沥青混合料的摊铺,是保证沥青砼路面平整度、厚度及压实度的关键工序,摊铺机作业速度对摊铺机的作业效率和摊铺质量影响极大,正确选择摊铺作业速度,是加快施工进度、提高摊铺质量的重要手段。针对目前市政道路、普通公路摊铺控制的一般状况,提出在沥青混合料面层质量控制中要特别注意摊铺速度的控制。 1 沥青混合料摊铺控制的原则、目的及重要性 根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定:在热拌机铺沥青混合料面层施工中,摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,不得随意变化速度或中途停顿,以提高平整度,减少混合料的离析,摊铺速度宜控制在2~6m/min的范围内,对改性沥青混合料及SMA混合料宜放慢至1~3m/min。当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时,应分析原因,予以消除。
1 沥青混合料摊铺控制的原则、目的及重要性
根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的规定:在热拌机铺沥青混合料面层施工中,摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,不得随意变化速度或中途停顿,以提高平整度,减少混合料的离析,摊铺速度宜控制在2~6m/min的范围内,对改性沥青混合料及SMA混合料宜放慢至1~3m/min。当发现混合料出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕时,应分析原因,予以消除。
沥青混合料的摊铺原则是“缓慢、均匀、连续”,达到“摊铺后的面层应该达到足够的平整度和密实度”和“产生均匀纹理的平整路面”的目的。
美国沥青杂志2001年在《Compaction Principles for Heavy-duty HMA》中介绍,为了提高重载路面的压实度,首要的因素是利用摊铺机进行初始压实,这就要求摊铺机的速度要慢,宽度要窄,这是铺筑重载路面的重要措施。
沥青混合料摊铺机摊铺过快,除影响压实外,还易导致沥青砼面层表面有刮花的现象,碾压后表面质量差;摊铺时速度时快时慢、时开时停,则会造成路面平整度,表面质量差、压实度不好等现象。
现在的市政和公路工程路面施工时,多数采用两台及以上摊铺机成梯队同步进行摊铺作业,前后机错开10m~20m,两幅之间搭接5~10cm,搭接一侧后机采用“滑靴”传感控制,摊铺速度的快慢及由摊铺引起的平整度偏差影响更为重要。
2 沥青混合料摊铺控制的现状
高速公路施工中,沥青砼面层的施工受外界影响较小,容易保证摊铺“缓慢、均匀、连续”进行。而城市道路及一般公路改建工程往往边施工边通车,且平交路口多,城市道路还有交通高峰期、管线检查井多等问题,沥青混合料在运输、摊铺等过程中受交通、周围单位、管线等各种因素影响很大,从客观上造成了沥青混合料摊铺时前后场协调难度大,摊铺速度不易控制,加上施工单位本身的问题,使城市道路及一般公路沥青砼面层的摊铺控制不如人意。主要问题如下:
⑴早上多辆运料车已到,但施工现场还没有准备好,或由于摊铺机调头、转场、机械故障等原因造成压车,为使温度降低较少及运料车周转,施工队长要求减少振捣,加快摊铺速度。
⑵运输车有故障、交通高峰期、堵车或本身拌和楼的拌制量不满足要求,使摊铺机前料车不足,导致摊铺过程不连续,摊铺机时开时停,或时快时慢。
⑶技术人员控制不严或者自身对摊铺速度的控制认识不够,现场对每层的摊铺速度、振捣器频率、振动器频率等摊铺操作交底不清楚,觉得摊铺速度无所谓,不影响质量,由摊铺机操作手随意操作。
⑷摊铺机操作手任意调整摊铺参数,存在为了早下班快摊铺、为减少机械磨损降低振捣或振动、随意将摊铺机熄火等现象,特别是租赁的摊铺机更容易出现。
