沥青路面施工设备状态对施工质量的影响研究 73页

分类号:TH1210710-2012525069专业硕士学位论文沥青路面施工设备状态对施工质量的影响研究陶永宏导师姓名职称谢立扬高级工程师申请学位级别工程硕士学科专业名称交通运输工程论文提交日期2015年11月6日论文答辩日期2015年12月17日学位授予单位长安大学nResearchontheinfluenceofconstructionequipmentperformanceonconstructionqualityofAsphaltPavementAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TaoYongHongSupervisor：SeniorEngineerXieLiyangChang’anUniversity,Xi’an,Chinanin摘要施工质量决定施工路面的路用性能和使用寿命，施工设备状态是施工质量和施工进度的重要保障。我国高速公路的建设正处于发展期，对机械设备的依赖程度越来越大，对施工设备状态性能进行研究分析，针对性和实用性较强，对高速公路施工建设有一定的指导作用。论文以甘肃成武高速二标路段沥青路面工程为依托，对沥青路面机械施工设备状态对施工质量的影响进行了分析，论文首先对ATB-25混合料的路用性能、材料料源控制进行了论述，认为ATB-25具有良好空间骨架嵌挤结构，可以抵抗车辙、有效抑制和减少路面反射裂缝的产生，并对ATB-25沥青混合料的级配和油石比进行了设计。论文分析了影响施工质量的各主要施工设备。为保证沥青混合料的级配、温度及油石比等，应对搅拌设备相关总成加以控制，其中搅拌设备的冷料供给系统、振动筛和计量系统等总成影响混合料的级配，燃烧器和烘干筒内的负压影响骨料的温度，搅拌缸形状、尺寸、转速等则会影响混合料的油石比。因此必须对这些总成的状态进行标定，以满足沥青搅拌设备的使用要求。其次对摊铺过程出现的不平整问题进行了分析，对沥青摊铺机的摊铺速度、熨平板、振动振捣以及螺旋分料器等影响因素进行了理论分析，提出了不同面层采用不同基准铺设方法，改进螺旋布料器等方法，减少了混合料在施工过程中的离析。另外从压实机械的性能参数分析和研究压实设备对施工设备的影响，通过对振动压路机压实性能等参数的分析，合理地选择和控制压实机械的性能参数，得出最佳的碾压方案。最后，论文对沥青混合料搅拌设备、摊铺设备和压实设备进行了标定，分析了影响标定精度的因素。通过设备标定，调整改善了设备性能状态，并对施工完成后的路面情况进行了检验，结果表明各验收指标符合施工要求。关键词：沥青混合料、施工设备、标定、质量控制iinAbstractConstructionqualitydecidedtopavementperformanceandservicelifeofconstruction,whilethestatusofconstructionequipmentisanimportantguaranteeofconstructionqualityandconstructionprogress.highwayisdevelopinginourcountry,sotheuseofmechanicalequipmentisbecomingmoreandmorefrequent.Analyzingtheperformanceofthestatusofconstructionequipmenthasgreatpertinenceandpracticability.Itisimportanttoensuretheconstructionqualityandtoguidethehighwayconstruction.Inthispaper,combinedwithasphaltpavementof"Chengwu"expresswayprojectinGansu,themechanizationoftheasphaltpavementconstructionqualitycontrolareresearchedanddiscussed.Itfirstlyanalysesthepavementperformancesofbituminousstabilizedbroken-stonebasemixtureATB－25andalsotheasphaltmixtureofrawmaterialssourcecontrol.ItthinksthattheATB－25withgoodspaceembeddedskeletoncrowdedstructurecanberuttingresistanceandeffectivelyrestrainandreducethepavementreflectioncracking.ItalsodesignstheATB－25asphaltmixturegradationandoil-stoneratio.Thispaperanalysesthemajorconstructionequipmentaffectconstructionquality。Inordertoguaranteethegradationoftheasphaltmixture,temperatureandoil-stoneratio,itshouldcontrolmixingequipmentandrelatedassemblyincludingcoldmaterialsupplysystemofmixingequipment,vibratingscreenandmeasurementsystem,suchasassemblyaffectmixturegradation,burneranddryingcylinderpressureaffectthetemperatureoftheaggregate,mixingcylindershape,size,speed,etcwillaffecttheratioofmixture.Thereforeitmustcarryonthecalibrationfortheassemblyofthestate,inordertomeettherequirementsofasphaltmixingequipment.Secondlytheproblemsofunevenpavingareanalyzed.Thepavingofasphaltpaverspeed,ironplate,vibrationvibratingandspiraldistributorandotherinfluencefactorsareanalyzedintheory.Itputsforwardthatdifferentsurfaceusesdifferentbenchmarkoflaidmethod,andtheimprovementofscrewmethodcanreducethemixturesegregationintheconstructionprocess.Inadditionfromtheanalysisofperformanceofthecompactionmachineryparameterandstudyoftheinfluenceofcompactionequipmentofconstructionequipment,throughtheanalysisofthecompactionperformanceparametersoftheinfluenceofvibratingcompactor,iiinthenwehadareasonableselectionandcontrolofthecompactionmachineryperformanceparameters,atlastwehaveconcludedthebestrollingplan.Finally,ithasanasphaltmixture,pavingandcompactionequipmentcalibration，andanalyzesthefactorsthatmayinfluencetheprecisionofcalibration.Paperliststhedataofequipmentcalibration,Atlast,itcomestotheconclusionofstandardquality.Keywords:AsphaltMixture,ConstructionEquipment,Calibration,andQualityControlivn目录第一章绪论.............................................................................................................................11.1研究背景及意义.............................................................................................................11.2国外沥青路面施工研究现状.........................................................................................21.3国内沥青路面施工研究现状.........................................................................................31.3本文研究内容以及研究方法.........................................................................................51.3.1项目概述..............................................................................................................61.3.2研究主要内容......................................................................................................6第二章ATB-25沥青混合料的设计................................................................................72.1ATB-25沥青稳定碎石组成设计....................................................................................72.1.1ATB-25沥青混合料特点......................................................................................72.1.2原材料的控制.......................................................................................................82.1.3级配的确定.........................................................................................................102.1.4最佳沥青含量(油石比)的确定...........................................................................122.2ATB-25沥青混合料路用性能检验..............................................................................132.3本章小结.......................................................................................................................16第三章搅拌设备状态对施工质量的影响...................................................................173.1沥青搅拌设备选型.......................................................................................................173.2搅拌设备施工状态的控制...........................................................................................183.2.1搅拌设备级配的影响控制.................................................................................183.2.2搅拌设备对骨料温度的影响控制.....................................................................273.2.3搅拌设备对油石比的影响控制.........................................................................283.3本章小结.......................................................................................................................29第四章摊铺设备对施工质量影响.................................................................................304.1影响摊铺机性能状态的关键因素...............................................................................304.1.1基准线的铺设.....................................................................................................304.1.2速度稳定性.........................................................................................................304.1.3熨平板参数.........................................................................................................31in4.1.4振动与振捣参数.................................................................................................344.1.5螺旋布料器参数.................................................................................................354.2摊铺机标定方法...........................................................................................................364.2.1刮板输送装置运行速度.....................