機(jī)械設(shè)備對(duì)瀝青混凝土路面施工質(zhì)量的影響分析

摘　要　主要從施工生產(chǎn)設(shè)備的選型,對(duì)瀝青混合料施工質(zhì)量的影響、以及各種設(shè)備的性能參數(shù)的選擇對(duì)提高瀝青混合料路面施工質(zhì)量的諸多要素分析，總結(jié)以合理的機(jī)械設(shè)備選用，提高施工質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞　瀝青混合料　碎石　施工機(jī)械

    瀝青混合料路面以其無(wú)接縫、低噪音、行車舒適、維修方便并能及時(shí)地開放交通等突出特點(diǎn),發(fā)展勢(shì)頭尤其迅猛。但是某些高速公路在建成初期,就出現(xiàn)了不同程度的早期破壞。影響瀝青混凝土路面質(zhì)量有諸多因素,質(zhì)量高的瀝青路面,一方面要求,施工管理和施工技術(shù)的提高。另一方面,選擇良好性能的瀝青路面施工設(shè)備也非常重要的因素。筆者結(jié)合近幾年的施工和監(jiān)理經(jīng)驗(yàn),從瀝青混合料的生產(chǎn)、攤鋪和碾壓等方面來(lái)分析施工機(jī)械設(shè)備對(duì)路面施工質(zhì)量的影響。

1　瀝青混合料的生產(chǎn)

    瀝青混合料拌和設(shè)備是瀝青混凝土路面施工中的關(guān)鍵設(shè)備。其性能的好壞,直接影響到瀝青混合料的內(nèi)在質(zhì)量，如混合料的溫度和級(jí)配、油石比等的準(zhǔn)確性。目前我國(guó)用于高等級(jí)路面施工的瀝青混合料拌和設(shè)備，基本上都是進(jìn)口設(shè)備(如西姆、瑪蓮尼、新瀉等)由于這些設(shè)備均配置有溫度自控系統(tǒng)的，對(duì)集料都有二次計(jì)量，并對(duì)整套系統(tǒng)，實(shí)行計(jì)算機(jī)的中央控制，生產(chǎn)的混合料質(zhì)量較為理想。但我們常常忽略碎石加工設(shè)備的造型和使用，施工前僅對(duì)原材料的基本性能做試驗(yàn)檢測(cè)。事實(shí)上碎石加工設(shè)備的造型和使用對(duì)碎石材料的質(zhì)量也有至關(guān)重大的影響。

1. 1　碎石材料破碎機(jī)的選擇

    破碎機(jī)按給料和產(chǎn)品的粒度可分為三大類:

    粗碎破碎機(jī)—由50cm～150cm破碎至10cm～35cm;

    中碎破碎機(jī)—由10cm ～35cm 破碎至4cm ～10cm;

    細(xì)碎破碎機(jī)—由4cm ～10cm 破碎至0.5cm ～3cm;

    按破碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特征可分為:

    1)顎式破碎機(jī)

    2)施回破碎機(jī)和圓錐式破碎機(jī)

    3)輥式破碎機(jī)

    4)沖擊式破碎機(jī)

    以上四種破碎機(jī)中顎式破碎機(jī)工作的運(yùn)動(dòng)形式是往復(fù)運(yùn)動(dòng)。主要用于堅(jiān)硬石料的粗碎和中碎的加工。一般僅可用干碎石材料的一級(jí)破碎,不可直接用于路面用碎石材料的生產(chǎn)加工。

    輥式破碎機(jī)利用輥?zhàn)拥南鄬?duì)碾壓滾動(dòng)，把碎石壓碎。可用于碎石的中碎、細(xì)碎。但一般生產(chǎn)能力較低。目前市場(chǎng)上用量較大的是沖擊式破碎機(jī)(包括反擊式和錘式破碎機(jī))這兩種破碎機(jī)石料受到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，獲得較大的速度。工作連續(xù)性強(qiáng)，生產(chǎn)能力大，碎石破碎面多，比表面積較大。值得注意的是要定期更換板錘或錘頭，才能更好地保證碎石材料的質(zhì)量，從而也是保證瀝青混合料質(zhì)量的先決條件。