⑸运料车司机经验少,倒车停止、挂空档、开始卸料的时机与摊铺机配合不好,造成撞击摊铺机或将料洒在地上的现象,使平整度不好。
3 沥青混合料摊铺速度和均匀性对表面质量的影响
1998年11月美国第六届全美热拌沥青混合料会议上,500多定施工单位一致认为要想提高铺筑时的平整度,首先要做到摊铺时的两个不要:不要停下摊铺机;不要碰撞摊铺机。保证充分供料,摊铺机均匀、连续地摊铺,避免间隙和停顿。
现代摊铺机均具有较大的速度变化范围,在零值至每分钟数十米之间,可进行无级调节。在摊铺沥青混合料过程中,不应随意变更摊铺机的摊铺速度,更应避免中途停顿,如果摊铺机时快时慢、时开时停,将导致熨平板受力系统平衡变化频繁,对摊铺层平整度和密实度产生很大影响;而且,即使是目前最先进的摊铺机,其纵向整平系统在每次重新启动后仍需行驶3~8m距离才能恢复正常。速度过快会使铺层疏松、供料困难,停机会使铺层表面形成台阶状,且料温下降,不易压实。因此,应尽量使摊铺机缓慢、匀速、不停顿地连续摊铺混合料。
为避免摊铺机料斗内料全部清空,第一辆车卸完料后应立即离开,第二辆车应快速后退至摊铺机前30cm左右,同时挂空档并准备卸料,摊铺机正好继续推着料车前进。应十分注意,后退的料车不得撞击摊铺机,料车待卸料及卸料过程在不得制动而增加摊铺机的牵引负荷,另外,卸料不得过猛,否则摊铺机的速度变化会使平整度下降,甚至形成波浪或“搓板”等面层质量问题。
对重交沥青混合料来说,其在摊铺过程中易发生离析现象,摊铺宽度过宽,使得摊铺机螺旋布料器分料的时间相应增加,此时若摊铺速度过快,易引起沥青混合料的离析,进而影响摊铺的质量,宜适当降低摊铺速度,确保摊铺面层表面纹理的均匀性。 4 沥青混合料摊铺速度及振捣对压实度的影响
摊铺机的重量和马力是一定的,摊铺宽度越大,平均振捣力越小;速度越快,单位面积上的振捣和振动越少,铺筑后的初始压实度越小。而初始压实度越大,混合料铺筑后的温度下降越慢,可以争取到更长的压实时间,压实更好。
有的工程认为表面层混合料粒径较细,即使摊铺速度快也不会离析,其实表面层最薄,越薄的层次越需要防止降温太快,以争取更长的压实时间。
两台摊铺机梯队摊铺时,应调整两台摊铺机尽量保持相同的速度和相同的初始压实度,若初始压实度不统一,则表面质量、压实度均有较大差别。
5 根据影响因素合理选择摊铺速度及其它摊铺参数
通过工程施工总结,影响摊铺机作业速度的因素包括拌和机产量(供料能力)、施工机械配套情况、混合料种类、摊铺温度、铺筑的结构层次及摊铺的宽度等。
5.1 根据供料能力考虑摊铺速度
可按下式计算 V=100Q·C/(60b·h·r)
式中:V-摊铺速度(m/min),
Q-混合料的供给能力(t/h),
b-摊铺宽度(m),
h-压实后的厚度(cm),
r-压实后沥青混合料毛体职密度(t/m3),一般取r=2.35t/m3,
C-摊铺机的效率参数,一般取0.9左右。
现在城市道路和普通公路一般均采用两台梯队摊铺,供料能力一般小于或等于两台摊铺机连续摊铺的能力,摊铺速度一般按其它因素控制。
5.2 沥青混合料种类对摊铺速度的影响
对于悬浮密实类的普通沥青砼而言,细集料较多,使得这一类型的混合料易压实,规范规定的摊铺速度略快些,但最好选用规范偏小值。
AK和SMA类型的上面层混合料,其粗集料多,不易压实,且摊铺厚度较薄,期望通过压路机的碾压完全达到设计要求的压实度比较困难,特别是SMA薄面层,如果摊铺速度过快,将会造成可压实性的先天不足,以致无论如何碾压,都难以达到设计要求的98%以上的压实度。因此,适当缓慢的摊铺速度(一般控制在1~2.5m/min范围内),对SMA来说,是取得预期压实效果的先决条件。
5.3 结构层次对摊铺速度的影响
摊铺不同的路面结构层次,应该选择不同的摊铺速度。对于摊铺厚度大于4cm的底面层,可允许摊铺速度快些,但也不宜超过4m/min。其原因有两个,其一是由于层厚,有一定的可压实空间,;其二,因为是底面层,对其表观纹理可稍微放宽要求,重点把握压实度。