................................................................364.2.2螺旋转速与高程.................................................................................................364.2.3振动器工作参数.................................................................................................374.2.4振捣装置工作参数.............................................................................................374.2.5找平传感器灵敏度及超调限值.........................................................................374.3本章小结.......................................................................................................................38第五章压实设备对施工质量的影响...........................................................................395.1压实设备的选择...........................................................................................................395.2压实设备的作业性能...................................................................................................405.3轮胎压路机参数对压实的影响...................................................................................435.4振动压路机参数对压实的影响..................................................................................445.4.1振动参数的影响.................................................................................................445.4.2碾压速度和遍数.................................................................................................475.5本章小结.......................................................................................................................47第六章施工的设备标定和验证.....................................................................................486.1施工所用机械性能标定...............................................................................................486.1.1沥青搅拌站的标定.............................................................................................486.1.2摊铺设备的性能标定.........................................................................................546.1.3压路机的性能标定.............................................................................................566.2施工质量验证...............................................................................................................586.3本章小结......................................................................................................................60结论与展望............................................................................................................................61参考文献.................................................................................................................................63致谢........................................................................................................................................65iin第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及意义公路是国民经济的基础，没有现代化的交通，就不会有工业的现代化和社会的现代化,公路行业标志着一个国家的现代化和经济实力的水平。尽管我国相比其他国家公路建设起步要晚，但经过30多年的发展,目前我国高速公路通车里程排世界第二。根据《国家新型城镇化规划（2014年-2020年）》和《国家公路网规划（2013年-2030年）》，到2020年我国高速公路要基本覆盖20万以上人口城市，到2030年国家将建成总规模约40万公里的国家公路网。所以，今后十年我国公路建设任重而道远。我国公路建设主要以沥青路面为主,沥青路面具有低噪音、行车舒适、良好的抗滑性、耐久性等特点，在高速公路的建设中得以广泛应用。但由于施工管理、施工工艺相对滞后，一些高速公路在建成之后，出现了不同程度的破坏，比如纵横向网状裂缝、车辙、剥落及打滑等；沪嘉高速公路在1988年建成，但在1990年便出现了反射裂缝，此后到1994年持续出现裂缝将近一千多条；同样的，在广佛高速公路上在建成之后的一年内，发现其全线路段的各种损坏总共有三千多处，这样的路面破坏在极大程度上削弱了路面的使用质量和使用性能。施工质量的好坏取决于众多因素，沥青混合料生产是一方面；另一方面，施工设备的技术状态也是施工质量的重要保障。为了达到满足要求的施工质量，在施工前必须确认施工设备未受到施工路段所在地的气候、温度等影响。目前路面施工设备存在着下列几个方面的问题：（1）施工设备的示值标识、计量精度以及工装设置等在多次使用或重复组装后可能会产生较大的误差。因此在施工前必须对设备状态性能进行检测或参数调整，对确保施工设备在作业期间的正常使用起到防范作用，从而保障施工进度和路面施工质量。（2）施工机械在作业前的检测、校准通常只能够确保其正常运转，但是却不一定能保证其技术性能运转正常。例如沥青搅拌设备的配料示值、温度示值可以显示却不表示其具有足够的准确性；摊铺机熨平板的振动、夯锤的振捣频率以及压路机的振动压实频率可以起振但不一定与该路段所用混合料类型合理匹配，再有摊铺机螺旋布料器的转速、离地高度只有在作业过程中才能判断出是否会造成混合料离析等。所以，通过现场检测来确定施工设备技术性能状态也是十分重要的。1n长安大学硕士学位论文（3）施工设备的配置与工期以及施工进度不匹配。如一台合理配置的生产率应为320t/h的LB4000型沥青搅拌设备，由于其筛网孔径、计量精度等的配置不合理，造成混合料质量的不稳定或溢料待料严重，搅拌周期延长等，则其实际生产效率将显著低于标准生产率。设备的基本技术性能配置通常是建立在标准工况的条件下，但实际施工现场的工况可能有很大差异，所以在施工过程中对机械设备边检测边调试将最大程度的发挥其技术性能，达到理想的施工效果。（4）施工设备的性能在不同的海拔及气候条件下会产生较大差异。比如沥青搅拌设备的生产能力在海拔较高的地方会有所下降，甚至有可能会出现布袋燃烧等现象，这些都要通过实地检测来确认。1.2国外沥青路面施工研究现状成武高速下面层采用的是ATB-25密级配沥青稳定碎石混合料，对这种沥青混合料的研究一直在继续。早在20世纪五十年代，国外研究发现，沥青稳定碎石基层相比普通半刚性材料表现出更好的使用性能和较好的经济效益，为此英国高速公路基层广泛使用密级配的沥青稳定碎石。1960年，美国沥青协会认为采用沥青稳定碎石作为基层的路面机构可以有效的减少水损害，从而提高路面施工质量，其采用的混合料大部分为粒径较大的沥青稳定碎石混合料(ATB)。日本在20世纪70年代之后，在高速公路沥青路面施工过程中普遍采用8～15cm的沥青稳定碎石基层，从而获得耐久性良好的路面使用性能。国外许多学者近年来对沥青混合料施工过程中出现的离析问题进行了研究，如美国的SteveRead，HerbJakob，以及美国国家沥青混凝土技术中心，发现了其主要的骨料[1][2][3]离析和温度离析这两方面的问题很大程度影响着沥青路面的使用寿命和维修成本。在沥青混合料搅拌设备方面，美国科学家认为搅拌设备要达到施工要求的作业质量则要求搅拌设备必须有准确的计量系统，同时还提出振动筛因其作为搅拌设备的关键部[1][2][3]分，它的性能会影响整个搅拌设备的施工质量和施工效率。目前，国外沥青搅拌设备逐渐向着机电一体化、智能化、人性化的方向发展，对配合比的设计、调整以及骨料含水率的检测进一步实现了自动化的控制，并且建立了数据存储库，记录设备使用过[4]程中的所有数据，并可追溯原始配合比参数，对提高施工质量有较大的帮助。混合料的摊铺是沥青路面施工过程中的一个重要环节，Thomas和Jordan建立了计算机模型，模拟热沥青混合料在摊铺后的冷却规律，沥青混合料的温度在开始阶段主要2n第一章绪论受到下承层温度的影响而变化，而一段时间以后其温度变化主要受到摊铺层厚度以及摊[5]铺温度等因素的影响，而混合料的温度将影响其路用性能，进而对施工质量造成影响。1998年，胡斯切克提出了沥青路面最大剪切力产生于沥青基层，沥青基层越厚剪切力越大，其抵抗变形的能力就越弱。想要增加其抵抗变形的能力，可通过减少沥青基层的厚度来实现，但厚度较薄的沥青磨耗层很难被压实，而双层摊铺可以减少热量损失，从而可以达到理想的初压实效果。对于混合料的压实，国外研究表明，振动压路机的工作可靠性主要受到其减振性能的影响，减振效果差会影响驾驶员的操作，另外振动能力向机架和驾驶室传递，必定[6]会影响压实所需的能量，导致压实度不够。美国的研究人员认为，通过适当调整压路机施工时的各项运行参数可以很好的解决沥青路面出现纵向接缝处的裂缝、松散等缺陷。Kandhal，Fleckenstein等学者对压实温度进行了研究，如果压实温度较低将会影[7][8]响沥青混合料的空隙率，从而导致混合料抵抗低温抗开裂能力和水损害能力下降。KandilKA，Desombre分析了温度对压实质量的影响，并提出在搅拌沥青混合料时产生的剪应力可以通过摩尔-库伦定理来说明，他们认为只有在一定的温度范围内对混合料[9]进行压实才能保证其发挥最大程度的路用性能。MahboubCK等研究人员分析了沥青混合料的降温规律，为了保证混合料在合适的压实温度范围内压实，提出了一种沥青混[10]合料有效碾压时间的预估方法。Daines则通过研究分析沥青混合料的降温规律，提[11]出了在预估有效压实时间的基础上选择匹配的压实设备可以更好的达到施工要求。一些研究人员认为光面钢轮压路机在作业过程中对沥青混合料产生的内应力是导致其横纵向出现裂缝的主要原因，并且压路机不能凭自身性能消除这些裂缝，他们提出[12]轮胎压路机的弹性柔性可以改善这些缺陷，从而保证路面施工质量。1.3国内沥青路面施工研究现状2006年5月，山东交通科研所在菏泽到关庄高速公路路段铺设了300m的试验路段，用以研究大粒径沥青稳定碎石基层的性能。在济南聊城路面维修过程中，采用沥青稳定碎石基层代替原来的半刚性基层。在河北省一高速公路上铺设了700米长度的试验路段，将沥青稳定碎石混合料作为下面层，并研究其抗车辙的能力。东南大学曾铺筑试验路段，3n长安大学硕士学位论文从混合料、结构设计两方面来研究沥青稳定碎石的抗疲劳、抗车辙以及抗反射裂缝等的路用性能。[13]文献设计了5种连续级配的沥青稳定碎石配合比，采用大型Marshall试验对沥青混合料进行性能检测，提出了在确定沥青混合料最佳沥青用量时空隙率和饱和度起主要作用，沥青混合料的路用性能受到级配设计的影响，不同的级配会导致沥青混合料路用性能在一定程度上的变化，因此在进行级配设计时要尽量采用最佳级配曲线。朱元磊等对间歇式沥青拌合站的改进提出了自己的意见，他认为沥青拌合过程对混合料的质量影响甚大，在拌合过程中粉尘含量不能准确控制，波动性较大会造成混合料质量的不稳定。并且，他认为可以通过对沥青拌合站设备的改进，在计量系统方面提高[14][15]准确性，以期达到沥青混合料质量稳定性的要求。文献从沥青混合料的拌和质量，拌和温度，拌和时间，拌和均匀度4个方面阐述了沥青混合料的质量控制，以保证对混合料生产质量进行有效控制，提高沥青混合料拌和质量。[16]文献就高速公路关键设备（摊铺机）的摊铺速度和振动夯击实频率对摊铺平整度和均匀性的影响进行了分析，确定了摊铺机在作业过程中各项参数的合理设置，并提出了合理匹配施工机械的理论以此来提高路面施工质量，并对搅拌设备、压实设备等主要设备合理配置进行了分析，给出了相应的计算公式。石福周对沥青路面双层摊铺施工工艺进行了研究，他指出双层摊铺技术可以大大缩短施工时间，提高工作效率，并且双层摊铺可以使得上下层之间的热粘结得到保证，同时还可以减缓磨耗层的冷却速度，可以更好的利用沥青的流动性和润滑作用，弥补了磨耗层较薄、冷却快的缺陷，赢得了更多[17]的时间以便进行充分压实，达到最佳的密实度。关于沥青路面平整度方面，韩恒忠等提出为了保证沥青混凝土路面的平整度，可以通过采用准确控制基准，合理选择施工工[18]艺，对施工设备作业参数进行调整，做好接缝和桥面施工处理等措施。张宜洛等研究分析了沥青混合料在摊铺过程中颗粒材料运动方向的规律，认为摊铺机作业过程中的摊铺方向与沥青路面在使用过程中的方向之间存在相互关系，摊铺方向对沥青面层混合料[19]路用性能有较大的影响，提出了沥青面层施工中提高沥青面层路用质量的摊铺方向。张争奇对碾压温度方面进行了研究，认为沥青的温度与粘度方面存在着一定的关系，不是温度越高对压实成型越有利，不管是改性的还是非改性的沥青，其结合料的粘结作用与润滑作用都只有在一定的温度范围内才能最大程度的发挥，才能达到理想的压实效4n第一章绪论[20]果。李长来等对压路机施工过程中出现的裂缝、压实不均匀以及密实度不够等缺陷进行分析研究，提出采用宽基轮胎的轮胎压路机利用其轮胎的弹力作用对沥青混合料产生柔压作用，可以避免沥青混合料在压实过程中出现的裂缝等问题，从而改善沥青路面的[21]施工质量。胡长顺指出，利用温度参数可以相当准确地估算有效压实时间，而有效压[22]实时间的估计有助于确定合理的碾压机械组合，碾压作业段长度等。