單機大寬幅攤鋪, 不存在雙機并機產生的300~600 mm 的接縫。由于螺旋驅動鏈輪箱的空間干涉, 使左右螺旋在中縫處斷開一定距離, 這一斷裂處的物料得不到螺旋擠壓和攪拌, 而僅依靠物料的自然流動來充填, 攤鋪后密實度很低且級配不勻, 形成一明顯的條形離析帶。在該斷開處的左右螺旋上各加裝一組角度可調的反向螺旋葉片, 根據攤鋪厚度和材料的變化來調節葉片數量和角度, 使中縫處物料充填密實均勻。

螺旋支撐處的離析帶主要是由于支撐處螺旋輸料不暢,破壞了物料沿螺旋在寬度方向上輸送的均勻連續性, 影響了該處的密實度和級配所致。加大螺旋料槽前后方向的寬度,減小支撐處的結構尺寸, 并使支撐結構呈圓弧過渡面, 在支撐處的螺旋上加裝圓周角100°以上的過渡葉片, 可有效解決物料在支撐處的阻滯狀況。

加大料槽前后尺寸、增加料槽中物料的攪拌體積和空間, 也是提高二次攪拌作用, 改善溫度和橫向離析的措施。

物料滿埋螺旋工作也相對減小了支撐處的阻滯影響。為了保證物料滿埋螺旋, 在施工過程中還要對螺旋葉片進行調整, 特別是大小葉片的組合, 在支撐處換成小直徑葉片, 使物料在支撐處堆積, 避免因缺料而產生縱向條帶離析。

經過以上的調整, 攤鋪機的攤鋪質量得到了保證, 取得了滿意的效果。

3 結 語

離析是造成路面坑槽、車轍、滲水等早期破壞的質量隱患, 相對于平整度等指標而言, 離析對路面質量的影響更為嚴重。有數據統計顯示, 路面的破壞有50% 以上是由于離析所引起的。所以采取各種措施控制和減少混合料的離析是保證高速公路路面質量的關鍵。隨著社會的發展, 一些先進的施工設備不斷的出現也為高速公路的施工質量的提高提供了有力的保證, 中大DT 1600型大功率瀝青攤鋪機在黃塔(桃) 高速公路中的應用, 取得了防止瀝青混凝土末端離析的機械控制的實際經驗, 得到了良好的效果。

參考文獻:

[ 1] 呂偉民1 瀝青混合料設計原理與方法1

[ 2] 舒翔, 姚懷新1 瀝青混凝土路面攤鋪

2009年 第4期(總第182期) 黑龍江交通科技HE ILONGJIANG J IAOTONG KEJI No. 4, 2009

(Sum No. 182)