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浅谈沥青混合料非常规试验方法
日期:2006-01-08来源:作者:陈国锋

浅谈沥青混合料非常规试验方法 


陈国锋 


【内容摘要】本文主要介绍了沥青混合料在拌和、摊铺、碾压过程中的几种非常规试验方法,反映了准确试验对提高沥青路面质量水平的重要性。 


【主题词】:  沥青混合料      非常规      试验      方法 


Ⅰ、前言 


随着公路等级的提高,沥青路面已成为高等级道路路面中占主要地位的路面结构。沥青混合料是修筑沥青路面的主要材料料,沥青及其集合料的组成与沥青路面的好坏有密切的关系,它直接影响到沥青路面的使用寿命。为了提高沥青路面的质量水平,修筑优质的沥青路面,在施工过程中及时地对沥青结合料和沥青混合料的性质进行准确试验将具有较大的现实意义。


Ⅱ、沥青混合料非常规试验方法 


沥青混合料除了要进行常规的试验方法外,再根据施工经验结合一些非常规的试验方法加以验证,对于提高沥青混合料的施工质量是十分有益的。下面介绍几种沥青混合料的非常规试验方法:


一、冷料仓的流量 


沥青混合料拌和设备通常设有4个冷料仓,最靠近烘干筒的1号仓装最细的集料,依集料粒径从大到小编号,4个冷料仓中标4种规格集料的用量比例在目标配合比设计中确定。生产时,4个冷料仓应按设计比例和一定速度向拌和机供料,即每个冷料仓必须分别保持稳定流量,这样才能满足矿料级配和拌和机生产能力的要求。


各冷料仓的固定流量,可根据拌和机的生产能力(t/h)和目标配合比设计算得到。如其拌和机的生产能力为100t/h,1号仓装有天然砂,在目标配合比计中天然砂的用量比例为20%,所拌沥青混合料的沥青含量为5%,则1号仓的固定流量应为:100×0.95×0.2=19(t/h),即1号仓必须均匀地每小时流出19t。 


冷料仓出料控制一般有振动式和输送式两种。振动式的振源来自安装在冷料仓出料口附近的振动马达或电磁线包,通过改变马达的震荡频率改变冷料仓的流量。输送式是在出料口下缘安装一个小型皮带运输机或往复式送料滑板,改变小皮带钻速或改变滑板的往复频率,就能改变冷料仓的流量。 


出料口的流量试验,就是要找到流量与集料规格(品种)、出料口开启程度、小皮带转速等之间的关系,并用流量关系曲线表示。根据计算的流量,在曲线上查得转有某种规格集料的冷料仓出料口应张开的大小及皮带应具备的转速。


为了减少试验工作量,冷料仓出料口的张开程度可根据集料的粗细,凭经验确定。因此,只须分别测定4个冷料仓的流量与小皮带转速的关系。


现以皮带式为例,详述试验步骤如下:


1、各冷料仓分别装满不同规格集料;


2、移走与水平皮带运输机接头的提升运输机,将装载机置于该处,准备接料。


3、启动大型水平皮带运输机。


4、选择某一低速,启动1号仓的小皮带,并开始计时。装载机料斗内落满料后,开走装载机称料重,直至接料斗总重超过10t为止,并记录时间(h);


5、根据称料总重量及延续时间,计算1号仓在该小皮带转速下的流量(t/h);


6、改变(提高)小皮带4~5种转速,分别测定1号仓相应小皮带转速下的流量;


7、同法分别测定其它各料仓不同小皮带转速下的流量;


8、绘制各冷料仓相应小皮带转速与流量的关系曲线

    当冷料仓出料由振动马达或电磁线包或往复式送料滑板控制时,也按类似方法测定并绘制振动马达转速或电磁线包震荡频率或滑板往复频率与流量关系曲线。


    在实际生产中,料场进料规格会有变动,含水量也会不断变化。这时尚须根据实际情况对冷料仓流量作适当调整,以达到与热料仓供料比相匹配,满足标准级配要求。


    细集料含水量变化较大,为保持其相对稳定,宜采取防雨措施。


必要时应将出料口开启程度作为一个变量进行试验。


二、各热料仓供料比 


当使用连续式拌和机时,经冷料仓流量试验后就可按固定流量直接供料加热拌和。但高速公路和一级公路对混合料的质量要求高,规范规定用间歇式拌和机拌和,这就带来了一个所谓二次筛分的问题。 