焦学斌等对有效压实时间进行了研究，认为摊铺层的厚度，沥青混合料在碾压时的温度，施工过程中的大气温度以及风速等都将影响沥青混合料的有效压实时间，提出在这些因素之中尤其是摊铺层的厚度以及初步压实时的温度将对沥青混合料有效压实时间产生极大的影响，并且其影响关系通过数学分析分别呈现对数函数关系和指数关系，这对沥青路面施工具有[23]极大的帮助。汪浩，吴永钦，李闯民等对密级配沥青混合料的压实进行了分析，认为在密级配的沥青混合料中粗集料较多，其压实工艺应该与一般沥青混合料压实不同，并[24][25][26]且提出了在压实密级配混合料时压路机不同参数的设置。王捷，李宇峙，周进[27][28]川等研究和总结了针对密级配沥青碎石混合料的压实工艺。1.4本文研究内容以及研究方法本文以甘肃成武高速二标路段（如图1.1所示）为依托，分析考虑地理位置，气候，土质差异条件下的高速公路沥青路面施工设备性能对施工质量的影响。图1.1成武高速二标路段5n长安大学硕士学位论文1.4.1项目概述本项目位于甘肃省陇南市，以成县为起点，与拟建十(堰)天(水)高速公路甘肃段以枢纽立交衔接，路线终点位于武都两水镇黄家坝村，全长31.258km。项目所在区地处西秦岭东西向褶皱带陇南山地，位于中国大陆二级阶梯向三级阶梯的过渡地带，总体为中山山地地貌，山地海拔高程界于600～2406米之间，地势西高东低，河谷切割较深，两坡较陡，山势陡峻巍峨。本项目全线按四车道高速公路标准建设，设计行车速度采用80千米/小时，路基宽度为24.5m(整体式)和12.25m(分离式)。全线采用沥青混凝土路面，其路面结构为上面层：4cmSBS改性沥青混凝土（AC-16C），中面层：6cmSBS改性沥青混凝土（AC-20C），下面层：8cm密级配沥青碎石ATB-25，封层：1cm热熔改性沥青碎石，基层：36cm水泥稳定碎石（水泥掺量4.8%），底基层：20cm水泥稳定碎石（水泥掺量3%）。1.4.2研究主要内容目前，关于沥青混凝土面层的理论研究已日趋成熟，施工经验也比较丰富。但施工设备状态对施工质量的影响仍缺乏全面、系统的研究。因此本文结合甘肃成武高速二标路段，根据密级配沥青稳定碎石混合料的特点，并研究其施工特性。从所采用的施工设备性能状态入手，分析其对施工质量的影响。主要研究如下：一、对密级配沥青稳定碎石混合料ATB-25特点进行分析，对其级配以理论和经验法相结合的方式进行设计，最后用试验的方法对所具有的路用性能进行检验；二、分析搅拌设备的冷料供给系统、振动筛分系统及计量系统等总成对混合料级配、温度等造成的影响；三、在摊铺环节中，必须根据具体施工要求调整摊铺设备性能各方面的参数，对其参数的影响进行了分析；四、分析影响压实设备性能状态的主要参数，了解其对施工质量的影响，合理选择和控制压实设备的性能参数；五、对施工环节中各项施工设备性能标定，使其满足施工要求。6n第二章ATB-25沥青混合料的设计第二章ATB-25沥青混合料的设计沥青混合料是一种由矿料和沥青结合料拌合而成的混合料的总称，是一种具有空间网络结构的多分散体系，由沥青、粗、细集料、矿粉以及各种外加剂组成。由于原材料的质量差异和级配的不同，可以形成不同的组成结构，在不同的温度、载荷及不同的加载方式下，表现出不同的力学性能，对沥青路面施工质量有着很重要的影响。2.1ATB-25沥青稳定碎石组成设计2.1.1ATB-25沥青混合料特点按照混合料中密实结构和嵌挤结构比例的分配不同，沥青稳定碎石混合料的结构一般可以分为以下三种结构：①悬浮密实结构，材料由小到大连续存在，而且都具有一定的数量，其大颗粒都被下一级的小颗粒挤开，大颗粒好像是以悬浮的状态浮在小颗粒之间，这种结构的密实度较高，但其温度稳定性差；②骨架空隙结构，大粒径石料连接较紧，细粒料相对较少，不能够完全填充大骨料中的间隙，因此混合料的空隙较大，形成嵌挤型骨架。在这种结构中，大粒径石料之间的内摩擦阻力起主要功用，因此其高温稳定性好，但其空隙较大，耐久性也相对较差；③骨架密实结构，其结构综合了上述两种结构的优点，混合料中足够数量的可以形成骨架的粗集料，也有依据其空隙的多少加入的细集料，因此其具有较好的骨架结构和密实度。ATB-25沥青稳定碎石混合料则是属于上面所述的骨架密实结构，公称最大粒径不小于26.5mm，空隙率一般设计为3%～6%，，其主要特性如下：（1）具有较大的摩擦力和嵌挤力沥青混合料在设计时，无论是骨架密实型还是开级配类型，都要求必须接触形成良好的空间嵌挤骨架以承受载荷作用。研究人员曾对沥青稳定碎石混合料进行三轴试验，试验结果表明其摩擦角和粘聚力较大，并且摩擦角的值随沥青混合料中粗集料的增加而增大，这说明沥青稳定碎石混合料具有良好的抗剪切能力，即具有良好的摩擦力和嵌挤力。（2）具有较好的骨架稳定性在相同的路面厚度或者载荷作用范围内，由于ATB-25具有的粗集料的公称最大粒径比普通沥青混合料的大，容易产生相对滑动、移动的细集料的接触面数量大大减少，另外，粗集料的相互接触点多，骨架密实，而且粗集料比细集料的承载能力大，这都对7n长安大学硕士学位论文增加整体骨架的承载力和稳定性提供了保障。粗集料形成的良好骨架结构是延缓车辙问题、保证高温稳定性的关键，而且粗集料容易传力到基层，增强了其抗剪强度。（3）强度衰减慢ATB-25属于骨架密实型沥青混合料，由混合料之间的粘聚力和内摩擦力形成其主要强度。摩擦角的大小决定内摩擦力的大小，因为摩擦角的温度敏感性小，所以内摩擦力的变化相应地也较小；胶浆的质量及其数量、沥青的数量决定粘聚力的大小，并且随着时间的延长粘聚力会衰减。且ATB-25沥青用量总体来说相对较少，其粘聚力强度较于传统沥青混合料强度的减少并不明显。因此，与一般的沥青混合料相比，沥青稳定碎石混合料在自然条件下强度衰减慢，有利于延长路面使用寿命。沥青稳定碎石结构层的质量对路用性能有着很大的影响，设计良好的ATB可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力。其路用性能的实现与原材料、矿料级配及沥青含量存在着直接的联系。矿料级配对沥青混合料的各种性能起着关键性的作用，沥青用量与道路泛油、车辙、耐久性、抗疲劳性能有关。因此，确定ATB-25的原材料、级配及油石比是保障施工质量和路用性的必要步骤。2.1.2原材料的控制（1）沥青沥青在混合料发挥稳定性能中起到决定性的作用，因此必须选择较为优质的沥青，其应该具有良好的高低温性能，抗老化性能，并且粘度较高，含蜡量低，对针入度，延度，软化点等指标也必须在规定的范围内。本次成武高速二标路段使用的是A级70号道路石油沥青，其技术要求如下表2.1所示。表2.170号-A道路沥青技术要求项目规定指标试验方法针入度（25℃，100g5s）60~80T0604（0.1mm）针入度指数PI-1.5~+1.0T0604延度（5cm/min，10℃）≧15T0605（cm）延度（5cm/min，15℃）≧100T0605（cm）蜡含量（蒸馏法）（%）≦2.2T0615软化点（℃）≧45T0606动力粘度60℃（Pas）≧160T0625闪点（COC）（℃）≧260T06118n第二章ATB-25沥青混合料的设计表2.170号-A道路沥青技术要求（续）项目规定指标试验方法≧99.5T0607溶解度（%）TFOT或者≦+-0.8T0609RTFOT后质量变化（%）针入度比25℃（%）≧61T0609,T0604延度10℃（cm）≧6T0609,T0605（2）粗集料本次成武高速二标施工选择的粗集料为洁净，没有杂质的石灰岩，并且其表面干燥、粗糙，形状大致上与立方体相似，没有经过风化，有足够的强度，较好的耐磨耗性能。粗集料在进场之后按粒径规格隔离堆放，并且对堆料场进行了硬化。所用粗集料的质量指标符合表2.2所示的要求，其规格应满足现行技术规范《公路沥青路面施工规范》JTGF40-2004中的规定。表2.2粗集料质量技术要求指标单位规定指标试验方法石料压碎值，不大于%22T0316洛杉矶磨耗损失，不大于%28T0317表面相对密度，不小于-2.50T0304吸水率，不大于%3.0T0304坚固性，不大于%12T0314针片状颗粒含量（混合料）不大于%15T0312水洗发<0.075mm颗粒含量，不大于%1T0310软石含量，不大于%3T0320粗集料与沥青的粘附性，不小于-5级T0616，T0663（3）细集料本次成武高速二标施工细集料采用10～20mm石灰岩，机制砂干净，坚硬，干燥，无风化，无杂质，0.075mm通过率小于10%。细集料技术指标如表2.3所示，其规格应满足《公路沥青路面施工规范》JTGF40-2004中的规定。细集料存放时要求搭建专门的防雨措施，如防雨大棚等。表2.3细集料技术要求项目单位规定指标试验方法表观相对密度，不小于-2.5T0328坚固性（>0.3mm部分），不小于%12T0340砂当值，不小于%65T0334亚甲蓝值，不大于g/kg25T0349棱角性（流动时间），不小于S30T03459n长安大学硕士学位论文（4）矿粉沥青混合料采用的是憎水性石料经过磨细之后得到的矿粉，憎水性石料是石灰岩或者岩浆岩中的强基性岩石，同时去除了憎水性石料中的泥土、杂质等，其质量要求如下表2.4所示。表2.4矿粉技术要求项目单位规定指标试验方法表观密度，不小于g/cm32.5T0352含水量，不大于%1T0103烘干法粒度范围<0.6mm%100T0351<0.15mm%90~100<0.075mm%75~100外观-无团粒结块-亲水系数-<0.8T0353塑形指数-<4T0354加热安定性-实测记录T0355（5）抗剥落剂在碎石与沥青的粘附性小于4级的情况下，为了使沥青与石料之间的粘附性增强，同时提高混合料的抗水损害能力，要求添加钙质消石灰作为抗剥落外加剂，其必须满足以下基本性能和条件：①消石灰应满足现行规范III级以上技术标准，0.075通过率不小于80%;②消石灰的用量在所用矿粉量中占有率达到30%。2.1.3级配的确定为保证所设计的混合料级配满足路用性能要求，依据《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004中，ATB-25沥青稳定碎石混合料矿料级配的范围要求，经验法和理论法相结合，使用计算机的电子表格进行掺配，确定矿料的级配组成，如表2.5和图2.1所示。10n第二章ATB-25沥青混合料的设计表2.5ATB-25矿质混合料组成级配计算表1#2#3#4#5#6#合成矿料规格矿粉规范22-3016-2211-166~113~60-3级配目标上下矿料比例(%)30178157203100.0级配限限31.5100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.0100.010010026.585.0100.0100.0100.0100.0100.0100.095.597.110090195.776.5100.0100.0100.0100.0100.067.765.98060161.126.098.1100.0100.0100.0100.057.657.76848通过下列13.20.62.173.0100.0100.0100.0100.051.451.16242筛孔9.50.30.71.785.5100.0100.0100.043.142.85232（mm）4.750.30.30.60.566.0100.0100.027.927.84020的质量百2.360.30.30.60.40.895.6100.022.422.23215分率1.180.30.30.60.40.880.9100.019.417.22510(%)0.60.30.30.60.40.853.8100.014.010.91880.30.30.30.60.40.827.398.98.76.61450.150.30.30.60.40.814.796.26.16.01030.0750.30.20.40.20.56.192.24.24.462100ATB-25级配曲线图908070通过60百分上限50率（下限40%合成级配）30201000.0750.150.30.61.182.364.759.513.2161926.531.5筛孔（mm）图2.1ATB-25级配曲线图11n长安大学硕士学位论文2.1.4最佳沥青含量(油石比)的确定沥青混合料的最佳沥青用量可以通过理论计算得出，但材料存在变异，必须通过试验方法对计算所得的理论结果进行修正，理论计算结果只能只能作为参考。目前最佳沥青用量最常用的方法是马歇尔法和维姆法。本次采用马歇尔法，马歇尔法主要根据密度、空隙率、稳定度、流值四个指标来确最佳沥青用量。根据矿料级配组成，采用3种不同的油石比，按照大型Marshall沥青混合料设计要求，沥青混合料最佳油石比的确定采用大型Marshall击实法（试件尺寸Φ152.4×95.3±2.5mm)。根据JTGE20-2011和JTGF40-2004中关于沥青混合料拌和压实温度的规定，在试验中，矿料加热温度为165～175℃，混合料拌和温度165℃，试件成型击实温度为150℃。试件密度采用“表干法”测定毛体积相对密度，采用“真空法”测定不同沥青用量下混合料的最大理论相对密度，不同油石比下试件的体积指标测试结果见表2.6。表2.6ATB-25沥青混合料试验结果油石比3.53.84.1毛体积相对密度2.4422.4552.500实测理论最大相对密度2.5752.5642.552空隙率（%）5.24.32.1矿料间隙率（%）12.912.611.3饱和度（%）59.866.481.7稳定度(KN)19.720.619.3流值（mm）3.84.45.4油膜厚度7.88.59.2粉胶比1.291.181.09按表2.6的汇总结果，绘制出油石比与各体积参数的关系曲线，见下图2.2。沥青最佳用量（OAC）是由OAC1与OAC2共同确定的，这将作为初始的最佳沥青用量。在关系曲线图上对不同技术指标找到相应的沥青用量值，并将其与规定的马歇尔技术标准相比较，看是否与规定的一致。对比VMA是否与要求规定的一致，如果一致，最佳沥青用量OAC由OAC1及OAC2综合确定；如对比不一致，则必须对级配进行相应的调整，并且再一次进行配合比设计、马歇尔试验等，确保其各项性能指标均能符合要求。12n第二章ATB-25沥青混合料的设计图2.2沥青用量与各项参数关系曲线图当最终确定最佳沥青用量OAC时，还需要考虑交通特性、道路等级、气候条件等因素，并进行相应适当的调整。最终确定推荐油石比为3.7%（换算为最佳沥青用量为3.57％），均满足混合料体积设计要求，由此确定最佳沥青用量（油石比）为3.7%。2.2ATB-25沥青混合料路用性能检验（1）高温稳定性沥青混合料的高温稳定性表示的是混合料在载荷作用下抵抗永久变形的能力。沥青混合料是一种粘弹性材料，其强度和模量都随温度升高而下降，夏季在大量的行车载荷或持续载荷作用下，沥青混合料路面发生剪切变形，在经常承受车辆加速减速的路段出现推移变形，这种永久变形的积累将会导致路面出现车辙、波浪和拥包。虽然本论文研究的沥青稳定碎石作为下面层，但下面层的抗车辙能力影响着路面结构的整体高温稳定性。马歇尔试验的稳定度通过车辙试验得出，因此对下面层沥青混合料进行车辙试验研究。此次试验车辙试件成型尺寸300mm*300mm*100mm，车辙试件如图2.3，对其进行60℃±1,0.7±0.05MPa条件下进行高温稳定度试验，结果见表2.7。13n长安大学硕士学位论文表2.7ATB-25车辙试验结果级配类型车辙试验结果试件编号动稳定度平均值要求（次/mm）（次/mm）ATB-25120791873（≧800）21666图2.3车辙试件我国用动稳定度对沥青混合料的高温稳定性进行评价，动稳定度值愈大，则其高温稳定性能就愈好。甘肃成武高速二标所处地段属于夏季炎热区域，其车辙稳定度要求不小于800次/mm，达到了一般下面层沥青混合料的车辙性能指标要求。（2）低温抗裂性甘肃省昼夜温差大，尤其在冬季温度特别低，ATB-25沥青稳定碎石混合料在这样的情况下，因为低温收缩很有可能会产生裂缝。裂缝不仅会引起下面层强度的降低，而且会反映到表层，破坏路面结构的完整性，引起路面整体强度降低。因此，配置具有良好性能的沥青混合料可以使路面具有较好的抵抗变形的能力，是可以减少低温裂缝的产生的。