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稀浆混合料拌和仪在微表处混合料可拌和时间研究中的应用

更新时间:2009-03-28

0 引言

在具体的道路修补工程施工实践中,为了尽可能降低由于道路修补对道路交通带来的影响,需要寻找一种快速、高效、性价比高的道路修补施工技术,尤其在道路的预防性养护方面。微表处技术应运而生,该技术在国外已经得到了较为广泛的应用。在具体的施工实践中人们逐渐发现,微表处的混合料设计及拌和对于决定微表处施工质量及后续路用性能影响显著。如果混合料拌和不充分,则在摊铺前将提前凝固硬化,最终导致施工失败;如果混合料的拌和时间过长,则体现不出微表处快速、高效的处理特点。因此,寻求最佳的混合料拌和时间成为亟待解决的工程实践问题。

施工技术人员已经逐步意识到关于混合了拌和时间定量化的关键性,但就当前我国的微表处施工实践而言,仍旧以手工拌和过程中的“手感”作为拌和评价指标。由于拌和时间圈定过于宽泛,导致微表处混合料的拌和具有较强的随机性和不确定性;由于不同的工人对于拌和情况的认定标准不尽相同,导致一个工程中不同阶段的混合料拌和情况离散性较大,严重影响了施工进度和质量。所以,必须提出一种能够定量确定拌和质量的方法,对现有微表处混合料拌和方式进行改进,消除人为因素对微表处混合料拌和情况的影响和干扰。本文以前人研制的微表处混合料拌和装置为试验仪器,进行了关于微表处混合料拌和的时间确定试验,得出了较为客观的微表处混合料拌和时间确定方法[1]

1 微表处稀浆混合料拌和设备简介

本次试验中使用的拌和设备为经过改装的扭转测力仪,通过将搅拌棒绑定在电动机上,在搅拌棒对稀浆混合料进行搅拌旋转时,拌和棒端头的传感器将实时的扭转阻力力矩传递到数控设备上,数控设备对扭转力矩进行储存,最后生成关于本次搅拌的阻力力矩-时间曲线[1]。同分析阻力力矩-时间曲线,间接观察和判定微表处混合料中改性乳化沥青的“破乳”过程。

图1为本次试验所处采用的试验设备构造图,其相关仪器参数表见表1。

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待预混料搅拌均匀后,需要加入乳化沥青,在乳化沥青加入初期,内部的水分扩散到混合料中起到了一定程度的润滑作用,降低了由于粗骨料摩擦导致的摩阻力增加。

  

图1 搅拌仪器结构图Fig.1 Stirring instrument structure

 

1-立柱;2-防护罩;3-固定螺栓;4-定位套;5-电动机;6-定位套(下);7-底板;8-底座;9-紧固装置;10-料斗紧固螺栓;11-搅拌棒;12-卡位

 

表1 混合料搅拌仪器技术参数表Tab.1 Mixing equipment technical parameters table

  

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天地之美莫贵于人也。人之生也,莫贵于神矣。神者何也?天地之所致美者也。百物之精,文章之色,休嘉之气,两间之美也。函美以生,天地之美藏焉。天致美于百物而为精,致美于人而为神,一而已矣。⑧

对于沥青混合料而言,矿物掺料的清洁程度直接决定了沥青材料同集料之间的粘结情况及粘附力的大小,而沥青混合料的粘附力直接影响了后续的施工进展及通车后的路用性能,因此,探讨沥青混合料洁净程度对于拌和时间的影响很有必要。

2 关于人工拌和与仪器拌和的比较分析

为了进一步确定和观察拌和仪器在混合料拌和质量方面的可靠性和稳定性,本文选取了具有一定代表性的微表处混合料最为试验研究样品,并对其进行了对比试验。

本次试验共分为6组,试验数据统计结果详见表2。除此以外,为了凸显仪器搅拌的优势,特别随机抽取了6名施工经验丰富的工人进行搅拌操作,确保二者在试验基本条件、所用材料、混合料配合比等条件的相同性,具体试验结果详见表3。

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表2 仪器拌和试验结果Tab.2 Test results mixing equipment

  

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表3 人工拌和试验结果Tab.3 Test results mixing Artificial

