温度离析现象的成因及处理

温度离析现象的成因及处理(纯字)

2006-9-27 14:28:10 点击数:152 评论共:0条收藏此页推荐阅读

1 温度离析现象

所谓沥青混凝土的温度离析是指原来经充分搅拌、温度均匀的沥青混合料，经过某一过程后，温度出现较大差异的现象。

沥青摊铺作业中，为保证路面的摊铺质量，要求沥青混凝土具有一定的温度。沥青混凝土搅拌站按规定对物料进行级配、加热和搅拌，成品沥青混合料由自卸卡车运到摊铺现场。应该说，搅拌站供给卡车的混合料是符合质量要求的，既不存在级配的离析，也没有温度的离析。然而，在沥青路面的施工中，却普遍存在沥青混合料的温度离析，而且还相当严重。

发达国家对沥青混凝土的温度离析已作了大量的研究。如美国的爱斯太克（Astec）公司使用高精度的红外线摄像机对摊铺作业进行拍摄，发现温度离析的程度比人们所估计的要大得多：143 ℃的沥青混合料装入自卸卡车，运距仅为16~24 km，抵达摊铺现场时，沥青混合料的温度差别竟达到44 ℃之多，摊铺面上有些区域的温度竟低到99 ℃。1997年，澳大利亚一个建筑承包商从278 km远的地方运料，到达施工现场时，卡车车厢两边的料温只有80℃，车厢顶部的料温为96℃，而车厢中间的料温仍然有152℃。

我国在公路施工中，沥青混合料的运输工具大都为载重量不大于10 t的自卸卡车，载重量不及发达国家的一半。司机为了方便省事，对斗中的物料基本上不做覆盖。这一切均会加剧车内局部区域物料的冷却，造成严重的温度离析。因此，尽管我国在这方面未有人作过专门研究，但可以肯定地说，我国在路面施工中沥青混合料的温度离析现象比发达国家要严重得多。

2 温度离析的原因

自卸卡车的运输和卸料过程是造成沥青混合料温度离析的主要原因。

众所周知，修筑高速公路时，除了非常靠近沥青混凝土搅拌站的路段外，铺筑其它路段路面所需沥青混合料总有一定长度的运输距离，需要一定的运输时间。即使在炎热的夏天，气温比沥青混合料的温度也低得多，势必会通过车厢壁进行热量的交换，且热交换的三种方式同时存在，造成混合料的热量损失，从而引起温度的下降。毫无疑问，热量的损失与温度的下降主要出现在靠近车厢壁的混合料中。如果车厢不加覆盖，车厢顶部的沥青混合料则与相对运动的空气直接接触，顶层物料的热量损失和温度的下降将严重得多。随着运输距离的加大，运输过程造成的热量损失也相应加大。混合料温度愈高，气温愈低，则热量损失愈大，造成的温度差异越严重。混合料中沥青和骨料的导热性能都比较低。在行驶过程中，卡车周边的混合料温度大幅降低，但由于导热性能低的缘故，热量从混合料堆的中心向四面传导的速度相当缓慢。当卡车抵达摊铺现场时，卡车周边物料的温度就会大大低于物料中部的温度，出现温度差别。

卡车到达摊铺现场向摊铺机卸料时，车厢中部的物料因温度高、粘性低首先被卸到摊铺机的料斗中，而靠近车厢壁的物料因相反的原因总是最后落在料斗的两侧和顶部。因此，又是高温物料最先经刮板输送器传输到摊铺机的后部，由螺旋摊铺器摊铺到基层上，而低温混合料却被延时到最后才被摊铺。这一过程进一步加剧了沥青混合料温度的不均匀性，即温度的离析更加严重。由于这种现象出现在每车运输和卸料过程中，故离析也周期性地出现。

3 温度离析的危害

级配离析会降低路面的摊铺质量已引起人们的密切关注，但温度离析的危害却尚未引起人们的重视。实际上，温度离析的危害比单纯的级配离析要严重得多，也是造成路面摊铺质量差的主要原因。

Astec 公司J.Don Brock博士研究指出：由于沥青混合料在运输和卸料过程中热量流失的不均衡而产生明显的温度差异，摊铺到路面时，局部区域的物料温度甚至低于沥青混合料所需的摊铺温度。低温混合料将不能被压实，从而导致熨平板起伏，造成摊铺表面的不平整；一些较冷区域的混合料还可能冷却结块。碾压时，结块物料可能会承受压路机的全部重量，而使其超载碎裂出现裂纹，造成混合料不能碾压成型，破坏路面结构，影响路面强度。压实改性沥青混合料需要比传统混合料更高的摊铺温度。出现温度离析的可能性更大，摊铺后的路面质量更难得到保证。

摊铺路面的冷点还会导致路面密实度的不均匀，产生较高的空气间隙率和粗糙度。研究表明：在混合料温度为149℃的情况下进行压实，空气间隙率只有6.8%；当温度降低到93℃时，空气间隙率增加到9.3%。这些高空气间隙很容易让水渗透进入沥青混凝土，在冬天结冰后使沥青混凝土破裂，形成路面坑洼，影响路面质量，使公路寿命缩短。

国外有人对此在试验室做过对比性的疲劳断裂试验，用数据证明了上述结论的正确性。当摊铺料中的空气间隙率增加时，试件断裂所需要的轮式试验次数显著降低。在104℃压制的试件，其寿命大约只相当于在149℃时压制的试件的10%～12%。美国一个州的运输部研究指出，由于温度离析，路面的预期寿命可能只有设计寿命（12～15年）的一半，即公路的实际寿命缩短了50%，导致公路建设投资的巨大浪费。

温度离析还将使路面维修费用大幅度上升，汽车的燃料消耗和轮胎磨损增加，行车安全和行车效果也大打折扣。

4 反温度离析技术与设备

为避免沥青混合料产生温度离析，就必须在混合料被摊铺之前进行某种形式的重新搅拌，使其温度达到一致。目前国外主要使用重搅拌螺旋机构来减轻或消除温度离析。这样做不仅可以消除温度离析，还可以消除物料的级配离析。

效果最好的重搅拌螺旋是美国Roadtec公司的变螺距螺旋输送器（见图1）。实践证明：等距螺旋输送器能将混合料从料箱两侧向中间输送，但不能有效消除混合料的温度差异。Roadtec公司设计了一种变螺距的螺旋输送器，仅当宽螺距时混合料才能进入螺距叶片之间；在料箱两侧，混合料从料箱 6个不同的区域进入螺旋输送器重新搅拌。该过程将冷的粗料和热的好的混合料彻底地重新拌和，消除了运输过程中产生的级配离析和温度离析。在气温较低进行远距离运料时，这一作用尤其明显。在卡车尾端凝结的大块物料，被引入变螺距螺旋输送器打碎和重新搅拌。搅拌后的混合料不但大小一样，而且温度也很均匀。

近几年，在发达国家还出现了一种称为“沥青混合料转运车”（俗称摆渡车）的新的路面施工机械，其主要功能就是对摊铺前的沥青混合料重新进行一次搅拌，消除运输过程中产生的级配离析和温度离析，以得到更平整、密实度更均匀、寿命更长的路面。下面简单介绍几种主要的沥青混合料转运车。

（1）Roadtec沥青混合料转运车

(a) SB-2500型沥青混合料转运车（图2）