评价沥青混合料低温抗裂性能主要有低温弯曲破坏试验，蠕变试验、切口小梁试件的弯曲试验等方法，本文对所使用的沥青稳定碎石混合料采用小梁低温弯曲试验来评价其低温抗裂性能，所用试件为《公路沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中规定的标准尺寸（250±2.0）mm的棱柱体小梁，跨径为200±0.5mm，试验设备采用UTM-25伺服试验机系统。通过小梁低温弯曲试验，得到了弯拉试验数据并经计算的试验结果如下表2.8所示。14n第二章ATB-25沥青混合料的设计表2.8ATB-25低温弯曲试验结果破坏时扰度破坏时弯拉破坏弯拉应弯曲劲度模编号最大载荷/N/mm强度/M变/量/M1743.10.41026.35281233.35151.12554.60.33154.87031680.62897.93637.30.36375.86231274.14600.3试验结果表明，ATB-25沥青混合料的破坏弯拉应变基本在1000～2000微应变之间，一般情况下较难达到2000微应变，这主要是因为ATB-25沥青混合料最大公称粒径较大，粗集料较多，同时最佳沥青用量比普通沥青混合料最佳沥青用量要少，因此其低温抗烈性要差一些。但是作为柔性下面层，它具有很强的抵抗变形的能力，能够很好地阻止下层的裂缝反射到面层。（3）水稳定性能水稳定性能对沥青路面耐久性起到决定性的作用。沥青混合料的强度亦就是沥青的粘聚力，但由于水分进入进入沥青与集料之间，导致沥青与集料之间的粘聚力下降，沥青膜被破坏，沥青混合料松散，使沥青混合料的整体性破坏，再加上行车载荷的反复作用导致沥青混合料的骨架稳定性降低、强度下降，所以对于其的水稳定性能检验是不可减少的。目前，有很多试验可以用来评价沥青混合料的水稳定性能，如冻融劈裂试验、真空饱水马歇尔试验、浸水马歇尔试验等，本文采用浸水马歇尔试验来研究ATB-25沥青稳定碎石混合料的水稳定性。浸水马歇尔试验结果如下表2.6所示，以残留稳定度作为沥青混合料的抗水损害的指标，当残留稳定度MS0的数值越大，则表明该混合料的水稳定性能越好。从表2.9中试验结果来看，残留稳定度大于85%,而在规范要求的普通沥青混合料的残留稳定度必须超过75%，这足以说明ATB-25沥青稳定碎石混合料比普通沥青混合料的水稳定性好，且达到要求。表2.9浸水马歇尔试验结果油石比稳定度流值稳定度平均值残留稳定要求浸水时间(%)(KN)（mm）(KN)度（%）（%）20.673.930min21.4722.264.33.789.1≥8517.164.248h19.1421.114.415n长安大学硕士学位论文2.3本章小结本章结合成武高速二标路段所处地理位置、气候条件，以及该路段经常出现的车辙、反射裂缝、低温开裂等问题，决定在下面层采用具有较大嵌挤力、摩擦力，较好的骨架稳定性，强度衰减慢的ATB-25沥青稳定碎石混合料，并从原材料控制、级配的设计、最佳沥青用量的确定三个方面保证沥青混合料的施工质量和路用性能，且对其路用性能进行了实验，结果表明均达到要求，可有效解决以往路面出现的问题。16n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响第三章搅拌设备状态对施工质量的影响沥青混合料的级配、温度和油石比偏差的大小取决于搅拌设备性能的好坏，在公路施工前，要求对沥青搅拌设备的计量系统、供料系统和温控系统进行标定，确保搅拌设备的正常生产。3.1沥青搅拌设备选型沥青搅拌设备按工艺流程可分为连续式沥青搅拌设备和强制式搅拌设备，合理选择沥青搅拌设备是保证沥青混合料搅拌质量的关键。JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》第5.4.2项明确规定“可采用强制间歇式搅拌机或连续滚筒式搅拌机生产沥青混合料，高速公路和一级公路宜采用强制间歇式搅拌机搅拌，连续滚筒式搅拌机使用的集料必须稳定不变，当料源或质量不稳定时，不得采用连续滚筒式搅拌机”。由于国内骨料来源不稳定，级配变化大，因此成武高速二标段选用强制间歇式搅拌设备。其结构见图3.1。图3.1间歇式搅拌设备结构示意图沥青搅拌设备工艺流程如下：①冷料仓不同粒径的冷料经过配料装置的调频电机初配后，由皮带输送机送至烘干滚筒内，烘干筒采用逆流加热方式，通过烘干筒3个不同区段的加热，使冷骨料烘干并加热到160～180℃左右，然后由热骨料提升机送到筛分装置进行筛分，筛分好的各种规格材料暂存在热料仓内，用热骨料计量装置称重计量。17n长安大学硕士学位论文②与此同时对矿粉和沥青进行计量，为保证计量精度，一般采用大小门技术控制料量的大小。③将计量好的骨料、矿粉依次投入到搅拌缸中，在干拌3～5s后，放入沥青，搅拌20～50s，搅拌好的沥青混合料送至成品料仓暂时储存或者直接运送到施工场地，在运输过程中，应用苫布覆盖沥青混合料防止温度降低。与连续式搅拌设备相比，混合料的级配由3个环节控制，首先通过调节给料皮带的转速来调节骨料级配，进行第一次初配比；其次由振动筛对加热的热骨料进行分级，筛分好的热骨料进入各自的热料仓内；最后由间歇式搅拌设备的计量系统，通过骨料秤、沥青秤和粉料秤的进行二次称量，可以更好的控制落料误差，保证生产及配比。综合考虑，成武高速二标段使用的是中交西筑的J4000集装箱沥青混合料搅拌设备（见图3.2），其生产能力为240～320T/h，搅拌锅容量达4000Kg，整机重量达到370t。图3.2J4000集装箱沥青混合料搅拌设备3.2搅拌设备施工状态的控制搅拌设备是沥青混合料生产过程中的关键设备。其性能的好坏直接影响沥青混合料的级配、温度和油石比的准确性。在沥青搅拌设备中，影响级配准确性的装置是冷料供给系统、振动筛分系统和计量系统；影响温度的装置是烘干系统；影响油石比的装置是搅拌器。以下对以上所述总成进行分析研究。3.2.1搅拌设备级配的影响控制骨料的级配精度关系到沥青混合料的性能和质量，级配精度的提高，能有效降低骨料的空隙率和总表面积，保证良好的路面质量并提高工程质量。因此骨料级配是间歇式18n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响搅拌设备性能的一个重要指标，影响骨料级配的主要因素如图3.3所示：级配砂石冷料振动冷料场计量规格供给筛分的管理系统系统系统统图3.3级配的影响因素（1）冷料供给系统冷骨料在进入烘干滚筒内之前，须由冷料供给系统进行第一次配料。冷料供给系统的配料仓在4～6个之间，其中包含有一个砂料仓。骨料初级配的调整措施有两个，一是改变冷料仓仓门的开度大小，一般不采用这种方法，只有当调节转速仍不能满足要求时才调节仓门开度；二是调节配料电机频率。根据所需冷骨料的多少，将频率调整在0～25Hz范围内，冷料输送机见图3.4。图3.4冷料输送机1）冷料标定方法通过对物料的标定，建立流量与其相关参数之间的关系式，并作出流量关系曲线，这就是冷料标定方法。在生产过程中，首先在流量曲线上查得冷料仓目标流量的出料口大小以及皮带转速，再根据所查值调节出料口大小和皮带转速，其它各冷料仓根据同样的方法进行标定。流量与相关参数之间的关系式推导如下所示：Q=60×L×B×?0×i×（−?0）×γ×h（3.1）式中：Q——搅拌站冷料仓供料流量（t/h）；L——小皮带轮的周长（m）；B——冷料仓出料口宽度（m）；?0——电机转速（r/min）；i——电机减速比；19n长安大学硕士学位论文P——转速的比值；?0——皮带驱动力刚好克服集料给予的阻力时所对应的转速比；γ——集料的松装密度（t/m³）；h——冷料仓料门高度（m）。Q=?0×?（3.2）式中：?0——搅拌站生产时的产量（t/h）；g——冷料供给目标配合比。?设=×100%（3.3）?max式中：?设——设定转速（r/min）；?mx——最大转速（r/min）。Q可推算出:h=(3.4)60×L×B×n0×i×(P−P0)×γ2)冷料标定步骤标定前，让装载机把冷料仓装满，再让搅拌设备先上料走几分钟，最后放空。标定时，选定一个冷料仓，料门高度和转速比都设定为常用值，按正常生产一样上料并记录时间，直至上料总量超过5t，停止上料和计时。然后用称量秤称量筛分到各热料仓的冷料，得到重量?1，再重复操作一次得到?2，计算?1和?2之间的误差，若其误差值小于3%，则取平均值Q；若大于3%，则重复上述标定操作，直到所得误差值小于3%为止。1重新设定一个转速比，再按上面的步骤得到Q，作出流量——转速曲线图，在曲线图2上找出实际产量Q所对应的转速比，若其在推荐范围内，则利用此曲线，否则利用得到的?0和公式（3.4）对料门高度进行调整，直至得到集料产量曲线。最后，用同样方法对其它冷料仓进行标定。本次成武高速CWLM2标段J4000型沥青混合料搅拌机的冷料标定结果见表3.1。最终生成的流量曲线见图3.5～3.10。表3.1J4000型沥青混合料搅拌机的冷料标定结果料仓名称电机转速r/min产量t/h备注1#仓50012.9/（19～37.5mm集料）150038.6/2#仓50018.8/（9.5～19.0mm集料）150057.3/3#仓50018.1/（9.5～19.0mm集料）150055.6/4#仓50023.2/（4.75～9.5mm集料）150070.2/5#仓50023.5/（2.36～4.75m集料）150071.5/6#仓50029.3/（0～2.36mm集料）150088.5/20n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响454035302520产量（t/h）151050400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.51#仓流量曲线7060504030产量（t/h）20100400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.62#仓流量曲线60504030产量（t/h）20100400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.73#仓流量曲线21n长安大学硕士学位论文807060504030产量（t/h）20100400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.84#仓流量曲线807060504030产量（t/h）20100400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.95#仓流量曲线100908070605040产量（t/h）3020100400500600700800900100011001200130014001500转速（r/min）图3.106#仓流量曲线（2）振动筛分系统22n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响经烘干滚筒加热干燥的骨料，由骨料提升机送到筛分装置进行筛分（见图3.11），筛分好的各种规格材料暂时储存在储斗中。振动筛结构参数、运行参数、骨料材料特性对筛分效率影响较大。图3.11沥青搅拌设备振动筛示意图影响振动筛的筛分效率因素如图3.12所示：筛分效率筛孔筛面筛面振动筛面物料尺寸上物筛孔的长筛生的材性质的选料层形状度与产率料择厚度宽度图3.12筛分效率的影响因素振动筛的生产率对筛分效果有较大影响，在振动筛工作过程中，筛分效率是评价其筛分质量的重要指标，筛分效率低则导致热料仓出现串仓率的概率增大，并出现粗集料溢料、细集料等料的情况。筛分效率与筛分物料性质有关，如颗粒的级配、含水及含泥量、颗粒形状等。集料的来源决定了它的物理性能，不能随意改变，要根据集料的类型来采取对应的措施，以便于提高筛分效率和生产率。在筛分物料的过程中，筛面是与物料直接接触的，因此筛面性能的好坏也影响着筛分效率。筛面的主要参数有：筛孔尺寸，筛孔形状，筛面的长度和宽度以及材料。因此要合理选择这些参数，提高筛面的筛分效率。筛上物料厚度也影响振动筛的筛分效率以及处理量，合理控制筛面上物料层厚，有23n长安大学硕士学位论文利于提高筛分效率。筛上物料厚度受到热骨料提升机上料速度和振动筛的功率影响，因此，合理匹配提升机上料速度和振动筛功率，对提高振动筛筛分效率尤为重要。（3）计量系统要求由于受到温度、安装等因素的干扰，搅拌设备计量系统必须定期标定，标定又分为静态标定和动态标定，其技术要求见下表3.2。表3.2搅拌设备计量系统标定的技术要求设备类型检验项目单位检验内容检验要求1骨料计量误差%标定±0.502粉料计量误差%标定±0.503沥青计量误差%标定±0.254热骨料温度计量误差℃标定±3.0沥青搅拌设备5沥青温度计量误差℃标定±3.06烟气温度计量误差℃标定±3.0①转速-流量回归方程7冷料仓标定曲线/实物标定①速-流量标定曲线骨料计量精度%±2.5±2.5粉料计量精度%±2.5±2.5动态配料计量沥青计量精度%±2.0±2.0添加剂计量精度%±2.5±2.5a配料秤的标定间歇式沥青混合料搅拌设备的配料秤计量精度是否准确直接影响混合料级配精度和沥青含量偏差，因此设计或选用高品质的配料秤至关重要，而对配料秤的标定与校准更是重中之重。①沥青秤、粉料秤的标定和校准首先准备好试验仪器，取300kg的标准砝码。在沥青（粉料）称量斗清零后，即其数字表显示0.0kg，稳定10s后，开始往沥青（粉料）称量斗上加300kg的砝码,等待称量秤稳定后，输入300kg的标准质量，然后开始卸载砝码并校零，对这一过程重复操作三次。沥青（粉料）秤标定后要对其进行校准，同时计算其计量精度，校准的步骤如下图3.13所示：24n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响加再加卸再卸沥青（粉观察150kg150kg150kg150kg料）秤清回零砝码砝码砝码砝码零状态读数读数读数读数图3.13沥青（粉料）秤校准步骤②骨料秤的标定和校准首先准备好试验仪器，取3000kg的标准砝码。在石料称量斗清零后，即其数字表显示0kg，稳定10s后，开始往石料称量斗上加3000kg的砝码,等待石料秤稳定后，输入3000kg的标准质量，然后开始卸载砝码并校零，对这一操作重复三次。石料秤标定后就要进行校准，同时计算其计量精度，校准的步骤如图3.14所示：石料每次加1000kg每次卸1000kg观察秤清的砝码并读数，的砝码并读数，回零零加三次卸三次状态图3.14骨料秤校准步骤计量精度按公式（3.5）、（3.6）来计算：'mmiii'100%（3.5）mi31|i|3i1（3.6）式中：Δ——某一次采样的计量精度；m——某一次采样的显示值，kg；m′——???某一次采样的砝码值，kg；△——计量精度的平均值。b温度计的标定沥青搅拌设备的温度计有骨料温度计、烟气温度计、沥青温度计及成品料温度计，对其进行标定的方法如下。测量仪器有：标准温度计和秒表。用保温容积装有一定温度的液体，液体温度约为150℃，把标准温度计和被测温度传感器同时放入保温容器中，感温头埋入深度不小于20cm，每隔15min读取温度值一次，记录温度计的实测值和温度传感器测量装置的显示值。骨料秤的动态标定按下列方法进行，选择的测量仪器有：一定容量的料斗、精度为0.5%的地中衡、二级称量秤或二级测力计、运料车等，针对不同类型的配料秤来进行配25n长安大学硕士学位论文料试验，并分别以50%的量程和100%满量程进行试验，记录每一次的物料的设定值和实际测量值。重复三次试验，试验结果取平均值；两次试验的间隔时间应大于15min。c计量控制系统的动态标定与误差分析动态计量系统的一个误差来源是，下降的物料对秤体有冲击力。为了补偿这个误差，通过对其称重部分进行受力分析见图3.15：图3.15称重部分受力分析图根据牛顿定律得到如下等式：d2xdx[M(t)+m]+c+cX=G(t)+F(t)（3.7）dt2dt1式中：M(t)—骨料质量；m——秤体质量；?——等效阻尼系数；?1——等效刚度；X——位移；?(?)——物料重量；?(?)——物料下落的冲击力。假设?1(?)=?(?)+?(?)，在很小的时间段[?1,?1+Δ?]内，即在这段时间内认为M(t)不变，那么G1(t)也不变，而式3.7为二阶线性系统，则在这段时间内称重部分受力情况为：d2xdx[M(t)+m]+c+cX=G′(t)(3.8)1dt2dt111对其进行拉普拉斯变换得：[M+m]s2X(s)+csX(S)+cX(s)=G′(s)11KW2n其等效二阶系统为：H(s)=(3.9)S2+2ξW2nS+Wn式中：K——传感器静态灵敏度；??