1. 2　瀝青混合料拌合設(shè)備配置的選擇

    (1) 拌合設(shè)備冷料部分應(yīng)配置五個(gè)以上冷料斗一般拌合設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)備置只有4個(gè)冷料倉(cāng)，只能對(duì)四種冷倉(cāng)料進(jìn)行初步計(jì)量,即2～3cm碎石、1～2cm碎石、0.5～1cm碎石和石屑。而在施工生產(chǎn)過(guò)程中，瀝青混合料的配合比往往需要5種基本材料，即還應(yīng)選擇適量的優(yōu)質(zhì)中砂或機(jī)制砂。所以瀝青混合料拌和設(shè)備必須保證配置5個(gè)以上的冷料倉(cāng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)級(jí)配要求的各種原材料進(jìn)行準(zhǔn)確的一級(jí)計(jì)量。

    (2) 拌和設(shè)備必須配置一級(jí)旋風(fēng)式除塵設(shè)備

    旋風(fēng)式除塵設(shè)備的工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的氣流帶動(dòng)作用，使各種材料中的微小顆粒、雜質(zhì)、粉塵在離心力作用下清除，對(duì)集料進(jìn)行一次整體的“干洗“過(guò)程,從而更好地保證集料的潔凈度，增加與瀝青的粘附性能。另外除塵設(shè)備還須有布袋式裝置，以能改善廢氣的排放，保護(hù)環(huán)境。

    (3) 拌和設(shè)備必須配置兩套以上的粉料及輸送計(jì)量裝置

    因通過(guò)除塵設(shè)備回收的礦料粉塵含有大量的泥質(zhì),細(xì)度雖然能保證，但大部分含有酸性或弱酸性，如果回收利用作為礦粉填加到瀝青混合料中，嚴(yán)重影響瀝青混合料的質(zhì)量。尤其在高等級(jí)的公路建設(shè)中，應(yīng)禁止使用回收粉塵作為填料。一般在公路瀝青混合料的拌和中采用石灰?guī)r提制的礦粉作為填料。但由于各施工現(xiàn)場(chǎng)的條件不同，尤其瀝青路面上面層使用玄武巖等中基性礦料石，礦料與瀝青的粘結(jié)力達(dá)不到規(guī)范要求，需要在混合料中按準(zhǔn)確的比例填加水泥或消石灰等材料作為輔助填料，從而確保瀝青混合料的質(zhì)量。所以配置兩套填料的填加設(shè)備就格外重要，并且要求有準(zhǔn)確的計(jì)量裝置。

    (4) 增大瀝青混合料熱料倉(cāng)的容量目前國(guó)內(nèi)的碎石材料加工廠規(guī)模普遍較小，而高等級(jí)公路建設(shè)中，材料用量大，時(shí)間急勢(shì)必造成碎石材料很難達(dá)到統(tǒng)一規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)，再加上材料場(chǎng)地堆放過(guò)程中等原因產(chǎn)生離析現(xiàn)象。初級(jí)冷料級(jí)配控制不能完成標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)入熱料倉(cāng)的材料。熱料倉(cāng)一般是按合理搭配生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)，這樣就容易造成熱料二次篩分后分配不均衡，經(jīng)常出現(xiàn)有些熱料倉(cāng)溢料，而有些熱料倉(cāng)待料時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。嚴(yán)重影響瀝青混合料的拌和質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為改善這種狀態(tài)一方面可嚴(yán)格控制冷料計(jì)量的準(zhǔn)確度。二是及時(shí)調(diào)整二次篩分的振動(dòng)篩，保證各熱料均衡配料。再有就是增加熱料倉(cāng)的容量。才能真正作到在保證瀝青混合料拌和質(zhì)量的前提下，提高拌和生產(chǎn)能力。從而保證路面施工的連續(xù)性和均衡性。確保路面的整體質(zhì)量。

2　瀝青混合料的攤鋪

    瀝青混合料攤鋪機(jī)是用來(lái)將拌制出的瀝青混合料按一定的技術(shù)要求(厚度和橫截面形狀)均勻地?cái)備佋诼坊蚧鶎由?，并給以初步搗實(shí)和整平的專用設(shè)備。使用技術(shù)性能好的攤鋪機(jī)，不僅可大大地加快施工速度、節(jié)省成本又可提高所鋪路的質(zhì)量。