使用间歇式拌和机,冷料仓烘干后,提升到拌和楼内进行筛分分档,每档分别进入各自的热料仓。但由于拌和楼内的筛子长度有限,更兼有倾向,集料不能充分筛分,流进各热料仓的集料不是按机内各筛号准确分级。因此还必须从各热料仓中取样进行筛分试验(即第二次筛分),根据筛分结果再进行矿料级配计算,确定各热料仓的供料比例。测试步骤如下:



1、按各冷料仓确定的小皮带转速,启动冷料仓卸料;



2、启动大型水平皮带运输机运料;



3、启动烘干筒工作;


4、启动拌和楼内个筛分工作,至热料仓内有足够料为止;


5、逐次打开各热料仓,冷却后分别进行筛分试验;


6、根据各热料仓中集料及矿粉的筛分结果,对照标准级配,用图解法或其它方法计算各热料仓的供料比例,进而计算矿料的合成级配,并与标准级配对比。合成级配曲线应与标准级配中值曲线相吻合,如出入较大,则须调整各热料仓的供料比,重新计算合成级配,直至两曲线吻合为止。


7、根据调整好的各热料仓供料比及矿粉所占比例进行干拌(不加沥青),在拌和机出料口取样进行筛分试验,计算通过率,并与标准级配范围中值比较。如出入较大,还需适当调整各热料仓的供料比直至关键筛孔的通过率与标准级配范围相应筛孔通过率中值的误差不超过规定值(0.075mm筛孔为±1%,其余筛孔为±2%)为止。这时各热料仓的供料比即为正式生产的供料比。


关键筛孔指0.075mm、2.36mm、4.75mm、最大公称粒径对应的筛孔以及最大公称粒径与4.75中间的筛孔。


在拌和过程中如发现某热料仓溢料或待料,说明冷、热仓的供料比不相匹配,此时要根据溢料或待料的集料粒径调整相应冷料仓的流量。


三、加热温度及拌和时间 


经反复调整冷料仓供料比达到供料平后,即可加沥青进行拌和。根据拌和后混合料的温度极其外观,决定集料和沥青的加热温度以及混合料的拌和时间。


1、初步拟定加热温度。根据沥青品种和标号,取规范中规定的加热范围中值,暂定为沥青加热温度。集料加热温度应沥青加热温度高(10~20)℃。


2、初步拟定拌和时间。根据以往经验拟定拌和时间,一般每拌一锅约需要30~50s,实拌时先选50s为宜。


3、拌制沥青混合料。按初步拟定的加热温度和拌和时间,按目标配合比的油石比控制沥青进量,拌制沥青混合料。


4、确定集料及沥青的加热温度。在拌和机的出料口接料测温,该温度如在规范规定的出厂温度范围内,且混合料色泽均一,流而不散,则认为原拟定的加热温度可行。如温度超过规定的范围,或目测不合格,则须适当调整原材料的加热温度,直至满足要求为止。此时集料及沥青的加热温度,即可定为正式生产的加热温度。


5、确定拌和时间。最佳拌和时间是使拌出的混合料色泽均一、每个集料颗粒都被沥青膜均匀裹覆、大小颗粒分布均匀所需的最短时间(s)。


当每一锅出料后,目测认为不合适(有花料、离析等),则需要重新进料,适当延长拌和时间。反复几次,直至合格为止。此时的拌和时间再加3~5s即为正式生产时的拌和时间。


第一锅出料后,虽目测合格,须适当缩短拌和时间重新试拌。反复几次,直至不合格料出现为止。取不合格料出现前一次合格料的拌和时间在加3~5s即为正式生产时的拌和时间。增加3~5s,是考虑设备误差而增加的额外时间。


四、透层 


规范规定:“在无机结合料稳定土或粒料的半刚性基层上必须浇洒透层沥青。”“基于阻水的目的,最好透层与下封层和二为一,一次作成”。这样就要求透层沥青既要掺入基层,又要在基层表面保持一层沥青薄膜。


透层沥青宜选用慢裂洒布型乳化沥青,也可采用慢凝液体石油沥青或煤沥青。从经济、安全、易渗角度考虑,选用沥青含量40~50%慢裂石油沥青较为适宜。


乳化沥青的稠度及单位面积洒布量应通过试洒确定。可在试铺段基层上选择具有代表性的1m2面积,清扫并洒水湿润,表面略干后,用喷壶将沥青含量为1km的乳化沥青均匀洒布于该表面积内,24h后观测表面情况:①若表面色泽均一,被一层约0.3mm沥青薄膜均匀覆盖, 用小刀不能将薄膜揭起,着说明乳液的稠度与用量适当;②若表面色泽均一,已形成均匀薄膜,用小刀也不能将薄膜揭起,但薄膜层较厚(大于0.5mm),说明乳液的稠度适中,但用量过多;③若表面色泽均一,已形成均匀薄膜,用小刀能将薄膜成片揭起,说明乳液稠度太大或破乳速度太快,未渗入基层内部;④若表面色泽不一,局部显干涩状,沥青未形成均匀薄膜,说明乳液的稠度虽适中,但需采取相应的处理措施,再次试洒,直到满意为止。