——系统的动态固有频率；ξ——动态补偿滤波器的阻尼比。c其中：ξ=（3.10）2√c1(M+m)c1wn=√（3.11）M+m26n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响1K=(3.12)C1根据式3.10可得动态响应品质较差的称重系统产生误差的主要原因是：小阻尼的系统严重振荡，导致获得的信号没有反映真实的测量值。而过小的阻尼系统的动态响应从动态到静态的调节时间比较长，变到稳定状态的响应时间为0.1s，因而不能保证称重系统的快速性。动态误差另一个来源是“飞料”，即称量物料快结束时，料门关闭的这段时间内，流入计量斗的这部分料的量，为了达到准确的称量目的，需要用补偿值来修正这个量。补偿值的大小受到热料仓门的开度、气缸关闭的气压、料位高低等因素的影响。在试机阶段，先根据冷料仓骨料的规格以及经验，把料门开度调到合适位置，再假定一个补偿值开始配料，称量几次后进行修正，若称量结果偏大，就减小补偿值并提前关闭仓门；反之，增大补偿值且推迟关闭时间。反复操作几次后，找到相对应的补偿值，用同样的方法确定沥青、矿料的计量系统的补偿值。3.2.2搅拌设备对骨料温度的影响控制沥青混合料的温度对施工质量有很大影响。沥青混合料温度过高，会导致沥青老化变硬，影响沥青混合料的路用性能，同时造成不必要的燃料浪费；温度过低，则混合料黏度过大影响压实度。因此，应在混合料加热过程中严格控制混合料温度，而沥青混合料温度主要取决于搅拌设备燃烧系统。1.燃烧器工作状态的影响在间歇式搅拌设备烘干滚筒中，燃烧系统由鼓风机、火箱、燃烧器等组成，燃烧器是加热装置的核心部件。燃烧器工作状态稳定，则沥青混合料的出料均匀稳定，物料温度波动不大，否者会导致出料口物料温度波动剧烈，进而影响沥青混合料的质量。而影响燃烧器的工作状态不稳定的主要因素有燃烧器的供油压力、雾化器的工作性能、油料的粘温特性和空燃比等因素。为了使燃烧器工作稳定，须正确选择和使用燃烧器。2.烘干筒负压波动的影响烘干筒工作时，筒内压力是负值，负压一方面能保证烟气运送，另一方面也能确保火焰不偏斜及烟气不泄露。烘干筒内负压波动影响骨料温度稳定性，负压对温度的影响如下：a.对火焰燃烧的影响。烘干筒加热区的负压对火焰有拉伸的效果，且使得火焰不倾斜。负压的大小直接影响火焰的形状参数，如火焰的长度及其半径等。烘干筒正常工作27n长安大学硕士学位论文时，必须保证负压在-10～-100Pa之间，超过这个范围都会对火焰产生不利影响。如果火焰在燃烧时温度最高点不在匹配位置，则会导致辐射传热的效率降低，骨料升温幅度减小。b.对骨料与热烟气的对流换热的影响。冷料的升温和干燥主要是在烘干筒的预热区和干燥区内进行的，依靠与热烟气的对流换热，冷料得到充分的干燥。烟气主要依靠负压来推动，负压的大小直接决定烟气的流速。减小烘干筒出口处的负压，烟气流动速度就降低，导致降低了烟气对物料颗粒的热传递能力，而增大出口处负压流速就增加，烟气对物料的热传递能力也就增加，但这样会降低烘干筒热效率。c.风机工作稳定性。间歇式搅拌设备烘干筒内送风系统由鼓风机和引风机组成，它们处于烘干筒两端，鼓风机的流量要小于引风机的流量。烘干筒负压的波动，势必造成引风系统处于不稳定状态，不利于骨料加热的稳定。3.2.3搅拌设备对油石比的影响控制对沥青搅拌设备而言，混合料的油石比的均匀性与搅拌器的几何尺寸、拌浆转速、材料充盈率等因素有关。搅拌器是沥青搅拌设备的核心部件，其作用是把骨料、粉料和沥青混合搅拌均匀。搅拌器容量应满足最大生产能力的要求，搅拌臂轴向和径向尺寸不应过大否则影响搅拌的均匀性以及增大搅拌功率。搅拌的难易程度取决于组成混合料的级配，其关键作用的主要因素有以下几个：混合料的加料顺序、骨料的松装容重、细骨料和矿粉所占比例、搅拌时间与速度、搅拌器的使用充盈率等。细骨料或矿粉较多，就会导致搅拌时间增长，因为单位体积的细骨料和矿粉有较大的表面积，沥青均匀粘附在其上面需要一定时间；如果材料温度比较高，那么由于沥青黏度比较低，流动性好，就更容易均匀分布在骨料上。在设计搅拌器时，应选择合适的充盈率。搅拌器的出料容积与几何容积之比叫做充盈率，其直接影响搅拌设备的生产能力，在保证搅拌质量的前提下，搅拌设备的生产能力随着充盈率增大而增大，但充盈率也不能过度增大，因为增大充盈率导致搅拌缸内上方的空间减小，也消弱了沸腾效应，同时在搅拌底部叶片的翻搅作用随着材料参与翻搅机会的减少而消弱，最终导致搅拌效果不理想。因此，充盈率值的增加是有限的。根据搅拌器设计标准规定，搅拌器的几何容积应28n第三章搅拌设备状态对施工质量的影响大于进料容积，其比值一般为0.625。此外，搅拌器还具备10%的超载能力。综合考虑各种因素，充盈率设定在45～65%之间，才能保证搅拌器具有较好的搅拌效率及搅拌质量。从所有骨料投入搅拌筒时开始到混合料开始卸料时为止的这段时间叫做搅拌时间，它分为两个阶段，即干拌时间和湿拌时间。充盈率对混合料的搅拌质量影响很大，因为物料在搅拌器内受各种搅拌持续作用的时间由充盈率决定，最佳搅拌时间因搅拌器的类型和混合料的级配的不同而不同。搅拌器的生产率随着搅拌时间的缩短而增加，而材料搅拌均匀性的改变需要增加搅拌时间，但不能过大的增长搅拌时间，这样会导致混合质量产生负面影响，高温下的热沥青混合料会发生老化，搅拌时间超过60s时混合料质量会变坏，如果超过100s时，混合料就不能使用，因此，选择合理的搅拌时间是非常重要的。3.3本章小结本章对搅拌设备的结构、工作原理，特别是对间歇式和连续式搅拌设备的性能进行了分析。结合我国高速公路修建要求，选用间歇式搅拌设备，并从混合料的级配、温度和油石比这三个方面分析讨论了搅拌设备状态对施工质量的影响和控制。为了保证沥青混合料的级配、温度和油石，对搅拌设备标定方法进行了论述。29n长安大学硕士学位论文第四章摊铺设备对施工质量影响在沥青路面施工过程中摊铺机是必不可少的机械设备之一，摊铺作业的质量尤其是摊铺平整度很大程度上受到其性能及操作的影响，摊铺机参数的调整、基准方面的确定、摊铺速度的快慢等都将造成沥青面层的不平整。摊铺机工作装置的关键部件为熨平装置，其中的振动器与振捣压实装置使被摊铺的沥青混合料颗粒间发生相对位移，进而使混合料达到一定的密实度，实现施工路面的摊铺与熨平，同时为之后压路机的碾压建立良好的质量基础。由于摊铺机振动器和振捣装置的工作参数可以在大范围内调整，其各方面参数的选择与混合料的压实特性是否协调对摊铺层沥青混合料的预压实效果有重要影响。4.1影响摊铺机性能状态的关键因素4.1.1基准线的铺设在施工过程中使用的摊铺机现在大部分都带有自动找平装置，进行摊铺作业时将根据预先铺设的基准来控制，如果基准控制不好，摊铺面层容易出现波浪，则摊铺出来的路面就具有较差的平整度。通常，对下面层进行摊铺时是在路面两侧安装基准钢丝绳，每隔10m设置一个基准线立柱，依据施工要求的高度悬挂钢丝绳，并保证基准线立柱牢固不动，检测人员在钢丝绳悬挂完毕之后检查钢丝绳的悬挂高度，高度误差控制在-10mm～+5mm之间，施工过程中还需随时对钢丝绳的高度进行检查，应该保证摊铺层平整度的均方差不超过1.8mm。如果下面层已经较好地控制了高程，那么摊铺中、上面层时可以改用与铺设基准钢丝绳相比操作更为简单且工作效率高的“平衡梁”法。4.1.2速度稳定性摊铺机作业时必须具备良好的速度稳定性，摊铺机速度不稳定会使熨平板垂直方向的受力发生变化，熨平板上力的平衡状态被打破，熨平板将不断寻求重新达到力的平衡，这将导致摊铺的厚度发生变化，从而影响摊铺平整度；另一方面，速度不稳定将影响单位面积的实际振捣次数与振动次数，导致摊铺密实度不均匀，从而影响最终路面的平整度。在综合考虑工期要求、施工质量、与之配套的各种设备如搅拌设备、摊铺的混合料类型、摊铺时的温度与风速以及压路机压实能力等各方面的因素后，才能选择摊铺机的30n第四章摊铺设备对施工质量的影响作业速度。沥青路面施工过程中，压实工序必须在路面温度低于80℃之前完成，同时还要保证作业段的长度大于25米（方便压路机错轮)，综合考虑上述两个要求，则摊铺机在施工过程中的速度不能小于1.5m/min。但是，摊铺作业速度也不能太快，因为当其作业速度太快时，摊铺表面会产生大量的拉沟、裂口，以及摊铺层混合料不均匀、预压实效果降低等质量缺陷，所以最好不要超过4m/min。摊铺机在作业过程中的速度必须保持在合理的范围内，通过“恒定连续工作原则”可以确定其作业速度。“恒定连续工作原则”以沥青搅拌设备的实际生产率为前提来对[30]摊铺机的作业速度进行选择，使摊铺机在整个作业过程中匀速稳定地进行摊铺。计算公式如下:GV=（4.1）60W∙h∙P式中：V——摊铺机的作业速度(m/min)；G——沥青拌合站的生产能力(t/h)；W3——路面宽度(m)；h——路面厚度(m)；p——混合料压实后的容重，可按2.33t/m。4.1.3熨平板参数沥青路面摊铺过程实际上就是摊铺机的浮动熨平板与热沥青混合料相互作用的过程，因此在摊铺机工作时要将其参数调整到最佳状态。（1）熨平板宽度的调整通常，由路面宽度决定熨平板的宽度。采用一次性全路幅进行摊铺时，人员与施工设备的成本能够大大较少，与此同时摊铺成型的路面表层非常均匀，没有纵向施工缝，整体平整度较高。但是，一次性摊铺容易造成离析和压实度不足等质量缺陷，因此在施工过程中大多数要求多次摊铺。在分路幅进行摊铺时，如果两台摊铺机同时作业时，两台摊铺机应该呈梯队进行摊铺，并且其前后的距离应该保持在20～40米范围之内，对两幅摊铺路面一次碾压成型。多台摊铺机同时作业时，其熨平板全部组合的宽度应该与路面两侧路缘石相隔至少10～15厘米，这样就能保证即使摊铺机在摊铺行进中出现方向偏摆，也不会与路缘石发生碰撞，预留的间距应该由施工人员紧跟摊铺机及时填补并且适当进行拍压。目前标准的摊铺机熨平板宽度以及加长后的总宽度都无法满足大多数高速公路的路面宽度，因此高速公路的纵向路面要经过多次摊铺才能够将其铺满。但进行多次摊铺的同时其工作效率便会相应的下降，为了提高摊铺作业的工作效率，熨平板宽度的选择应31n长安大学硕士学位论文该以摊铺机可以摊铺的最大宽度为基础，可以通过如下公式对纵向摊铺的次数进行计算:B=（4.2）−x式中:B——施工路面的宽度，m;b——摊铺机熨平板的长度，m;x——纵向摊铺时的重叠宽度，0.25～0.8m。成武高速二标项目路面宽度设计为24.5m米，但未设计路缘石，在施工中采取了双机器联合单幅一次摊铺，结构边缘预钉木条，以此来控制结构尺寸和避免混合料的浪费。（2）熨平板拱度的调整为了使路面在摊铺之后形成的拱度与设计时的路面拱度保持一致，则必须对拱度进行调整，并且在调整之后要在试验路段进行实际摊铺，若拱度仍不能与设计值一致，则需要再次进行调整。在一次性单幅摊铺时，由于熨平板的宽度较大，同时自重也较大，所以在作业过程中必须对熨平板底部进行严格控制，保证路面拱度成直线型，并且在熨平板作业过程中要经常对其进行检测。检测方法是将测绳放置在未进行摊铺路面两侧的基准线上，同时将测绳拉紧，并在测绳在取多个测量点，测量其与摊铺完成路面的距离，如果各测量点的测量结果均一致，即表示路面拱度确实为直线型;如果测量结果不一致，则表示路面拱度由偏差，应立即进行调整。在作业过程中熨平板的温度维持在140℃上下，熨平板结构因为受到高温而产生热涨，从而自动在其两端会产生反拱，反拱的高度在4-6mm范围内。因此，在对熨平板的拱度进行调整时应该依据当时的温度适当增加其拱度值。（3）熨平板工作仰角的调整沥青路面的摊铺作业主要是由熨平板和沥青混合料之间的相互作用来进行的，熨平板和大臂的一端刚性连接，而主机通过与大臂的另一端铰接来牵引熨平板向前运行，熨平板通过厚度调节器沿铰接点上下浮动，由此形成熨平板仰角。如图4.1所示，作用在熨平板上的力有:熨平板自身的重力W,前进时主机的牵引力P，混合料铺层在垂直方向对熨平板支撑力N，混合料对熨平板的摩擦阻力F，混合料对熨平板前端的水平推力T。32n第四章摊铺设备对施工质量的影响图4.1熨平装置在摊铺过程中的受力示意图熨平板和水平方向之间的夹角即为工作仰角α;熨平板后端和牵引点之间的连线即上图中的OC段与水平方向形成的夹角即牵引角γ，同时两者之间满足等式：α=γ-β。上述作用力使熨平板处于一个平衡状态，假设熨平板受力平衡时的牵引角为γ0，工作仰角为α0，所受作用力均对牵引点取力矩，则有方程式为:NLNsinβWLW−−FL=0cosα0cosγ0{F=Ntaρ（4.3）β=γ0−α0式中:ρ——熨平板与沥青混合料之间的摩擦角，取值一般为ρ=ta−10.4～0.6;LN——熨平板受到混合料的反作用力与牵引点之间相隔的直线距离，m;Lw——熨平板重心到牵引点的直线距离，m；L——熨平板后端与牵引点之间水平方向的距离，m。前面的平衡关系中改变任何一个力的大小，都将引起熨平板工作仰角发生变化，从而影响摊铺路面的施工质量。实际施工中工作仰角的选择，受到施工温度、混合料材料及厚度等因素的影响，确定工作仰角之后要通过试验摊铺的厚度来检验，这种检验应该在8米以外取多个点进行检验，计算平均值，并与要求厚度进行比较，当比较结果相同时即为合适；不同时，要再调整、再检验。实际所铺的厚度h可根据下列式子进行计算：100×mh=（4.4）ρ×2式中：m—一混合料的质量t；A——铺筑面积m；ρ——混合料在没有经过压实时的33n长安大学硕士学位论文3密度，取值一般为2t/m。[31]4.1.4振动与振捣参数振捣和振动参数的确定对铺层的压实度以及平整度有很大影响，合适的振幅及频率，可以在不同层厚、不同混合料类型、不同施工环境下达到施工要求的平整度、密实度。摊铺作业过程中达到的初始压实度越高，则压路机碾压时的推移程度就越低，对最终平整度极为有利。但是也不能过大，否则会使集料被压碎，并且出现细集料上浮以及泛油等现象。振捣梁的冲击频率应该和《公路沥青路面施工技术规范》中规定的摊铺机标准作业速度（v=2～6m/min）相匹配。当摊铺机作业速度较慢，振捣频率较高容易造成初压实过度；而当摊铺作业速度较快，振捣频率较低时又不能保证摊铺层的预压实度。振捣器的振动在不同程度上会给摊铺机的摊铺带来影响，尤其是在摊铺宽而薄的面层时。过高的振动频率会引起共振，熨平板将处于不稳定的状态、使得熨平板的工作仰角发生改变，从而影响摊铺机的摊铺质量。同时，共振也将引起摊铺机各部位零件磨损，使摊铺机加速损坏。所以，要根据不同情况合理选择最佳振动频率。成武高速二标项目中下面层采用的是沥青稳定碎石ATB-25，其粒径相对较大且差异性大，考虑到其摊铺厚度应适当增大摊铺机的振动夯实参数。另外，在摊铺机起步时，应该暂时不施振，这样减少摊铺机的起步阻力，待摊铺机正常运行后再进行振捣。为了使振捣梁对松铺混合料捣固均匀以及使松铺层达到一定的平整，从图4.2及图4.3中知其必须满足以下方程式:a=kA（4.5）式中：a——摊铺机振捣锤与混合料接触面的水平宽度，其值一般取17mm；K——混合料尖峰料段被振捣的次数，其取值为K=2或3；A——为尖峰料宽；图4.2尖峰料形成示意图图4.3振捣梁振捣混合料示意图34n第四章摊铺设备对施工质量的影响所以，冲击频率f应有如下关系:（4.6）由以上关系式可得出，在进行摊铺作业时，若摊铺机作业速度增加,那么振捣梁的冲击频率也应随之增大;当振捣锤与底部混合料的接触宽度a减小时，则其冲击频率要相应地增大。另外，冲击频率还应满足关系f≧k/a。4.1.5螺旋布料器参数螺旋布料器是摊铺机的关键组成部件之一，其主要作用为将刮板输送器送到布料槽的沥青混合料横向均匀分布到熨平板全幅宽度范围内，实现横向宽幅摊铺。合理的设置螺旋布料器的参数使得其具有良好的搅拌物料的能力，满足摊铺长度上不同地方所需物料的多少，使平整度得到保证。布料器主要参数如下：（1）螺旋布料器到熨平板前端的距离螺旋布料器到熨平板的距离的改变，容易造成熨平板推料的高度变化。距离太小时，粒径较大的骨料会不易进入熨平板下，即使进入也会导致粗集料之间没有小集料和细料填充，会导致供料不足，；距离较大时，混合料在熨平板前容易产生堆积，并且在温度降低后混合料会以团块状的形式脱落，在被摊铺的过程中容易造成摊铺层路面局部不易压实，密实度不均匀等现象。所以，应该合理的确定螺旋布料器与熨平板前缘的距离，一般是15～30cm为宜。（2）螺旋布料器的高度由于路面的要求不同，相应的结构层的功能也不同，使得摊铺厚度因结构层的变化而改变。