    瀝青混合料攤鋪機(jī)的類型較多，按行走裝置分為輪胎式、履帶式和輪胎履帶組合式。按轉(zhuǎn)動(dòng)方式分為機(jī)械式和液壓式等。

2. 1　攤鋪機(jī)的選擇

    輪胎式攤鋪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：行駛速度快可達(dá)20km/h可自動(dòng)轉(zhuǎn)移工地,費(fèi)用較低,機(jī)動(dòng)性和操縱性能好，對(duì)單獨(dú)的小面積積高堆或沉坑適應(yīng)性好，不致過(guò)分影響鋪層的平整度,彎道攤鋪質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低。其缺點(diǎn)是：按地面積較小，牽引力較小，料斗內(nèi)的材料多少會(huì)改變后驅(qū)動(dòng)輪的變形量，從而影響鋪層的質(zhì)量。

    履帶式攤鋪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：接地面積大，對(duì)地面的單位壓力小，牽引力大，能充分發(fā)揮其動(dòng)力性對(duì)基層的不平度不太敏感。其缺點(diǎn)：行駛速度低，不能很快地自行轉(zhuǎn)移工地。對(duì)地面較高的凸起點(diǎn)適應(yīng)能力差，機(jī)械傳動(dòng)式的攤鋪機(jī)在彎道上作業(yè)時(shí)會(huì)使鋪層邊緣不整齊。此外，制造成本較高?；诼膸綌備仚C(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在高等級(jí)公路建設(shè)施工中，使用此攤鋪機(jī)較多，個(gè)別互通立交橋的匝道施工適用輪胎式攤鋪機(jī)的配合，所以履帶式攤鋪機(jī)是高等級(jí)公路建設(shè)的優(yōu)選設(shè)備。

2. 2　布料螺旋與熨平板前緣距離調(diào)整

    熨平板前緣與布料螺旋之間的距離是可調(diào)整的，這要將更好的適應(yīng)不同的攤鋪材料和工作條件。

    由于攤鋪厚度，混合料配合比，基層強(qiáng)度和剛度，骨料粒徑等各種的變化，要求對(duì)這一距離做相應(yīng)的調(diào)整,調(diào)整操作應(yīng)遵循下述原則：

    (1) 一般攤鋪條件下(厚度10cm以下，中粒式或粗粒式瀝青混凝土，骨料最大粒徑3cm)應(yīng)將熨平板與布料螺旋之間的距離調(diào)到中間位置。

    (2) 攤鋪厚度較大，骨料粒徑也較大，或發(fā)現(xiàn)攤鋪機(jī)表面出現(xiàn)波紋時(shí)。應(yīng)將距離調(diào)大。

    該距離的調(diào)整范圍在機(jī)器結(jié)構(gòu)上已經(jīng)固定好5cm左右，不適當(dāng)?shù)恼{(diào)整就會(huì)造成攤鋪缺陷，距離過(guò)大時(shí)容易在熨平板前堆積死料，溫度降低后會(huì)形成固塊狀脫落，進(jìn)入攤鋪層后形成強(qiáng)度不均，不易壓實(shí)，距離過(guò)小時(shí)，會(huì)造成供料不足，大粒徑骨料不易進(jìn)入熨板下，也會(huì)損壞基層。特別指出的是，螺旋與熨平板間距離的變化，會(huì)引起熨平板前沿堆料高度的變化，影響攤鋪質(zhì)量。

2. 3　螺旋布料器高度的調(diào)整

    大多數(shù)攤鋪機(jī)對(duì)螺旋布料器的高度的調(diào)節(jié)，設(shè)置有高中低三個(gè)位置。其目的在于能使布料厚度(堆積在熨平板導(dǎo)板之前的物料)與設(shè)計(jì)路面相適應(yīng)。

    高位適用路面鋪層高度超過(guò)15cm

    中位適用路面厚度4～15cm

    低位適用于路面厚度小于8cm

2. 4　夯錘行程頻率的選擇

    正確的選擇夯錘行程及頻率，能在不同層厚不同礦料粒徑，不同氣溫條件下，達(dá)到各種要求的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，甚至可達(dá)最終密實(shí)度的要求。