  

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表4 仪器拌和与人工拌和对比结果Tab.4 Mixing apparatus mixing and Artificial comparison results

  

试验方法仪器拌和人工拌和拌和时间均值/s 180.8 171.7标准差3.39 5.25方差11.47 27.56

但在具体工程实践,所用改性沥青中的乳化剂含量本身较大,即使不加水,混合料的拌和时间也会相应延长,且拌和后呈稀液态;若混合料内掺加的乳化剂剂量较低,即便耗水量增加,在拌和初期,混合料也会很快破乳。由此可知,在一般的微表处施工阶段,必须严格控制乳化沥青用水量,不能为了延长拌和时间,减缓乳化沥青“破乳”历程而人为增加用水量;对于正常天气情况下满足拌和时间要求的乳化沥青混合料,在气温较高的环境中无法满足拌和时间要求时,可以额外增加用水量,以确保乳化沥青混合料的拌和时间[6]

  

图2 两种拌和方式拟合图Fig.2 Two mixing methods to fit the map

通过图2中两种版和方式拟合图的比较分析,能够看出人工拌和时间与仪器拌和时间二者间具有较强的线性关系。从大量试验研究中发现,该线性关系普遍成立[3]

通过线性拟合方式,获取了二者之间的相关系数,其值为1.133 3,故可以认为仪器拌和时间为人工拌和时间的1.133 3倍。根据规范给定的微表处混合料人工拌和时间必须高于120 s的要求,可以初步认定,仪器拌和时间应不少于136 s。

3 影响微表处混合料拌和时间的部分因素分析

3.1 亚甲蓝值影响因素分析

在拌和的前期,搅拌设备反馈出的扭转力矩偏小;伴随乳化沥青的进一步分解和“破乳”反应的发生,水分被大量蒸发析出,水分带来的润滑作用基本消失,沥青材料的粘附力显著提高,沥青与混凝土之间的粘结力就会进一步增加。此时,搅拌设备反馈出的扭转力矩直线上升,导致了混合料强度变得比较高。之前所述的人工拌和过程中提及的“受力点”就是扭转力矩的“突变点”。因此,通过搅拌设备间接获取混合料的拌和时间具有一定的可行性[2]

当前,砂率及亚甲蓝值一般被用在衡量沥青集料的洁净程度方面,考虑到砂率在试验中不容易被控制,其试验结果受人为因素影响较为显著。国外通常使用亚甲蓝值作为衡量沥青混合料洁净程度的指标,而砂率仅作为参考和借鉴。目前国内关于亚甲蓝同拌和时间之间的相关关系方面的研究较少,因此,本次试验研究以亚甲蓝作为衡量混合料集料洁净程度的主要指标,探讨其对稀浆混合料拌和时间的影响。

在清洁后的集料中添加入粘性膨胀土,测定的相应的亚甲蓝值,集料中的泥沙含量与亚甲蓝值之间的关系详见图3所示。通过分析可知,亚甲蓝值与集料泥沙含量之间的存在较好的线性关系[4]。使用拌和仪器测定相应的拌和时间,分析发现,伴随亚甲蓝含量增加,拌和时间呈现指数级降低,在施工实践中,应尽可能降低集料的亚甲蓝值,即减少集料中的泥沙含量。

此外,采用不同乳化剂的混合料,其拌和时间同亚甲蓝的关系也不尽相同,表明乳化剂类型是影响改性乳化沥青“破乳”的主要影响因素。

  

图3 亚甲蓝值与混合料泥沙含量关系图Fig.3 Methylene blue value and mixture of sediment diagram

3.2 水泥等胶凝材料使用量影响分析

在具体的微表处施工实践中,使用水泥作为微表处乳化沥青的“破乳”进程调节剂最为常见。对不同水泥含量的微表处混合料进行拌和试验,具体试验数据统计结果详见表5。

 

表5 不同水泥使用量下的混合料拌和时间Tab.5 Mixed with different amounts of cement mixing time

  