所以，螺旋布料器高度可调性能对于保证施工质量来说是非常重要的。螺旋布料器叶片与地面距离相隔较小，会使沥青混合料向熨平板底部流动时受到阻挡，进而造成摊铺表面组织疏松、铺层撕裂等现象；距离太高，熨平板前的混合料不容易被运送到板前边缘，并且混合料在熨平板边缘会容易出现落料、离析等现象。通常摊铺机在开始时其螺旋布料器都调节到中位，当对较厚或较薄的铺层进行摊铺时，应该根据情况再进行合理的调整。在本文中，当摊铺下面层的ATB-25沥青稳定碎石混合料时，其粒径较大，摊铺厚度也较厚，因此应该适当增大螺旋布料器的高度。大量研究表明，当布料器底部距离松铺层10~12cm，供料均匀和摊铺效果都较为理想。（3）反向螺旋叶片在施工过程中，当摊铺机对公称最大粒径较大的沥青混合料作业时，容易在摊铺过35n长安大学硕士学位论文程中产生较为明显的带状离析。另外，在螺旋布料器悬挂处附近也容易产生混合料的离析。针对这种现象，可以通过在螺旋布料器支撑处的外端卸下一片螺旋叶片，装上一片反向螺旋叶片，如图4.4所示。按照正常安装的螺旋叶片，沥青混合料在经螺旋布料器输送过来时，由于其支撑处不连贯，会产生供料中断。此时，只能由随后输送过来的混合料向前推挤至支撑外侧，因此导致在支撑处容易产生沥青混合料离析。而在支撑外侧装上反向螺旋叶片之后，布料过程中将支撑内侧螺旋输送过来的沥青混合料反向挤压，混合料在支撑处能够得到二次搅拌，能够较好地改善此处的离析问题。1、螺旋支杆2、正向螺旋叶片3、反向螺旋叶片图4.4反向螺旋叶片安装示意图4.2摊铺机标定方法摊铺机经过转场重复组装以及长期使用，为保证摊铺设备性能状态满足施工要求，必须在其施工作业前做相应的标定检查，具体的标定内容及方法如下:4.2.1刮板输送装置运行速度刮板输送装置是否能达到产品规定的运行速度将对后续螺旋布料器的供料造成影响，所以在摊铺机施工前对其进行标定检查是非常重要的。可以采用固定距离测量运行时间的方法，对连续调速的最大速度和各档运行速度分别进行测量，其测量时间均不得少于3min，并对测量结果进行如下处理：Lsvs=0.06(4.7)ts式中：vs——刮板输送装置平均速度，mmi;ts——测量时间，s；Ls——规定距离，mm。4.2.2螺旋转速与高程螺旋转速与高程不仅要分料输料，而且要避免混合料产生离析，所以应对其进行准确设定，调节可靠。采用接触或者非接触式转速测量仪直接对螺旋布料器在各工作36n第四章摊铺设备对施工质量的影响档位的转速进行测定，其测量的平均值应该符合摊铺机标准规定的螺旋转速，可允许误差为±5%。4.2.3振动器工作参数振动器的振动频率不满足标准规定时容易造成碾压滑移或引起熨平板的共振，影响摊铺机的预压实效果，其振幅发生差异会导致摊铺层横向的不平整。在熨平板底部的宽度中心线上等距离选取6个点，各测量点的间隔不小于熨平板全长的六分之一，在每个点测量不同工作档位的振动频率以及振幅，其允许误差为±5%。4.2.4振捣装置工作参数振捣装置产生的惯性力在一定程度上影响熨平板的工作性能，而振捣装置的惯性力主要由其振捣梁的冲击频率及冲击行程决定。为了保证摊铺质量，必须对其进行性能标定。熨平装置的振捣冲击次数应达到摊铺机规定值，可允许误差为±5%，其标定方法为：沿熨平板的长度方向等距离选取六个测量点，各测点相隔长度不能小于底板全部长度的1/6，在各测点对每个工作档位的振动振捣参数进行测定，并对其数据进行如下处理：1∑nTTd=i=1di(4.8)n1Z=60(4.9)Td式中：Td——冲击周期的算术平均值，s；Tdi——采集的各周期值，s；n——数据采用点数；Z——振捣梁的冲击次数，mi−1。振捣梁的冲击行程允许误差为±2%，连续对振捣梁的冲击幅度值进行采集，并以此来计算其冲击行程，计算公式如下：1∑nAAd=i=1di(4.10)n式中：Ad——振捣梁的冲击行程，mm；Adi——采集的幅度值，mm；n——采样点数，n=10～15。4.2.5找平传感器灵敏度及超调限值找平传感器灵敏度直接影响左右调平油缸的反应速度，最终影响摊铺平整度。设置太低，对路面波动的反应滞后迟钝，会造成摊铺平整度下降；设置太高，对信号扰动的反应过于灵敏会引起熨平板震荡，忙于扰动而顾不上波动，也会造成摊铺平整度下降。为防止操作失误或路面不干净，或传感器触臂从基准钢丝绳上掉落，或超声波探头37n长安大学硕士学位论文下出现障碍物等而产生误调，应适当设置超调限值。4.3本章小结摊铺是沥青路面施工过程中非常重要的一道工序，摊铺平整度的好坏将直接影响到最终成型的路面。本章通过对影响摊铺机作业性能的关键因素进行分析探讨，认为准确的基准设置、稳定的摊铺速度、熨平板参数、螺旋布料器的协调设置以及实际施工时施工人员对摊铺机的配合操作等对保证摊铺面层的平整度至关重要。同时，对摊铺机各性能参数的标定方法进行了研究。38n第五章压实设备对施工质量的影响第五章压实设备对施工质量的影响压实是沥青路面施工的最后一个环节，沥青混合料的压实度的大小会影响沥青路面的质量，压实度过大会造成路面孔隙率过小，在夏季易出现泛油和失稳现象，影响路面的强度和稳定性；若压实度不足，路面孔隙率和透水性就增大，会导致混合料加速老化出现车辙，降低路面的抗疲劳寿命。研究发现，和标准压实度相对应的孔隙率每增加1%，就会导致路面的疲劳寿命大概降低35%，而每降低1%的压实度，就会导致混合料的渗透性变成原来的两倍，也会导致沥青路面加速老化，严重影响沥青道路的稳定性和强度5.1压实设备的选择在沥青混合料压实过程中，压路机的数量和配置是非常重要的。可以依据与铺筑速度相匹配的原则，并由压路机的碾压速度、碾压宽度、碾压遍数来确定压路机的数量。在压路机的施工规范中，要求在铺筑双车道高速公路的压路机台数不得少于5台。采用什么样的压路机十分重要。不同种类的压路机的压实厚度也是不同的，光轮压路机适合于压实薄层沥青路面，振动压路机适合用于碾压厚层沥青路面。静力光面压路机也有诸多优点，即结构简单、制造容易、便于维修、寿命长等，国内其种类较多，且普遍用于机械化施工要求不高的情形。但静力光面压路机的劣势也是显著的，与振动压路机相比，其在压实路基方面就不如振动压路机有效，而与轮胎压路机在压实沥青铺筑层方面相比，其压实性能也远不如轮胎压路机好，而且在使用静力光面压路机的地方，都可以用其它型号的压路机来代替完成。从实用性能和适用范围来分析，都不怎么理想，也反映了其将被淘汰的趋势。轮胎压路机（如图5.1）可以适宜于不同厚度的压实层，轮胎压路机具有以下优点：不需洒水、有较好的密水性和搓揉作用、温度适应范围广、碾压比较均匀、不会出现发裂现象、密实度比较好等等。由于这些优点，使轮胎压路机在国外使用的比较普遍。最近几年，我国在公路建设中比较重视振动-轮胎组合式压路机来进行碾压的这种方式，以及使用大吨位轮胎压路机进行碾压，这种碾压方式对减少沥青路面水损坏起到了巨大的作用。39n长安大学硕士学位论文图5.1轮胎压路机图5.2振动压路机振动压路机（如图5.2）利用钢轮的振动，使其与混合料产生共振，从而降低混合料的内摩擦阻力达到压实的目的。振动压路机具有以下特点：压实度高、压实效果好、生产效率高等特点，然而其缺点就是不能减少和控制压实过程中表层出现的裂缝。选择压路机还需要遵守以下原则：①对于沥青路面，振动-轮胎组合式压路机的压实效果比单钢轮压路机振动压路机压实效果好，而振动压路机比普通静力压路机的压实效率高，轮胎压路机比钢轮压路机不易压碎大料以及破坏外露矿料顶面的沥青膜。因此，轮胎压路机是压实作业过程中必不可少的压实机械。②当混合料中含有较多粗集料，集料级配较大，或沥青含量高时，应选择压实能力大的压路机。③在一定范围内，振动压路机线压力的增加有利于提高压实效果，大中型振动压路机的最佳静线压力在200～400N/cm之内。④压实沥青混合料最佳的频率是在33～55Hz之间，最佳的振幅是在0.3～1.0mm之间。针对不同的压实厚度，振动压路机通过调节振频和振幅来改变振动强度。厚度小于6cm的摊铺层选用中小型振动压路机，振幅范围为0.35～0.6mm；厚度大于6cm的选用大中型振动压路机，振幅范围为0.6～1.0mm。5.2压实设备的作业性能1）轮胎压路机的压实性能轮胎压路机在进行压实作业时，通过增减附加载荷调节压路机自重，轮胎对铺层产生垂直压力和水平压力。轮胎压路机自重产生的垂直压力是静作用力，被压材料在静作用力作用下，颗粒之间产生剪切应力，当剪切应力达到足以克服颗粒之间的内摩察力和40n第五章压实设备对施工质量的影响粘聚力时，材料颗粒之间相互靠近，通过移动重新排列，大颗粒之间的空隙被小颗粒填充，从而混合料密度增加。轮胎压路机的水平压力包括两个作用力，一个是碾压过程中发生变形的充气轮胎对铺层的水平作用力，在轮胎与混合料开始接触处产生的水平作用力是向外的，作用力随着轮胎变形的程度增大而增大。而在轮胎离开接触处产生的水平作用力是向内的，作用力随着接触面的减小而减小；另一个是驱动轮对铺层的作用力。由牛顿定律可知，主动轮产生的水平作用力和和从动轮产生的水平力是一对相互作用力，且方向相反，水平压力和垂直压力共同作用对被碾压的材料产生搓揉效果。轮胎压路机有下列特点：①可以消除裂纹振动压路机碾压温度过高的沥青混合料时，由于层间滑动，路面容易出现开裂现象。如果产生裂纹，须使用轮胎压路机而不能使用振动压路机来消除裂纹，轮胎压路机通过弹性轮胎的变形对被碾压的材料进行搓揉作用，使裂纹愈合，从而成为一个整体。②碾压时能使沥青向上迁移在常温环境中，混合料中沥青的作用就是把骨料颗粒粘结在一起，提高其整体强度；在高温时，混合料中的沥青具有润滑作用，能够降低混合料颗粒之间的内摩擦阻力，方便压实。沥青混合料的表层颗粒之间能够形成油膜，油膜均匀分布起到防水效果，可以减少混合料发生水损坏，这就是沥青混合料的表面封水功能。在碾压过程中，由于轮胎压路机具有搓揉作用，自由沥青可以向上迁移，增大了表面的致密度。③具有均匀压实特性在压实沥青混合料时，钢轮压路机的钢轮的宽度越宽且刚度越大就越容易在大颗粒之间产生“搭桥”现象，造成压实度不均匀。而在轮子之间轮胎压路机使用平衡悬挂结构，使在同一轴上的轮胎能上下摆动，并通过调整轮子来对高低变化的路面进行碾压，也能获得良好的压实效果。因此，即使铺层的平整度较差，若使用轮胎压路机对其进行碾压，就能得到较好的压实效果。④压实效率低、压实度随深度衰减较快如图5.3所示，图中D、P分别代表轮胎宽度和轮胎单位载荷。从图中可以看出轮胎的压实深度越大，轮胎的单位载荷就越小，而压实深度在1.5D以后轮胎对铺层的作用力非常小。轮胎压路机压实效率不高，压实深度也小。41n长安大学硕士学位论文图5.3轮胎压路机的压实深度2）振动压路机的压实性能有三种关于振动压实的学说理论：反复荷载交变剪应变学说、材料共振学说以及内摩擦力减小学说。振动压路机在进行设计时采用的是共振理论，不同材料均具有其自身独特的振动性能以及相应的谐波振动特征，其经过压路机的振动轮而产生被迫振动后可以独立进行自身的合理调整，在压路机的固有频率下不同的振动幅度将多次循环出现。自然频率决定自然振动，每个设备和材料结合而成的总成体系中包含多个自然频率，其各自具有对应的振动特性。而总成体系中类似材料特性、设备型号、限制条件以及接触情况等特征将决定该体系的自然振动，激发总体系统时，若采用的频率和体系中所包含任意的自然频率相一致，则会使其出现振幅较大的共振现象。振动压路机在施工过程中主要通过振动装置将其激振力作用在混合料上，使混合料颗粒间发生移动，处于振动状态。若振动轮的振动频率达到混合料的固有频率时，混合料将产生共振，导致混合料颗粒间的内摩阻力与粘聚力减小，而且大小骨料将重新排列，大颗粒之间的空隙会充满粒径较小的骨料，混合料颗粒将变得更加紧密，从而保证最佳压实效果。3）轮胎和振动压路机压实性能的对比当振动压路机的振动频率接近或等于混合料的固有频率时，就会发生共振现象，使得混合料的内摩擦阻力减小，从而提高振动压路机的压实效率，这是其一大优点。此外，振动压路机还具有压实度高、压实效果好、生产效率高等特点，然而其缺点就是不能减少和控制在压实过程中表层出现的裂缝。轮胎压路机依靠自身重量产生水平压力和垂直压力，通过这两个力的共同作用对沥青混合料产生揉搓作用，通过对沥青路面进行揉搓，可以使表面铺层的裂纹愈合。另外，轮胎压路机还具有以下优点：均匀压实，能使自由沥青向上迁移增大表面密实性。但是轮胎压路机的缺点就是压实效率较低，压实度随深度衰减较快。42n第五章压实设备对施工质量的影响综合两种压路机的压实特点，在压实工艺过程中振动压路机宜用于复压工序，轮胎压路机宜用在振动压路机压实后的复压或终压工序；5.3轮胎压路机参数对压实的影响轮胎压路机是利用充气轮胎对铺层材料进行压实，通过对铺层材料施加静压力达到压实的目的，其还具有揉搓作用，因而被广泛应用。由于揉搓作用，轮胎压路机在对沥青混合料进行碾压时会产生较好的压实效果，而且其还可用来愈合裂纹、预压坡边、预压接缝以及压实薄摊铺层等。而影响轮胎压路机压实性能的主要参数是轮胎、碾压速度和碾压遍速。一、轮胎轮胎压路机的轮子是光面橡胶的，数目为5～11个，能够改变轮胎气压，其作业能力为5～30吨。国内沥青道路压实时常用的轮胎压路机是前5轮后6轮型压路机，其轮胎压力可达500～620kPa。增大轮胎宽度和直径，轮胎的支撑面积以及轮胎对地面的接触应力也增大，压实深度和剪切力也随着增大。由于轮胎压路机的橡胶轮胎具有弹性柔曲特性，因此可以利用其柔曲变形来挤压摊铺层凹部，以便达到密封性压实的效果。此外，与光轮压路机在相同运行速度下碾压沥青路面时相比较，轮胎压路机使铺层处于压应力状态下的碾压时间要长很多，而由于其具有揉压作用，使铺层随时可能发生变形，因此压实所需时间就短。轮胎的载荷和接地比压决定了轮胎压路机的压实效果。充气轮胎的优点就是可以通过改变轮胎气压，从而对被压材料的最大压应力进行限制，使得压实效果更加理想。表5.1不同的轮载荷和充气压力与接地比压对照表充气压力kPa接地比压2403504806207208302/kg/cm轮载荷/kg11252.02.42.73.03.33.413752.22.63.03.33.53.818252.42.83.43.84.04.322502.53.13.64.14.44.827502.63.23.94.44.85.230002.73.34.14.64.95.443n长安大学硕士学位论文根据表5.1可得，轮载荷与接地比压的大小成正比例关系，接地比压的大小也随充气压力的增大而增大。增加轮胎载荷，能使压力进一步向深层传播，从而增大压实深度。因此，在一定范围内轮胎的充气压力越大，铺层的压实深度和效果就越好，轮胎最大接地压力为：mx=√Q(E1+E2)/π2Db（5.1）式中：?mx——轮胎最大接地比压（Pa）；?——轮胎负荷（N）；?1——轮胎的弹性系数(Pa)；?2——被压实材料的变形系数（Pa）；D——轮胎直径（m）；b——轮胎的接地面宽度（m）。0.25其中：E=p1.5D()/0.055Q0.5（5.2）1DE2=2.47E0式中：p——轮胎的充气压力（Pa）；?0——被压实材料的变形模量（Pa）二、碾压速度和遍数轮胎压路机施工时，由于充气轮胎的变形被压材料处于碾压状态的时间增大，在一定碾压速度范围内，路面压实效率随着压路机碾压速度的增大而提高。合理选择碾压速度是压路机施工过程中的重要一环，碾压速度过快，轮胎对铺层的作用时间就越短，被压材料难以产生塑性变形，压实质量就不能达标；碾压速度过慢，路面压实效率就下降，也增加施工成本。根据《公路沥青路面施工技术规范》第5.7.4项明确规定：轮胎压路机的初压速度应在2～4km/h之间，复压时的速度应在3～6km/h之间，而终压速度在4～8km/h之间。在施工开始前，碾压遍数难以确定，一般是根据经验确定，但随意性比较大。还有就是在确定压路机类型、振幅与振频等影响因素后，通过试验摊铺确定下来。5.4振动压路机参数对压实的影响5.4.1振动参数的影响振动压路机由钢轮的振动和其自身重量共同决定压路机的压实能力。在振动压路机进行压实作业时，被压实的沥青混合料在振动冲击的作用下，从静止的状态过渡到运动状态，混合料颗粒之间的摩擦力也从静摩擦力转变到动摩擦力。由于混合料中水分或其它杂质的影响，颗粒的外围被自由沥青所包裹，形成一层粘膜充当颗粒之间运动的润滑44n第五章压实设备对施工质量的影响剂，为颗粒的相互运动创造了有利的条件。