徐小龍

（湖北省路橋集團有限公司設(shè)備管理分公司，湖北 武漢430300）

公路工程網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、物資流動的基礎(chǔ)，也是評估國家綜合國力的重要指標，能夠側(cè)面反映一個地區(qū)的發(fā)展程度。隨著公路工程運行時間的推移，各種公路工程病害相繼出現(xiàn)，嚴重影響了公路工程地使用壽命，如瀝青路面開裂等是常見的病害。瀝青路面在鋪設(shè)過程中如果壓實度不夠或均勻性較差時極易使瀝青混合料在鋪設(shè)過程中出現(xiàn)骨料離析或溫度離析，其中前者主要與攤鋪機螺旋分料器關(guān)系密切。

鑒于此，研究攤鋪機變徑變螺距螺旋分料器的抗離析性能對提升公路工程瀝青路面鋪設(shè)質(zhì)量有積極的意義。

1 瀝青路面離析現(xiàn)象概況

瀝青路面在壓實度和均勻性較差的情況下容易出現(xiàn)骨料離析和溫度離析現(xiàn)象，其中，骨料離析與攤鋪機螺旋分料器關(guān)系密切。瀝青混合料是瀝青、骨料等按照一定比例配置而成的，可將其看作是黏滯阻力較大的一種特殊流體，因此在攤鋪機螺旋分料器中的流動方式通常有以下兩種形式。

（1）瀝青混合料沿著布料的方向流動，若瀝青混合料的流動速度小于臨界值時（臨界值一般指的是瀝青混合料之間的最大靜摩擦力），瀝青混合料以層流的方式流動，即瀝青混合料中的骨料以相對靜止的方式沿著布料方向呈層狀流動，對原有混合料無明顯破壞，即不存在骨料離析現(xiàn)象。

（2）當瀝青混合料的流動速度超過臨界值時，由于瀝青混合料的流動速度大于骨料之間的最大靜摩擦力，此時骨料顆粒就沿著布料槽以紊流的形式運動，不同骨料顆粒之間也產(chǎn)生相對的運動，從而使骨料向各個方向做翻滾無規(guī)則運動，最終引起骨料離析。

雖說理論上骨料的運動方式可分為上述兩種形式，但是在實際布料過程中兩種運動方式是同時存在的，因此在使用螺旋分料器布料過程中如何降低紊流運動方式，提高層流運動方式是研究的重點內(nèi)容。

此外，螺旋分料器應(yīng)用具有良好的攪拌功能，即在布料過程中通過攪拌功能降低骨料離析，使瀝青混合料鋪設(shè)均勻（見圖1）。大量的研究資料顯示，螺旋分料器中的螺距與螺徑對瀝青混合料布料的均勻性影響較大，因此，研究攤鋪機變徑變螺距螺旋分料器抗離析具有重要的現(xiàn)實意義。

2 螺旋分料器的基本原理

2.1 瀝青混合料與螺旋葉片作用力

螺旋分料器在布料時，瀝青混合料與螺旋葉片之間的作用力是分析螺距與螺徑性能的基礎(chǔ)，也是研究變徑螺距螺旋分料器的前提。

分離器中的螺旋面旋轉(zhuǎn)時會對骨料施加一種應(yīng)力，由于以螺旋母線為直線的螺旋面上的各個點的螺距是一致的，因此骨料距離螺旋軸的距離越小，螺旋的升角相越大，此時軸向力對骨料的作用力也就越大，而切向力對骨料的作用力相對減小。

骨料與螺旋軸之間的距離逐漸減小，骨料受到的切向力則逐漸增加，當切向力超過骨料之間的靜摩擦力時，骨料就隨著螺旋軸進行翻滾運動；若骨料與螺旋軸之間的距離逐漸增加，骨料受到的切向力也就逐漸減小，此時由于切向力小于骨料之間的靜摩擦力，骨料在軸向力的作用下沿著布料方向運動。

因此，一般靠近螺旋軸區(qū)域的骨料由于受到更大的切向力而做紊流運動，遠離螺旋軸區(qū)域的骨料因切向力較小而做層流運動。同時，隨著半徑的增加螺距也增大（見圖2），但螺旋升角與半徑變化不明顯，若減少半徑，瀝青混合料所受的切向力變化也不明顯，骨料以層流運動為主，骨料布料較均勻。

圖2 不同螺距示意圖

2.2 瀝青混合料在螺旋分料器中的加速度變化

攤鋪機在實際運行過程中不可避免地會出現(xiàn)速度變化，當攤鋪機速度變化時就會使分料器中的骨料產(chǎn)生一定的加速度。因此，為確保瀝青混合料布料的均勻程度，必須通過調(diào)整螺旋分料器的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)調(diào)整布料槽中骨料的高度和速度的目的。

試驗表明，瀝青混合料中骨料顆粒質(zhì)量增加，骨料所具有的慣性力也會增大，當慣性力較大時就會使細骨料與粗骨料之間產(chǎn)生相對運動，對原始的瀝青混合料級配影響較大，極易引起瀝青混合料的骨料離析現(xiàn)象。