拌和时间/s水泥使用量/%0 0.6 1.2 1.8 2.4乳化剂1 162 65 61 51 87乳化剂2 95 204 563 1 004 1 027

试验数据表明,水泥含量与乳化剂含量呈现一定程度的相关性,对于选用不同乳化剂配比的混合里,水泥展现出的对“破乳”的调节能力差异显著[5]。所以,在具体的施工实践中,对于水泥的使用量不能随意加减,必须在施工前进行试验,根据试验情况制定水泥添加方案。

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通过表5的分析可知,就微表处混合料1而言,伴随水泥用量的增加,拌和时间呈现出先缩短后增加的趋势;而对于添加乳化剂的混合料2而言,其拌和时间伴随水泥使用量的增加而呈现单边增长。在水泥使用量较大时,出现了乳化沥青混合料无法“破乳”的情况。

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3.3 用水量影响因素分析

为了探讨混合料用水量对混合料拌和时间的影响,特别对不用用水量的混合料拌和时间进行了研究。通过分析拌和时间与用水量曲线可知,随着用水量的不断增加,混合料拌和时间逐渐延长。试验研究表明,增加用水量能够显著延缓乳化沥青混合料的“破乳”时间。

为了进一步研究仪器拌和同人工拌和之间的数量关系,实验中选取拌和工艺掌握程度成熟的工人同仪器设备同时拌和,并保证其他一切因素均相同。通过试验分析,得到了采用两种方式拌和后获取的试验结果关系图,详见图2所示。

4 结论

通过试验分析,微表处的混合料设计及拌和对于决定微表处施工质量及后续路用性能影响显著。如果混合料拌和不充分,则在摊铺前将提前凝固硬化,最终导致施工失败;如果混合料的拌和时间过长,则体现不出微表处快速、高效的处理特点。具体结论如下。

1.1.6 静脉血栓 术后锁骨下静脉血栓形成发生率为 3%[9]。Trohman 等[10]认为,双腔起搏器(顺序起搏心房和心室)比单腔起搏器(只起搏心房或心室)更易导致静脉血栓。

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通过分析仪器拌和与人工拌和能够看出,通过仪器拌和得到的拌和时间与其对应的算术平均值相比,误差全部<10 s;人工拌和获取的拌和时间数据离散性较高,方差值超过仪器拌和2倍还多。通过上述分析,显然,仪器拌和在拌和时间确定方面要显著优于人工拌和。仪器拌和与人工拌和对比结果见表4所示。

(1)通过使用人工拌和的方法拌和混合料,其拌和时间离散性较大,且无法避免人为因素的影响;而选用稀浆混合料拌和仪,能够得到搅拌扭矩与拌和时间之间的关系,以此可以确定微表处混合料的拌和时间。

(2)通过试验对比分析可知,选用仪器拌和能够得到较为稳定、准确的拌和时间,而且能够有效地避免“假破乳”的情况发生。通过线性拟合方式,得到了使用仪器拌和的拌和最佳时间。

(3)考虑到集料的亚甲蓝值能够显著影响拌和时间,故应尽量降低混合料集料内的泥沙含量。由于水泥使用量对选用不同乳化剂的混合料拌和时间的影响不同,因而水泥的使用量,应该以现场试验值为准。此外,因耗水量对混合料的拌和时间调节程度非常有限,绝不能为了延长拌和时间而随意增减用水量。

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参考文献:

[1]姜云焕,钦兰成,王立志.改性稀浆封层施工技术[M].北京:石油工业出版社,2001.

[2]苏德昆,王洪玉,满旭飞.影响微表处施工的几个因素[J].北方交通,2006(8):34-35.

[3]秦永春,徐剑,黄颂昌,等.道路用改性乳化沥青技术要求的研究[J].公路交通科技,2005,22(1):45-47.

[4]徐剑.沥青路面微表处养护技术的研究[D].南京:东南大学,2002.

[5]侯中新,郭峰伟,徐娟.稀浆混合料拌和试验仪的研究应用[J].石油沥青,2007,21(1):37-38.

[6]陈俊,侯中新,黄晓明.稀浆混合料拌和仪在微表处混合料可拌和时间研究中的应用[J].公路交通科技,2007,24(11):22-24.

 
朱渝明
《交通节能与环保》 2018年第02期
《交通节能与环保》2018年第02期文献

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