DT1800宽幅摊铺机施工均匀性及初始压实度的影响因素

宗炜++唐守峰++陈兵++关洪平++吴勇

摘要：针对摊铺机双机梯队施工时在路面两端及两机搭接部位容易产生离析带的问题，通过实体工程，介绍使用DT1800宽幅摊铺机施工来控制离析的方法；还通过分析摊铺机振动频率、振捣频率、摊铺速度与摊铺初始压实度之间的关系，提出了对该宽幅摊铺机参数进行设置的建议，可为同类设备的施工提供参考。

关键词：宽幅摊铺；无损检测；均匀性；初始压实度

中图分类号：U415.52

文献标志码：B

引言

摊铺过程是影响沥青路面施工质量的重要环节，从中国大规模修建沥青路面开始，普遍采用2台摊铺机进行前后梯队摊铺的施工形式。但是随着高速公路建设的快速发展，双机梯队摊铺暴露出的问题逐渐引起道路工作者的高度重视。梯队摊铺时两机搭接部位以及路面两端极易产生纵向带状离析，而两机搭接部位恰恰是开放交通后重车行驶的轮迹带，发生离析的沥青混合料自身力学性能及路用性能均有不同程度的下降，在重车反复作用下更容易发生松散、剥落等早期破坏，甚至是疲劳开裂。基于上述原因，自2006年开始，国内部分省市在施工中尝试采用l台摊铺机进行单机摊铺，但效果并不理想。原因主要是，早期的单机摊铺仅仅是将摊铺机熨平板、螺旋布料器加长，既没有考虑宽度增加对沥青}昆合料输送特性的影响，也没有考虑加长部位熨平板和振捣梁的振动。本文探讨了新型大功率宽幅抗离析摊铺机DT1800在解决单机宽幅摊铺过程中的各种离析问题的优势。

1 DT1800宽幅抗离析摊铺机设计特点

与普通沥青路面摊铺机相比，DT1800具有大功率、宽幅抗离析、可伸缩3个突出特点。摊铺机主要技术指标对比见表l。

1.1 大功率

DT1800摊铺机采用大功率高压共轨电喷发动机，功率高达306kW，远高于常用的进口摊铺机，使DTl800摊铺机在大宽度施工时具有足够的牵引力，并保证熨平板和振捣梁能持续以较高频率振动。

1.2 宽幅抗离析

沥青混合料的离析是由于局部混合料中粗、细集料过度集中，表现形式可分为横向、纵向、片状离析等。通常，沥青路面摊铺宽度与混合料均匀性（离析）存在必然的矛盾，如果增大摊铺宽度，对改善路面摊铺的平整度及接缝效果等方面有一定好处，但是可能造成远端混合料的离析。DT1800摊铺机最大摊铺宽度为18m，设计摊铺机时，充分考虑了大宽度施工时混合料的输送特点，进行了针对性抗离析设计。

在中间铰链箱处采用小型反向螺旋，可减少中间纵向离析；根据混合料横向输送的特性，采用变截面螺旋，使混合料在输送过程中满埋螺旋布料器，形成二次搅拌作用，改善料车卸料及摊铺机收斗等造成的片状、窝状离析；在保证输料能力的同时，降低螺旋布料器工作的转速，减少混合料横向输送过程中的高速抛扬和粗集料上浮，减少路面横向离析。

1.3 熨平板可伸缩

为适应高速公路桥梁、隧道等路面摊铺宽度的变化，减少传统摊铺机熨平板的拆装时间，DT1800在摊铺机两侧都设置了1.5m的液压可伸缩加长熨平板，同时对加长部分增加振捣梁及振动器，有效保证路面边部的平整度与密实度。

2 DT1800摊铺机宽幅摊铺均匀性检测分析

为了分析DT1800宽幅摊铺机的实际使用效果，对湖北谷竹高速公路中面层6cm厚AC-20C的施工进行了现场检测，施工时单机摊铺宽度为10.75m，AC-20C生产级配见表2。

2.1 级配检测

级配是检验沥青混合料摊铺效果、评判其离析状况的重要检测指标，如果现场摊铺后级配出现较大变异，将直接影响沥青混合料的强度，降低路面后期使用性能。通过对摊铺现场取样（路面两侧边部和摊铺中部同时进行）进行抽提筛分，对不同摊铺横断面、相同部位（左、中、右侧）沥青混合料各筛孔的抽提筛分数据取平均值，并与生产级配进行比较（计算抽提筛分通过率与生产级配各筛孔通过率的差值），分析宽幅摊铺时不同位置沥青}昆合料级配变化情况，结果见表3。

从表3和图l的级配筛分结果可以看出：不同桩号处摊铺机两侧的边部和中部取样筛分结果中，各筛孔的通过率变异系数最大值为9.2%；且同一检测横断面处路面左、中、右侧各筛孔通过率与生产级配的偏差均不超过±3%，偏差变化规律基本一致。

说明采用DT1800抗离析摊铺机进行宽幅摊铺，能使路面横向、纵向离析得到有效控制，消除传统双机梯队摊铺时两机搭接的离析问题，保证路面施工质量与后期使用性能。

2.2 密度均匀性检测

无核密度仪是利用仪器自带的感应盘建立环形电波，测量沥青混合料的介电常数，仪器内部电路将信号转换为密度读数并显示出来。这种仪器可根据室内试验的标定结果初步判断路面压实度，普遍应用于沥青路面施工过程中快速检测、判断施工路面均匀性。采用Troxler2701-B无核密度仪检测中面层AC-20C摊铺过程中沥青混合料的密度，每一桩号横断面上检测5个点，检测结果见表4，测点密度分布见图2，横向、纵向测点变异系数分析见图3。

