沥青稳定碎石铺筑层竖向离析研究和对策

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1、沥青稳定碎石铺筑层竖向离析研究和对策　　摘要通过建立模型分析沥青稳定碎石铺筑层中较突出的竖向离析现象，结果表明为减少沥青稳定碎石铺筑层竖向离析，必须设法降低摊铺机布料器螺旋转速、减小摊铺机导料板离地间隙，材料设计时应根据采用的摊铺机类型和摊铺厚度选择公称最大粒径，采用粘度较大的沥青和尽量光滑的连续级配。关键词道路工程沥青稳定碎石基层铺筑层竖向离析中图分类号：U41文献标识码：A文章编号：引言沥青混合料的离析在广义上是指沥青混合料铺筑层的不均匀性，主要有三种类型①级配离析②温度离析③集料-沥青离析(通常在SMA中容易产生)。沥青混合料的离析按空间分布分为

2、横向离析、纵向离析、竖向离析。横向离析及纵向离析在铺筑层表面即可由肉眼观测出来，故被广大道路工作者所重视，并提出一系列的控制措施。在摊铺公称最大粒径小（如AC-13、AC-16、AC-20）、一次摊铺厚度（3～6cm）小的沥青混合料时，铺筑层的竖向离析问题并不显著，故国内外对其研究较少。7近年来国内沥青稳定基层一般采用公称最大粒径≥26.5mm的沥青稳定碎石混合料（ATB），其设计厚度为10～40cm，考虑到现有碾压设备的工作性能、层厚对压实度及集料的影响。沥青稳定碎石铺筑层的公称最大粒径大、一次摊铺压实厚度大，竖向离析是其铺筑过程中较突出的问题，但这

3、一问题常常为人们所忽略。本文通过分析钻芯试件，证实沥青稳定碎石铺筑层的竖向离析现象，并建立模型分析影响竖向离析的因素，提出竖向离析的防治措施。一沥青稳定碎石铺筑层的竖向离析现象根据石黄高速和青银高速沥青稳定碎石基层试验路的结果，沥青稳定碎石具有较好的可压实性，现场空隙率都在6%以下，青银高速实验路曾把钻芯试件对半锯开分别测上、下两部分的空隙率，结果发现上、下两部分空隙率相对平均空隙率的波动很小，因此难以联想到产生了竖向离析。图1将铺筑层的钻芯试件锯成上、中、下三部分示意图但是若把钻芯试件切割成上、中、下三部分后进行检测，就很容易发现铺筑层的竖向离析现象

4、，如青银高速公路沥青稳定碎石基层混合料BL1-30，设计油石比3.2%，设计现场空隙率5%，一次摊铺和压实厚度为17cm，把芯样按如图1所示锯开进行试验，结果如表1所示。表1芯样锯成三部分分析的试验结果7从表1可以看出：沥青稳定碎石铺筑层由于竖向离析，整个铺筑层分为三层不同的层次，铺筑层底部集料最粗，上部次之，细集料集中在中部；中部油石比最大，上部次之，底部最小，上、中、下部油石比最大极差2.5%；空隙率底部最大，上部次之，中部最小，上、中、下部空隙率最大极差4.7%。上部的空隙率与油石比最接近设计值，中部和底部的偏离值较大，但上、中、下部总体平均值与

5、设计值相比偏离很少，一方面说明施工控制比较好，另一方面也表明若不把芯样锯成三部分分别检测，难以发现产生了竖向离析。二沥青稳定碎石铺筑层竖向离析产生的过程分析沥青稳定碎石基层一次摊铺厚度较大，最大厚度与布料螺旋前的导料板的离地间隙（一般为160～170mm）接近，为满足厚铺筑层的供料要求，螺旋转速必须较高，因此易使铺筑层产生竖向离析，并主要发生在以下两个阶段:1布料螺旋处产生的竖向离析混合料随螺旋旋转而产生上下滚动、抛掷，粗细集料的粒径、比表面积及运动惯性不同，螺旋布料器转速越高，粗细集料运动速度差异越大，离心力差异也越大，使铺筑层粗细集料分离，粗集料向

6、铺筑层的上部和下部集中。设螺旋布料器转速为，颗粒绕布料器旋转中心作圆周运动的速度方程可写为：①其中：-颗粒半径；-沥青的粘度；-重力相因子，表征重力对颗粒运动速度的影响。7为简化分析，忽略重力相因子的影响，设定模型初始条件为=0，=，则可得在时刻，颗粒的离心力为：②其中：-集料颗粒密度。从②式可见，当很小时，颗粒的离心力主要决定于粒径、螺旋转速。粒径越大，转速越高，离心力越大，而沥青粘度越大，离心力越小。2导料板处塌落面产生的竖向离析图2粗集料沿塌落面滚落产生竖向离析示意如图2所示，布料螺旋前的导料板的离地间隙较大，混合料大骨料沿一个塌落角向下承层滚动

7、，从而使铺筑层下部粗集料聚集，上、中部细料偏多，在摊铺过程中，由于不断有原状混合料（未向下承层滚落之前的混合料）供应上部，所以摊铺层上部混合料接近原状混合料，也更接近所设计的混合料。粗集料颗粒沿塌落面滚动的运动方程可以写为：③其中：-塌落角；、-压力相因子及历史相因子，表征压力变化及混合料的历史相对颗粒运动速度的影响；在摊铺机匀速稳定摊铺的条件下，忽略历史相因子和压力相因子，经过整理并设定模型的初始条件为=0，=0，积分可得：④7以表示导料板的离地间隙，当时，⑤粗集料颗粒沿塌落面的运动速度越大，混合料的竖向离析程度越高。由式⑤可见，颗粒的运动速度和粗集

8、料的粒径的平方及粗集料的密度成正比，和沥青的粘度成反比，另外导料板的离地间隙越大也越大三沥青稳