    一般情況下，薄層礦料粒徑小，應(yīng)選用短行程。反之，層厚、濕度低、礦料粒徑大時(shí)，應(yīng)選用長(zhǎng)行程。攤鋪面層時(shí)只能選用短行程，當(dāng)攤鋪厚度低于3.5cm時(shí)，應(yīng)將夯擊頻率降低，使整機(jī)勻穩(wěn)地前進(jìn)。

    經(jīng)驗(yàn)和壓實(shí)機(jī)理表明，通過(guò)夯實(shí)達(dá)到的密實(shí)度愈高，愈能降低壓路機(jī)碾壓時(shí)的攤粉程度，對(duì)平整度是有利的，但是當(dāng)夯錘的行程和頻率調(diào)整的太高,熨平板在工作中就可能出現(xiàn)負(fù)傾角，即熨平板的尾端翹起與攤鋪層分離說(shuō)明鋪筑層的密實(shí)度高，熨平板已不能對(duì)鋪筑層進(jìn)行有效的熨平，也就不能保證施工平整度，反而影響路面的整體質(zhì)量。

2. 5　攤鋪速度的選擇

    保證路面工程質(zhì)量的關(guān)鍵在于保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)速度均勻連續(xù)，也就是“恒定連續(xù)工作原則”取決于攤鋪機(jī)的有效能力與拌和設(shè)備的實(shí)際拌和能力是否匹配。保證攤鋪機(jī)在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)連續(xù)恒速地鋪筑，攤鋪機(jī)作業(yè)速度可按下式：

    V = c/60w×n×p=c/140w×n (m/min)

式中：V—攤鋪機(jī)的作業(yè)速度(m/min)

    w—路面鋪筑寬度(m)

    n—路面鋪筑厚度(m)

    p—壓實(shí)后的混合料密度(可選2.33～2.40)

    c—瀝青拌和設(shè)備估料能力(t/h)

    按上式計(jì)算的速度，并不是十分確切的，應(yīng)有實(shí)際攤鋪厚度的誤差，在實(shí)際工作中，要根據(jù)拌和設(shè)備的產(chǎn)量來(lái)確定攤鋪速度、產(chǎn)量高時(shí),加大些,產(chǎn)量低時(shí)減小些。盡量保持?jǐn)備仚C(jī)恒速和避免攤鋪機(jī)處于停機(jī)待料狀態(tài)。

3　瀝青混合料的碾壓

    瀝青混合料的壓實(shí)成型是影響路面平整度和密實(shí)度的關(guān)鍵工序，其中對(duì)壓路機(jī)機(jī)型，碾壓遍數(shù)，碾壓速度的選擇尤為重要。

    壓實(shí)機(jī)械應(yīng)選用雙鋼輪雙驅(qū)雙振的壓路機(jī)。

    試驗(yàn)研究表明,振動(dòng)輪是主動(dòng)輪，碾壓的面層比被動(dòng)輪碾壓發(fā)生推移現(xiàn)象少的多，用單驅(qū)壓路機(jī)碾壓，被動(dòng)輪可能使路面表面產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)。同時(shí)振動(dòng)輪群碾壓不應(yīng)過(guò)大，否則會(huì)影響路面平整度。

    另外還應(yīng)選用多振頻、多振幅的振動(dòng)壓路機(jī)，因?yàn)闉榱双@得最佳的碾壓效果，必須合理地選擇壓路機(jī)的振頻和振幅。

    振頻主要影響瀝青路面的表面壓實(shí)質(zhì)量，在壓實(shí)厚度和碾壓速度確定后，就要選擇壓路機(jī)的振頻，使得沖擊間距比壓實(shí)層厚度要小一些，以避免表面發(fā)生短的波紋。由此可以確定振頻的要求見(圖1) 。根據(jù)美國(guó)斯德哥爾摩道路局研究成果，瀝青路面的碾壓振頻在30～50 Hz之間進(jìn)行選擇，能夠得到良好的壓實(shí)效果。

    振幅主要影響瀝青面層的壓實(shí)深度，當(dāng)碾壓軟薄層時(shí)，應(yīng)選用高振頻低振幅，而碾壓層較厚時(shí)，則可在滿足低振頻的要求下，選取較高的振幅，以獲得較高的壓實(shí)度見(圖2) 。對(duì)于瀝青路面，壓路機(jī)振幅通常應(yīng)選擇0.4～0.8mm之間的振幅，可以收到良好的壓實(shí)效果。