由于路面上面层结构的主要功能是抗滑、抗磨耗、抗车辙、降低噪声和提高耐久性,对于这种薄层结构的摊铺,摊铺速度应适当降低,以取得摊铺后的路面颗粒排列紧凑、纹理均匀和预压实度达到85%以上的效果。
5.4 摊铺温度对摊铺速度的影响
当现场混合料的摊铺温度比较低时,沥青混合料的粘度就会增高,和易性降低,对于改性沥青SMA,表现尤为突出,给混合料的压实带来很大的困难。在这种情况下,摊铺机的预压实效果显得尤为重要,因此,不能提高摊铺机速度。但这种情况往往发生在气温比较低的时候,这时沥青混合料的温度从卸车至摊铺这段时间内会降低较多,对此又需要适当提高摊铺速度,这就与前面的要求发生了矛盾。权衡两者,在保证尽快碾压、留有足够压实时间的前提下,可考虑摊铺速度适当加快一点,但仍不宜超过4m/min。
总之,在规范允许的2~6m/min范围内,对于较厚的普通沥青砼底面层,可适当提高摊铺速度,但不宜超过4m/min;对于薄层面层,摊铺速度应控制在2~3m/min的范围内;SMA薄面层一般控制在1~2.5m/min范围内。
通常在一般情况下,振捣器频率都要调到10~15Hz(600~900rpm),振动器也必须开动,振动器频率通常调到20~30 Hz(1200~1800rpm);铺设3.5cm以下的薄层时,除控制速度要慢外,还要将振捣器频率减少,熨平装置以最大的振动频率工作,这样能够达到良好的压实效果。
6 结合实践情况控制好沥青混合料的摊铺质量
在2004年施工的临沂市某市政道路下面层中,现场个别地方表面颗粒排列不紧凑、纹理不均匀、存在刮花现象。经过对施工现场的观察检测发现,此段施工时间为后半夜,当时施工气温较低,且该路段正处在宽度变化处的一个路口之间,摊铺机需加长熨平板,导致料车等待摊铺的时间较长,施工队长要求加快摊铺速度,操作手也急着摊完下班,以致摊铺速度过快、振捣减轻。同台摊铺机在隔天白天的施工中,摊铺机组负责人将摊铺速度降至2m/min以后,摊铺表面就没有刮花的现象了,也有效地保证了路面的压实度。事实证明了在摊铺速度保持2m/min的情况下,能达到较好的摊铺效果,使路面有足够的平整度与压实度。
在路面摊铺施工过程中,不可因施工现场等待摊铺的料车排队,担心沥青混合料温度损失而加快摊铺机行进的速度。现假设现场有10辆运料车,按每辆车运料32t计,沥青混合料的密度为2.35t/m3,摊铺宽度为7.5m,厚度按5cm,摊铺速度为2.5m/min,则一台摊铺机摊铺一车混合料所需时间为15min,摊铺10车料需时间至多为3h,根据我公司在临沂市市政道路上的施工经验,即使在冬季气温低的情况下,3h内混合料的温降不会超过10℃,而且降温主要集中在料车的外层15cm内(运输车上有覆盖),当摊铺至第10辆料车的混合料时,仍能符合规范要求的摊铺温度,因此,不能因现场有料车等待摊铺而要求加快摊铺速度。
施工中,由于各种原因造成摊铺机前料车不足,部分路段无法保持匀速前进,而是时而正常时而特慢,时开时停,造成了现场摊铺效果不尽于人意的现象,在市政道路上更为普遍,应通过做好施工组织及协调控制好。
技术人员应充分认识摊铺速度控制的重要性,现场做好每层摊铺速度、振捣器频率、振动器频率、自卸车卸料等技术安全交底,并加强现场所有机械操作手的质量意识教育,杜绝出现摊铺机操作手任意调整摊铺速度、降低振捣或振动、随意将摊铺机熄火等现象。
7 结束语
2003以来多个市政及公路工程实践中,我们选择了2~3m/min的摊铺速度,且在摊铺过程中尽量做到了缓慢、均匀、连续摊铺,表面观感、平整度、压实度均较好。事践证明了在摊铺速度保持2~3m/min的情况下,能达到较好的摊铺效果,当摊铺速度大于4m/min时,路面的表面纹理和内在的压实度很容易出现这样或那样的问题,控制摊铺速度应作为沥青混合料质量控制中非常重要的一环来做好。