在混合料压实之前，颗粒之间存在大量大小不等的间隙，通过振动冲击，混合料颗粒之间发生位移，较小的颗粒移动到大颗粒之间的空隙中，而小颗粒之间形成的空隙又由矿粉来填充，这就是填充现象。随着振动压路机不断作用下，沥青路面的孔隙率逐渐减小，密实度不断增大，当密实度达到一定程度时，沥青混合料就形成一个整体，其刚性增大，振动传播的能力也增强了。当混合料与振动轮形成共振时，激振力进一步传播，深层材料也被进一步压实得到较好的压实效果。频率和振幅是压路机的基本参数，在压实过程中，对压实效果起关键作用。根据压实材料的不同，必须合理地选择频率、振幅的大小。由共振理论可知，激振频率越接近材料的固有频率时，振动压实的效果就越好，其中，振动频率和压实材料的自然振动频[33]率以及在不同阻尼比下的压实效果试验关系曲线如图5-3所示。图5.3压实设备与压实材料的振动曲线图中：?—钢轮振动频率；—压实材料的自然频率（自振频率）；A0—振动冲击影响下的压实材料振幅；—静力下的压实材料变形根据图5.3中可以得到，压实设备的振动频率越接近被压材料的自然频率，其冲击振幅就越大且内摩擦阻力就越低，而当两者相等时，在理论上冲击振幅将变得无穷大，与此同时阻力将变为零。为了对铺层进行有效压实，压实设备的激振频率必须合理选择。例如：如果振动轮的振动频率为70Hz，而某类型沥青料的自身频率为40Hz，则ffns1.75，据图中曲线有AA0s1，即压实材料的振幅值小于静力下的变量，故不能起到压实的作用。如果振45n长安大学硕士学位论文动频率为零，则振动压路机就由振动式压实变为静作用式压实。参照图5.3压实设备与压实材料的振动曲线，激振频率越接近被压实材料的自然频率，压实效果就越佳。不同的压实材料，其“压路机—压实材料”的振动系统的二阶固有频率也是不同的。通常，振动压路机工作频率的取值范围如表5.2所示。振动压路机主要用来压实沥青混合料，工作频率取值建议为40～50Hz，这样既可以保证沥青材料与各种骨架的充分渗透与揉合，也能充分压实沥青路面。对于压实效果影响，振幅比振动频率的作用更显著。由图5.5可见，针对某种压实材料，使用振动频率选择在30～45Hz之间的振动压路机，压实效果最好，但是压实曲线在这一区段内的变化是比较平缓的，这说明在这个区间段内改变振动频率，压实效果没有明显变化，但是如果在相同的频率下增加工作振幅，振动压路机的影响深度和压实效果就会发生显著变话。若增大振动压路机的振幅，振动轮对压实材料产生的冲击能量会增大，振动波在土中的传播的距离也会更远，压实效果也就更好。在设计振幅时，其名义振幅取值不能太小，否则振动轮对被压材料的冲击能量小，达不到压实目的。沥青材料具有粘滞作用，被压材料的颗粒运动的位移受压路机的振幅的影响不是很大。因此，选择压实沥青路面的振动压路机的工作振幅时，可以选择小一些但不能过小，而振动压路机增大振幅可以[34]提高其压实效果，但是名义振幅的取值也不能过大。因为振动压路机的上车振幅随名义振幅增大而增加，上车振幅增加会引起司机疲劳，且导致机械零件过早损坏，甚至导致路面产生“过压实”的情况，出现材料级配失调、路面疏松等现象。根据以上分析可得，应该合理选取振动压路机的名义振幅。参考以往的施工经验和实验研究，再根据被压实的材料和施工的具体要求，得到了较为合理的振动压路机名义振幅的取值范围，如表5.3所示。表5.2振动压路机振动频率选择压实类型振动频率范围压实路基25～30Hz压实基层25~40Hz压实沥青混凝土及路面30~50Hz46n第五章压实设备对施工质量的影响表5.3振动压路机名义振幅选择压实类型名义振幅范围压实路基1.4~2.0mm压实基层0.8~2.0mm压实沥青混凝土及路面0.4~0.8mm振幅2振幅共压实效果振频率振动频率（）图5.5频率和振幅对压实效果的影响5.4.2碾压速度和遍数选择合理的碾压速度有利于减少碾压时间，提高施工效率。在施工过程中，振动压路机必须保持适当的恒定碾压速度，根据标准碾压速度应控制在2～4km/h之间。碾压速度不能过慢，否则会造成摊铺与压实工序出现间断，不能保证振动压路机在有效压实时间内完成碾压工作；速度也不能过快，否则会导致沥青混合料没有完全变形密实，甚[35]至导致产生横向裂缝、推移等病害，如果没有比较成熟的施工经验，可以通过铺筑试验路来确定碾压速度。根据国外有关资料:当振动压路机的碾压速度在8～lOkm/h之间时，其获得的经济[36]效益和压实质量是比较高的。研究表明，当其它条件都相同的情况下，碾压速度为[37]5km/h的振动压路机和速度为lOkm/h的相比，其压实度的平均值相差不大且仅为1%。这就说明在有效压实时间一定的情况下，碾压速度尽可能取最大值，这样有利于减少沥青混合料的温降，延长有效压实时间，也有利于减少碾压次数，提高压实效率。5.5本章小结本章对轮胎压路机和振动压路机的特点进行了分析，轮胎压路机具有的揉搓作用，可消除路面裂纹，提高压实的均匀性；轮胎压路机的轮宽、充气压力和碾压速度是影响轮胎压路机的主要因素。对于振动压路机振频是一个关键参数，但振幅却控制着压实效果的好坏。为此提出了振动参数的选择范围。47n长安大学硕士学位论文第六章施工的设备标定和验证成武高速二标路段下面层施工采用ATB-25沥青碎石。为满足该混合料的摊铺需求，所施工设备的配置见表6.1。表6.1成武高速CWLM2标段面层施工主要设备设备种类型号规格设备数量沥青拌合楼西筑4000型1台沥青摊铺机中大DT18001台双轮振动/振荡压路机悍马HD1282台双钢轮振动压路机英格索兰DD1101台轮胎压路机XP3012台小型双轮钢轮压路机悍马HD2.51台6.1施工所用机械性能标定6.1.1沥青搅拌站的标定成武高速J4000型沥青混合料拌和机计量精度标定结果见表6.2～6.4。由表6.4可以看出标定前搅拌设备多数计量精度指标超出了国家标准要求，有的温度传感器都已损坏，如果不经标定就进行生产势必会影响施工质量，经过标定和元器件更换，所有计量精度指标都达到国家标准要求，给后续正常生产打下良好基础。另外，计量系统的准确性是进行沥青混合料成品料级配、油石比控制的基础。分别对搅拌设备在标定前后生产的成品料进行抽提筛分，由结果可知：在物料秤计量标定前，关键筛孔通过率偏差要明显大于标定后的筛分结果，最大达到了6.8%，已经接近级配上限。另外，标定前的成品料级配偏细，虽然油石比比目标值高0.43%，但料的外观仍然“贫油”；标定后，成品料的外观性状得到了很好的改善，并且油石比由4.03%降低到3.72%，已经非常接近目标油石比，偏差在国标和施工要求的范围之内。48n第六章施工的设备标定和验证图6.1成武高速中交西筑J4000型沥青混合料拌和机表6.2配料计量精度标定后结果表(静态)设定值(表显值)kg实测值(标准砝码值)kg计量误差%参数序号名称满量程半量程满量程半量程满量程半量程130091505300015000.300.33骨230081503300015000.270.20料计330121507300015000.400.47量平均////0.320.331299.8159.8300.0160.0-0.07-0.12粉2299.4159.5300.0160.0-0.20-0.31料计3299.5159.5300.0160.0-0.17-0.31量平均////-0.15-0.251300.0160.2300.0160.000.12沥2300.4160.1300.0160.00.130.06青计3300.5160.3300.0160.00.170.19量平均////0.100.1249n长安大学硕士学位论文表6.3温度计量精度标定记录表参数名称指示值(℃)实测值(℃)计量误差(℃)18784.03.028784.03.0热骨料温度38684.02.0平均//2.7184.083.20.8284.883.01.8沥青温度384.583.01.5平均//1.4184.482.71.7284.382.71.6烟气温度384.382.61.7平均//1.7表6.4J4000型拌和机计量精度标定结果表序号检测项目单位标准规定标定前标定后备注1骨料%±0.51.120.33/配料计量精度2粉料%±0.50.36-0.25/(静态)3沥青%±0.25-0.440.12/4热骨料℃±3.017.52.7传感器更换5温度计量精度沥青℃±3.02.41.4/6烟气℃±3.011.21.7/沥青搅拌设备测温传感器一般选用铂热电阻或K型热电偶，这种温度传感器如果在使用前不进行偏差修正，会带来较大的测量误差。由表6.4可以看出，标定前，温度计最大误差达到了12.6℃，修正后，基本可以保证温度误差在3℃左右。温度参数是操作人员对设备工作状态以及成品料性状监控的主要参考依据，温度反馈信息的准确性对于保证搅拌设备的持续稳定生产起到至关重要的作用。在成武高速施工过程中，对搅拌设备的计量精度进行了跟踪，在生产6锅料后开始采集对类原材料的配料数据（各50个数据），检测数据见表6.5，然后利用数理统计的方法评定设备的作业质量，过程如下：50n第六章施工的设备标定和验证该拌和设备的集料配料量在计算机上的显示值是累计值，每次集料配料量累计设计值依次为：1306、1959、2343、2766、3727，沥青配料设计值为115，粉料为157.6，单位为kg。实际配料结果如下，见表6.5。（3）数据处理与分析经计算得到配料误差如下，见表6.6。表6.5搅拌设备配料数据集料配料累计值（kg）沥青配料粉料配料12345（kg）（kg）13161958230927683709114.1157.513161960231627723730114.8157.213231960230827633754114.6158.713111950229927673709114.7157.213081988230427713733114.6157.213141954230027683721114.5158.213171964230927763720115.5158.213171955229927713735115.0157.213061947231827633749115.5157.613061986230027733701115.7157.313141950230127723739114.0157.513171962231227673733113.7157.313201959230727673746114.5157.513091948229227683708114.3157.213131948229827723734115.0157.313101988230627653735114.3158.613091946231627643745114.3157.313091945229127683735113.7157.213101951229627743725114.3157.013041983230227633739114.1158.213021941231127743697114.0158.213041984229927753714114.7157.013111951229727583735114.2158.312981974231927653738114.3156.713131948229827623738115.1158.251n长安大学硕士学位论文表6.5搅拌设备配料数据（续）集料配料累计值（kg）沥青配料粉料配料12345（kg）（kg）13021965231027723703113.5158.213101943231427763756114.3156.813031972228927623721115.0156.813101947229527683676115.0157.813011979232427723736114.1156.713111949230227643741115.1157.713091945231627633722114.3157.813071979229527713719115.0157.713021976231827643718116.3157.513101947228727763733115.2157.513091940230627683732113.8157.313151992230427643721114.6158.313071977231827623726113.8157.013121956229527663720114.7158.313091951229127643714114.2157.013021942229227643742114.6158.113071981231827753746117.0157.813061941231327723729115.3158.013141949229927733711114.2156.813071985229927723724113.3158.013071985230827683718113.1156.813031983230027603752115.6157.813121948229527703731113.5158.013131948229827703748114.7158.013131991230827653740114.2158.0表6.6配料误差集料配料误差（%）沥青误差粉料误差12345（%）（%）0.766-0.051-1.4510.072-0.483-0.783-0.0630.7660.051-1.1520.2170.080-0.174-0.2541.3020.051-1.494-0.1080.724-0.3480.6980.383-0.459-1.8780.036-0.483-0.261-0.2540.1531.480-1.6650.1810.161-0.348-0.2540.613-0.255-1.8350.072-0.161-0.4350.3810.8420.255-1.4510.362-0.1880.4350.3810.842-0.204-1.8780.1810.2150.000-0.2540.000-0.613-1.067-0.1080.5900.4350.0000.0001.378-1.8350.253-0.6980.609-0.1900.613-0.459-1.7930.2170.322-0.870-0.0630.8420.153-1.3230.0360.161-1.130-0.1901.0720.000-1.5360.0360.510-0.435-0.06352n第六章施工的设备标定和验证表6.6配料误差（续）集料配料误差（%）沥青误差粉料误差12345（%）（%）0.230-0.562-2.1770.072-0.510-0.609-0.2540.536-0.562-1.9210.2170.1880.000-0.1900.3061.480-1.579-0.0360.215-0.6090.6350.230-0.664-1.152-0.0720.483-0.609-0.1900.230-0.715-2.2190.0720.215-1.130-0.2540.306-0.408-2.0060.289-0.054-0.609-0.381-0.1531.225-1.750-0.1080.322-0.7830.381-0.306-0.919-1.3660.289-0.805-0.8700.381-0.1531.276-1.8780.325-0.349-0.261-0.3810.383-0.408-1.963-0.2890.215-0.6960.444-0.6130.766-1.024-0.0360.295-0.609-0.5710.536-0.562-1.921-0.1450.2950.0870.381-0.3060.306-1.4080.217-0.644-1.3040.3810.306-0.817-1.2380.3620.778-0.609-0.508-0.2300.664-2.305-0.145-0.1610.000-0.5080.459-0.562-2.0490.1450.107-1.3040.2540.536-0.562-1.9210.1450.563-0.2610.2540.5361.633-1.494-0.0360.349-0.6960.2540.306-0.613-2.0490.072-1.3680.0000.127-0.3831.021-0.8110.2170.241-0.783-0.5710.383-0.510-1.750-0.0720.3760.0870.0630.230-0.715-1.152-0.108-0.134-0.6090.1270.0771.021-2.0490.181-0.2150.0000.063-0.3060.868-1.067-0.072-0.2411.130-0.0630.306-0.613-2.3900.3620.1610.174-0.0630.230-0.970-1.5790.0720.134-1.043-0.1900.6891.685-1.665-0.072-0.161-0.3480.4440.0770.919-1.067-0.145-0.027-1.043-0.3810.459-0.153-2.0490.000-0.188-0.2610.4440.230-0.408-2.219-0.072-0.349-0.696-0.381-0.306-0.868-2.177-0.0720.402-0.3480.3170.0771.123-1.0670.3250.5101.7390.1270.000-0.919-1.2800.2170.0540.2610.2540.613-0.510-1.8780.253-0.429-0.696-0.5080.0771.327-1.8780.217-0.080-1.4780.2540.0771.327-1.4940.072-0.241-1.652-0.508-0.2301.225-1.835-0.2170.6710.5220.12711n2实验数据按公式：xxi和s(xix）进行处理，计算得到每种材料nn1i153n长安大学硕士学位论文的配料误差平均值与标准差，见表6.7。