根据无核密度仪的工作原理，如果被检测点的沥青混合料出现离析，则该点的检测密度会产生较大幅度的变化。

图2中测点密度的分布情况表明，路面摊铺中部各测点密度数值较稳定，路面两侧边部测点密度波动相对较大，摊铺宽度的增加确实可能诱发远端混合料的离析。同时，从表4、图3的数据中可以看出，各横向、纵向测点密度变异系数最大值为2.5%，所有测点密度总变异系数为1.9%，说明采用DT1800宽幅抗离析摊铺机能够保证路面摊铺范围内混合料的均匀性，使离析问题得到有效控制。

3 DT1800摊铺机参数对初始压实度的影响

摊铺机工作时，振捣梁和熨平板振动器是影响沥青混合料初始压实度最重要的两个机构。合理设定振捣梁和熨平板的振动参数，提高沥青混合料初始压实度，不仅能减少后续压实遍数，还能在保证路面压实度的同时，有效提高沥青路面的平整度。endprint

设置振动参数对沥青混合料的压实效果有重要影响，共振理论认为，最佳压实效果是在机器与材料组成系统中的自然频率内获得，当振动频率接近材料的固有频率时，颗粒振幅增加，颗粒之间的内摩擦阻力大幅减小，振动压实的效率最高，可获得最佳压实效果。目前，常用摊铺机振捣梁最高可调节频率为25～30Hz，熨平板振动器最高可调节频率为50～60Hz，沥青混合料的自有频率为40Hz。

理论上，相应振动频率越大，越接近沥青混合料自身振动频率，则越有利于提高初始压实度。但是，在实际施工过程中随着机构振动频率的增大，摊铺机自身抖动明显增加，诱发机械故障的可能性也相应增加，可能提高摊铺机后期维修保养成本。因此，研究DT1800摊铺机振捣梁、振动器频率、摊铺速度与沥青混合料初始压实度之间的关系，设定经济合理的摊铺机参数，具有积极的现实意义。

3.1 振动频率对初始压实度的影响

采用Troxler2701-B无核密度仪检测AC-20C中面层摊铺过程中的初始压实度，每个桩号的横断面上检测5个点，每个频率检测2个桩号横断面，取平均值进行分析。试验时，摊铺速度为2.5m·min^-1，振捣梁变化频率为5、lO、15、20Hz，熨平板振动器变化频率为lO、15、20、25、30Hz，试验结果见表5、图4。

从表5、图4可以看出，在振捣梁为同一频率的条件下，随着摊铺机熨平板振动器频率的增大，沥青混合料初始压实度逐步增加；振动器频率增大的开始阶段初始压实度增加速率较快，超过25Hz后，增长速率有减缓的趋势。

在振动器为同一频率的条件下，沥青混合料初始压实度随着振捣梁频率的增大而逐步增加。但从现场施工情况来看，当振捣梁频率超过20Hz，并继续增大时，摊铺机振动较大，不适合连续长时间的摊铺作业。因此，正常施工期间摊铺机振捣梁、熨平板振动器频率宜分别设置为15～20Hz、25～30Hz，这样既能保证沥青混合料有较高的初始压实度，又能保证摊铺机连续可靠的运行。

3.2 摊铺速度对初始压实度的影响

通常情况下，沥青混合料摊铺机安装有两个振捣梁，单个振捣梁宽度为20～40mm，振动器的宽度为400～500mm。振捣梁对加强粗集料的压实和嵌挤有重要作用，而振动器则对细集料的分布与压实效果起关键作用。由于振捣梁的宽度较小，振动频率较低，过快的摊铺速度会降低振捣梁的作用次数；同时还会缩短熨平板振动器与混合料的作用时间，从而无法对混合料进行有效压实。设定摊铺机振捣梁、熨平板振动器频率分别为20Hz、25Hz，调整摊铺速度分别为1.5、2.5、3.5、4.5m·min^-1，采用无核密度仪检测摊铺过程的初始压实度，研究摊铺速度对初始压实度的影响，检测结果如图5所示。

从图5可以看出，固定摊铺机振动参数条件下，沥青混合料的初始压实度随着摊铺速度的加快，迅速降低；而且摊铺速度越大，初始压实度下降的幅度越大，摊铺机振捣梁及熨平板无法对沥青混合料产生高效压实作用，路面压实度只能靠压路机来提高，路面平整度必然受到影响。因此，结合试验检测分析及工程经验，路面摊铺速度宜控制在2.5～3.5m·min^-1之间。

4 结语

（l）采用DTl800抗离析摊铺机进行一次性宽幅摊铺，能使路面横向、纵向离析得到有效控制，避免传统梯队摊铺时两机搭接部位容易出现粗集料堆积、离析的问题，减少由于混合料离析引发的早期病害的发生，提高路面使用寿命。

（2）摊铺机的振动频率、摊铺速度等参数对沥青混合料的初始压实度有重要影响，合理的参数设置能够经济、高效地提高路面初始压实度，不仅减少了后续压实遍数，还能有效提高沥青路面平整度。

（3）在沥青路面施工过程中采用无核密度仪这一无损检测手段，能够实时、快速、高效地对施工均匀性作出评价，有利于完善施工现场质量管理体系，保证沥青路面施工质量。endprint