五、松铺系数 


1、初始松铺系数。根据规范推荐松铺系数的范围,取中值暂作试验段的松铺系数;


2、摊铺时每隔约10m长路段量一次虚铺厚度。测点位置要交错分布于路中线两侧的随机位置上;


3、待碾压完毕,用核子密度仪在每点的三个不同方向测密度(供建立密度关系用),然后钻芯取样,量取压实厚度;


4、按下式计算松铺系数K,供正式生产时用:


     K=∑h虚/∑h实          (1)


六、摊铺速度 


试验目的是在现有条件(拌和机产量、运料能力、摊铺厚度与宽度)下,找出保证摊铺均匀、平整、摊铺机能连续工作的最高速度,其计算公式:


  V=(100Q/60DWT)×C     (2)


式中:V—初始摊铺速度,m/min;


      Q—拌和机产量,   t/h;


      D—压实层密度(可取马歇尔试件密度的96%),t/m3


      W—滩铺宽度,m;


      T—压实层厚度,cm;


      C—效率系数,根据材料供应、运输能力等配套设施确定,可取0.7;


按初始速度V进行摊铺。如摊铺层表面密实、均匀、平整,且供料保证摊铺机连续工作,则还可提高速度;反之,要降低速度。经反复几次试验,就可定下正式生产时的一般摊铺速度。生产时混合料运距不断变化,届时须根据实际运距适当调整摊铺速度,但最高不得超过6m/min。


七、摊铺温度 


试验目的是找出容许最低摊铺速度,容许最低摊铺温度与气温、沥青品种和标号有关。


摊铺温度试验一般在正常施工气温下进行。先取摊铺温度≥140℃铺一段路面作为正常段,然后把沥青混合料摊铺温度分别降至130℃、120℃、110℃各铺一段,每段长度要大于5m ,并与正常段比较。相邻两段出现明显差异,前一个温度段与正常温度段没有明显的差异,而后一个温度段则有结团、不密实甚至出现蜂窝,则最低摊铺温度取前一个温度段的温度。当110℃段与正常段仍无较大差异时,最低摊铺温度可定为110℃。


摊铺温度不容许低于110℃。


八、初压温度与初压速度 


量取摊铺层温度后,用轻型钢筒式压路机低速碾压。如摊铺层发生推移,则压路机按原路线退出,待摊铺层温度下降5℃后再进行碾压,如还有推移,则每降5℃试碾一次,直到不产生推移为止,取此时沥青层的温度为初压温度。该温度应等于或高于规范规定的最低碾压温度。


在测定的初压温度下,用轻型钢筒式压路机由慢到快分几种速度进行碾压试验,取即不产生推移又不产生横向鳞状发裂的速度为初压速度。该速度要小于或等于规范规定的最高初压速度。


实践证明,用9~16t轮胎式压路机进行初压,不但不易产生推移、发裂,还可提高碾压温度。正常情况下最好用轮胎式压路机进行碾压温度、碾压速度的试验。 


九、复压遍数 


取长约30m的路段为试验对象,初压完毕,改用重型压路机压两遍,每隔10m取一点,共取三点,用核子密度仪测密度。以后每压完一遍测一次密度,直至测点处密度不再增加为止。


绘制碾压遍数—密度曲线,在曲线上取该沥青混合料马歇尔试件密度96%所对应的碾压遍数为该沥青混合料最低碾压遍数。


取点位置结合松铺系数试验一并选定。 


用核子密度仪测密度时,须将路表扫净,让核子密度仪的底面与路表紧密相贴。 


采用振动压路机时,宜采用大振频小振幅碾压1~2遍,以后逐步降低振频加大振幅。


Ⅲ、结束语 

    在沥青混合料试验中,非常规试验虽然是一种辅助性试验方法,但也要引起重视,它同样可以从侧面准确反映沥青混合料的性质。总之,从各个关键环节入手,相关方面积极协调,把好质量关,才能建设好一条高质量的高速公

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