根据概率论与数理统计理论，在95%的置信度下，各材料的配料误差落在以下区间内，见表6.8。将试验结果与指标体系中允许偏差对比可知，各材料的配料误差均能达到指标要求。综上所述，为减少“飞料”，“冲击”等对配料误差的影响，现代沥青混合料拌和设备利用先进的电子控制技术和适当的修正方法，提高了配料系统的性能，大大减小了误[39]差；同时也验证了所规定的指标的合理性和实用性。表6.7配料误差的平均值与标准值配料12345沥青粉料平均值/%0.27260.1235-1.66370.07740.0274-0.3843-0.0063标准差/%0.40220.84670.39330.16820.43040.64120.3409表6.8配料误差在约95%概率下的取值区间骨料/%配料沥青/%粉料/%12345区间0.53,1.081.57,1.82-2.45,-0.88-0.26,0.41-0.83,0.88-1.67,0.90-0.69,0.686.1.2摊铺设备的性能标定（1）成武高速CWLM2标段采用中大DT1800摊铺机（见图6.2）进行大宽度一次成型摊铺作业。对DT1800摊铺机的检查结果见表6.9。从表6.9的检查结果可以看出摊铺机技术状态基本正常，在检查初期出现熨平板振动器不起振的故障，经过维修人员的抢修在试验段开始前成功排除了故障，保障了以后施工的顺利进行。图6.2中大DT1800多功能摊铺机成武高速二标段采用的是中大DT1800多功能摊铺机，课题组人员对施工机械进行了标定及作业参数试验，结果如下：54n第六章施工的设备标定和验证表6.9中大DT1800多功能摊铺机试验结果汇总表标准规定及序号项目单位检测值结果备注施工要求一摊铺机性能参数1基本宽度mm/3000//摊铺宽度拼接熨平2最大宽度mm/18000/板熨平板仰角调节（摊铺找平油缸+机械3////厚度）丝杠微调4横坡度调节%/+4.80~－4.92//5拱度调节%/+3.10~－1.05//6刮板速度m/min/0~33.6//7螺旋转速r/min/0~102.6//工作正常，能够8螺旋与料位计配合//根据料位高度控//制输料量。9振动频率Hz/0~52.3//10振捣冲击频次次/min/0~1512//11振捣冲击主振捣mm/5/4级可调行程12副振捣mm/6/4级可调平衡梁配超声波13找平方式////传感器找平14系统设置显示/正常正常符合/传感器7级可调、无超15灵敏度档可调可调符合调限值上升2016左mm/s/符合/找平下降15调节速度油缸上升1917右mm/s/符合/下降1518左mm/350符合/调节行程19右mm/350符合/20电子发动机转速r/min可监控可监控符合/监控21摊铺速度mm可监控可监控符合/在检查过程中发现和及时排除设备的故障和隐患也是设备标定和检查的目的之一，从本次标定和检查的结果看在搅拌设备及摊铺机上都及时发现了故障及可能影响施工55n长安大学硕士学位论文质量的隐患，并及时进行了排除，为以后大规模施工的顺利进行及施工质量保障打下了坚实的基础。另外，在保证平整度的前提下，铺筑过程中应根据混合料的类型、集料尺寸、厚度等情况选择熨平板的振动、振捣或两者并用等压实手段，采用适宜的振动频率和振幅来尽量提高路面的初始压实度。6.1.3压路机的性能标定成武高速CWLM2标段的振动压路机主要由两台悍马HD128型振动压路机和英格索兰DD110型振动压路机及悍马HD2.5型小型振动压路机组成，其中英格索兰DD110型振动压路机（见图6.3）进行路面初压，HD128型振动压路机（见图6.4）主要进行路面复压[40]和终压，HD2.5型小型振动压路机主要用来进行边角带的压实作业。国家标准要求振动压路机振动参数允许偏差±10.0%，质量参数不得小于设计值的97%。具体检查结果见表6.10～6.11。图6.3英格索兰DD110型振动压路机图6.4HD128型振动压路机表6.10成武高速CWLM2标段振动压路机参数压路机型号检验内容单位设计值检测值结果频率Hz//低频高幅振幅mm//不能起振英格索兰DD110频率Hz//高频低幅振幅mm//工作质量kg1100011370符合56n第六章施工的设备标定和验证表6.10成武高速CWLM2标段振动压路机参数（续）压路机型号检验内容单位设计值检测值结果前轮kg55005795符合工作质质量量分配后轮kg55005595符合英格索兰DD110质量前轮N/cm272287符合静线载荷后轮N/cm272277符合频率Hz4240符合低频高幅振幅mm0.890.88符合频率Hz5049符合高频低幅振幅mm0.470.45符合悍马HD128工作质量kg1230012360符合（编号2054409）前轮kg61806200符合工作质质量量分配后轮kg61206160符合质量前轮N/cm291292符合静线载荷后轮N/cm288290符合频率Hz4241符合低频高幅振幅mm0.890.88符合频率Hz5051符合高频低幅振幅mm0.470.45符合悍马HD128工作质量kg1230012380符合（编号2259116）前轮kg61806220符合工作质质量量分配后轮kg61206160符合质量前轮N/cm291293符合静线载荷后轮N/cm288290符合57n长安大学硕士学位论文表6.11成武高速CWLM2标段振动压路机参数压路机型号检验内容单位设计值检测值结果频率Hz6061符合低频高幅振幅mm0.50.52符合频率Hz///高频低幅振幅mm///悍马HD2.5工作质量kg25002520符合前轮kg12501240符合工作质质量量分配后轮kg12501260符合质量前轮N/cm102101符合静线载荷后轮N/cm102103符合由现场检验检查结果可以看出成武高速CWLM2标段英格索兰DD110压路机不能实现振动压实作业只能进行静压作业，其它的压路机压实性能相关的关键指标均符合国家标[41]准要求，设备状态良好。经过标定后，振动压路机的频率和振幅以及轮胎压路机的接地比压（如表6.12所示）均满足国家标准GB/T8511-2005《振动压路机》和行业标准JB/T10473-2005《轮胎压路机》的规定以及施工要求，配合压实工艺，压实终了后，沥青面层压实度达到了98%以上（以双面75次击实次数成型的马歇尔设计密度为标准密度），压实效果理想，标定试验作用明显。表6.12轮胎压路机标定标定参数设计值标定值轮胎气压/0.63MPa样机一接地比压260～460kPa446kPa轮胎气压/0.56MPa样机二接地比压250～480kPa451kPa6.2施工质量验证通过对沥青搅拌设备、摊铺机、压路机的标定，保证了他们在生产时，各个总成状态正常，为了验证标定数据的合理性与适用性，依托施工单位的施工现场进行数据采集，如表6.13所示。可以看出，在施工段ZK32上，沥青路面的压实度、平整度、渗水系数58n第六章施工的设备标定和验证等各项指标均达到了施工要求，合格率100%，说明施工中的各设备状态均在最佳工作状态中，对设备的标定取得了预期效果。表6.13沥青混凝土面层和沥青碎（砾）石面层分项工程质量检验评定表1）沥青混合料的矿料质量及矿料级配应符合设计要求和施工规范的规定。2）严格控制各种矿料和沥青用量及各种材料和沥青混合料的加热温度，沥青材料及混合料的各项指标应符合设计和施工规范要求。沥青混合料的生产，每日应做抽提试验、马歇尔稳定度试验。矿料级配、沥青含量、马歇尔稳定度等结果的合格率应不小于90%。3）拌合后的沥青混合料应均匀一致，无花白，无粗细料分离和结团成块现象。基本要求4）基层必须碾压密实，表面干燥、清洁、无浮土，其平整度和路拱度应符合要求。5）摊铺时应严格控制摊铺厚度和平整度，避免离析，注意控制摊铺和碾压温度，碾压至要求的密实度。检验点合格点规定值或允许合格率项次检查项目（组）（组）权值得分偏差（%）数数实验室标准密度的96%（*98%）；最压实度（%）大理论密度的1110031001Δ92%（*94%）；试验段密度的98%（*99%）α（mm）1.211100IRI(m/km)2.02平整度2100最大间隙—h(mm)3弯沉值（0.01mm）符合设计要求2SMA路面200ml/min;其他1110021004渗水系数沥青路面300ml/min摩擦系数22100实5抗滑符合设计要求2100构造深度22100测总厚度：-5%H项代表值11100上面层：-10%h目3100总厚度：-10%H6Δ厚度合格值上面层：-20%h7中线平面偏位（mm）202210011008纵断高程（mm）±15661001100宽度有侧石±2091（mm）无侧石不小于设计10横坡（%）±0.3221001100合计15100外观鉴定：局部有离析现象减分：2评定结论：质量保证资料：真实、齐全减分：0经评定，该分项工程合格工程质量等级评定：/不合格□。评分：98质量等级：合格59n长安大学硕士学位论文6.3本章小结本章对沥青搅拌站、摊铺设备和压实设备进行了标定，列出了设备标定的数据，并对标定数据进行了分析得出各项指标都达到施工要求，最后对施工完成后的路面情况进行了检验并得出了施工质量达标的结论。60n结论与展望结论与展望结论以对我国公路建设起重要作用的沥青路面施工技术及关键设备为研究对象，在成武高速二标路段施工方甘肃路桥的支持配合下，从“沥青混合料配合比设计”“沥青搅拌站”、“沥青摊铺机”、“压路机”四个方面，研究沥青混凝土路面施工过程中施工设备对施工质量的影响，探求施工各环节的机械性能控制方法。论文的主要研究成果如下:（1）沥青混合料方面：提出了沥青混合料ATB-25所具有的独特性能，并从原材料的控制、配合比的设计以及最佳油石比的确定等方面入手以保证沥青混合料发挥最好的路用性能，并对设计好的混合料进行了性能指标检测试验，包括高温稳定性，低温抗裂性，水稳性等在内的路用性能。（2）沥青搅拌站方面：从冷料供给系统，振动筛分系统和计量系统方面分析了搅拌设备对级配的影响，对冷料仓、计量系统进行了标定，得到了控制级配的措施，从干燥滚筒，燃烧系统方面分析了搅拌设备对物料温度的影响，从搅拌器的角度分析了搅拌设备对油石比稳定的影响，。（3）沥青摊铺机方面：分析了摊铺过程中出现的路面不平整，为在施工过程中保证施工质量，从摊铺机的各个结构参数入手，提出针对不同路面情况及施工要求对摊铺机各技术性能进行调整，并且为合理选择成武高速二标路段的摊铺机的作业参数做了分析，同时还提出了对摊铺机各性能参数的相应标定方法。（4）压路机方面：从影响压路机压实性能方面分析了轮胎压路机和双钢轮振动压路机对施工质量的影响。提出了合理的选择碾压的各种参数的措施，并就成武高速提出了初压，复压，终压施工机械的配置及其施工工艺。展望本文结合成武高速公路的施工，研究了沥青面层施工各机械对施工质量的影响，提出了相应的观点和结论，但是由于我国区域广阔，各地施工条件差异很大，很难提出一个统一的控制质量的方法，只能具体问题具体研究。因此，在实际工程中还有以下一些问题需要研究解决:61n长安大学硕士学位论文(1)沥青混合料的设计与自然环境以及路面的使用环境尚未建立确定的关系，混合料的设计只是对规范层次的调整，没有一个完全适用于工程实际的科学的、简便的设计方法。（2）沥青混合料料施工中最佳的机械组合、摊铺方法及压实方法与混合料的类型之间缺乏相关关系，因此，不同类型的混合料不能有确定的施工方法可参照。62n参考文献参考文献[1]SegregationinHotMixAsphaltPavements.NCHRPReport441[C]:TranspotationResearchBoardNationalResearchCouncil.[2]MansourSolaimanian,PabloBolzan.AnalysisoftheIntegratedModelofClimaticEffectsonPavements.SHRP[C]:NationalResearchCouncil,1993.[3]F.PeyretJ.JuraszA.CarrelE.Zekri.TheComputerIntergratedroadconstructionproject.Automationinconstruction[J],VOL.9,NO5-6,2000.[4]彭长顺，王宏义.浅谈我国强制间歇式沥青混合料搅拌设备的发展方向[j].建筑机械，2007(9)（上半月刊）：10-13[5]JordanPC.MBThomas.proictionofcoolingcurvesforhot-mixpavingmaterialsbyacomputerprogramTRRLRepertLR729.1976.[6]李自光，展朝勇.公路施工机械[M].人民交通出版社.2001[7]SivaphthamP.BeckedahlHJ.InfluenceoftheCompactonDegreeofRettingandStiffnessComparsionBetweenConventionalandinnovationAsphalts[C]//Proceedingofthe2006AirfieldandHighwayPavementSpecialtyConference,2006.484-490[8]LeeSJ.AmirkhanianS.PutmanB.ectLaboratoryInvestigationofVolumentricandRuttingProjectiesofCRMAsphaltMixtureDuetoCompactionConditions[C]/In87#AnnualMeeting.TRB.[9]KandilKA.Analyticalandexperimentalstudyoffieldcompactionofasphaltmixtures[D].Ottawa.CanadaDepartmenofCivilEngineering.CarletonUniversity.2002NRC.WashingtonDC.2007.[10]DesombreRD.ENewecomb.BChadbourn.etal.ParameterstoDefine.theLaboratoryCompactionTemperatureRangeofHotmixAsphalt[J].JournaloftheAssociationofAsphaltPavingTechonologist1998.V67.[11]MEDaines.CoolingofBituminouslayersandtimeavailablefortheircompaction[C].TRRLResearchReport4.1985.[12]TRB.NRC.Co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