此外，在攤鋪機開始啟動與關(guān)閉過程中，若速度改變過快，極易造成瀝青混合料中不同顆粒大小骨料產(chǎn)生不同的加速度，進而加劇不同顆粒大小骨料之間的相對運動速度，不僅引起骨料離析問題，而且可能加劇骨料的橫向或豎向離析，嚴重影響瀝青混合料布料的均勻程度，進而降低公路工程的使用壽命。

因此，在使用攤鋪機布料時確保設(shè)備勻速運行至關(guān)重要。若需要對設(shè)備儀器調(diào)速處理，可采用緩慢降速的方式降低骨料加速度對布料質(zhì)量的影響。

2.3 瀝青混合料摩擦阻力

瀝青混合料在布料過程中具有摩擦力，主要由兩部分組成：（1）內(nèi)摩擦力，即瀝青混合料內(nèi)部相對運動而產(chǎn)生的摩擦阻力。（2）外摩擦力，即瀝青混合料與螺旋葉片之間的摩擦阻力。

在相同的布料條件下，顆粒較大的骨料產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力要大于顆粒小的骨料產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。同時，顆粒大的骨料一般具有較大的質(zhì)量，所承受的重力也相對較大。因此，在螺旋軸旋轉(zhuǎn)時顆粒大的骨料所受到的軸向力相對較小，顆粒小的骨料受到的軸向力相對較大。

在螺旋軸轉(zhuǎn)速提高的條件下，由于瀝青混合料本身不均勻，因此顆粒較大的骨料相對于顆粒小的骨料更容易向兩端運動，導(dǎo)致橫向離析現(xiàn)象加重。此外，若螺旋軸的轉(zhuǎn)速過快，就容易使顆粒較大的骨料集中在外層，顆粒小的骨料集中在內(nèi)層，進而引起骨料的豎向離析。

綜上所述，適當?shù)丶涌炻菪~片的半徑和降低螺旋軸旋轉(zhuǎn)速度，能夠有效提高混合料布料的均勻性。

3 變徑變螺距螺旋分料器的抗離析分析

由于瀝青混合料是由瀝青、多種骨料和礦粉等按照一定的比例均勻配置而成的，因此在采用螺旋分料器布料時一般一邊卸料一邊輸料，使瀝青混合料均勻地鋪設(shè)在公路基礎(chǔ)上。此時分料器的中部輸送工作量要遠大于兩端，這與實際布料過程中中部料堆高于兩端料堆的基本現(xiàn)象是吻合的，這主要與分料器中部區(qū)域受到的阻力大于兩端的阻力導(dǎo)致輸料不均勻有關(guān)。

同時，由于分料器與葉片直徑、螺距相等，容易引起瀝青混合料中粗細骨料的分離，最終引起鋪設(shè)不均勻或骨料離析問題，進而在壓平處理后導(dǎo)致路面的平整度降低。因此，只有在分離器中不同位置具有不同的螺距和葉片直徑，才能確保混合料在布料槽中穩(wěn)定流動。

由上文可知，螺旋葉片的半徑對布料均勻性影響較大，即瀝青混合料的流動與分料器的幾何尺寸存在較大的變化，同時螺旋分料器的長度、螺旋軸的半徑是已知大小的，因此可根據(jù)螺旋葉片與螺距之間的變化關(guān)系分析變徑變螺距螺旋分料器的抗離析特征。

根據(jù)試驗關(guān)系可得出，螺旋葉片的最小半徑應(yīng)大于螺旋軸的半徑，并且最小葉片應(yīng)分布在分料器的兩端。若螺旋葉片的最小半徑為R，螺旋軸半徑為r，S為單位長度每轉(zhuǎn)下料體積，則最小半徑如下：

4 結(jié)束語

綜上所述，瀝青路面病害與瀝青混合料鋪設(shè)的壓實程度和均勻性關(guān)系密切，而瀝青混合料鋪設(shè)均勻性與螺旋分料器關(guān)系密切。瀝青混合料鋪設(shè)過程中受分料器軸向力和切向力影響較大，其中瀝青混合料受承受的軸向力對鋪設(shè)均勻性有益，因此，盡可能地增加攤鋪機變徑變螺距螺旋分料器的軸向力，減小切向力有利于混合料的均勻布料。

同時，由于瀝青混合料的骨料粗細大小不一，導(dǎo)致骨料之間存在較大的慣性力差異，進而使骨料產(chǎn)生相對運動，使混合料產(chǎn)生骨料離析現(xiàn)象。將螺旋分料器中的螺旋葉片直徑、螺距等根據(jù)所處位置差異進行變動，即采用變化的直徑和變化的螺距，能夠有效改善中部鋪設(shè)厚度大于兩端鋪設(shè)厚度的弊端，也能有效地減少骨料離析現(xiàn)象。