到2005年,我國高速公路將僅次于美國,躍居世界第二位;2010年,“五縱七橫”國道主干線將基本建成,到2020年,公路總里程將達(dá)到145萬公里,其中高等級、次高級路面占公路總里程的50%以上。
在已通車的高速公路中,剛性和半剛性基層瀝青路面約占80% 。與國外瀝青路面相比較,我國瀝青路面的整體質(zhì)量不高,包括高速公路在內(nèi)的絕大部分瀝青路面在交付使用2~3年后就出現(xiàn)路面早期損壞,嚴(yán)重影響道路的使用率和通行率,同時帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,提高瀝青路面的施工質(zhì)量,延長道路的使用壽命,已經(jīng)成為我國公路行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
1、目前瀝青路面施工中存在的問題
傳統(tǒng)的瀝青路面鋪筑施工工藝是將瀝青混合料設(shè)備生產(chǎn)的瀝青混合料由自卸卡車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,并卸至瀝青攤鋪機(jī)的料斗中,經(jīng)攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪后,由壓路機(jī)對路面進(jìn)行最終壓實。國內(nèi)外的施工實踐證明,用這種傳統(tǒng)工藝鋪筑成形的路面早期破損現(xiàn)象比較嚴(yán)重,致使道路的維修費用大大增加,壽命縮短,使用率降低。造成路面早期損壞的主要原因有如下三個方面:
(1)自卸車在裝料、運輸及卸料過程中導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)三次材料離析和溫度離析。
(2)因攤鋪機(jī)料斗容量小、自卸卡車數(shù)量少等因素導(dǎo)致攤鋪機(jī)停機(jī)待料,攤鋪工作不能連續(xù)進(jìn)行,造成路面結(jié)合處粘接力及其他力學(xué)性能的差異。
(3)自卸車卸料時對攤鋪機(jī)進(jìn)行碰撞和頂推,造成的路面的橫向接縫(即縱向波)。
影響瀝青混凝土路面鋪筑施工質(zhì)量及施工成本的因素除施工工藝外,單機(jī)性能及機(jī)群協(xié)同性方面也有重要作用。國外在上世紀(jì)90年代就已開展了機(jī)群智能控制技術(shù)的研究。由歐盟Brite-EuRam III計劃支持,法國、芬蘭、德國、英國、瑞典五個國家的七家單位合作,歷時兩年(1997~1999)實施“計算機(jī)集成道路建設(shè)計劃(The Computer Integrated Road Cons- truction project)”,旨在為瀝青路面施工提供全新的控制與監(jiān)測工具。整個控制系統(tǒng)由地面子系統(tǒng)(GSS)、定位子系統(tǒng)(PSS)和機(jī)載子系統(tǒng)(OBSS)組成[1]。
三一重工股份有限公司于2002年開始,在國家863計劃“機(jī)群智能化工程機(jī)械”重大專項經(jīng)費支持下,以追%考試|大|求最終產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo),分別從“瀝青路面施工工藝”、“單機(jī)智能化”和“機(jī)群監(jiān)控與優(yōu)化調(diào)度”三個方面,研究生產(chǎn)過程中各要素的約束機(jī)制及影響產(chǎn)品質(zhì)量的工藝因素,尋求生產(chǎn)線中各環(huán)節(jié)的最優(yōu)匹配與協(xié)調(diào)及單機(jī)最優(yōu)狀態(tài)調(diào)整的控制策略,旨在為施工企業(yè)和業(yè)主提供瀝青路面施工的整體解決方案。
2、瀝青混合料轉(zhuǎn)運車及轉(zhuǎn)運—攤鋪工藝
為了提高瀝青路面面層的施工質(zhì)量,歐美國家提出了轉(zhuǎn)運攤鋪的施工工藝。三一重工股份有限公司在國內(nèi)率先倡導(dǎo)這種工藝,并開發(fā)了國內(nèi)第一臺瀝青混合料轉(zhuǎn)運車LHZ25。
新工藝是在運料汽車與攤鋪機(jī)之間增加轉(zhuǎn)運車。轉(zhuǎn)運車的二次攪拌使得在前面環(huán)節(jié)中造成的溫度和級配離析的瀝青混合料得到充分的拌合。同時,避免了運料汽車對攤鋪機(jī)的碰撞。轉(zhuǎn)運車的供料速度不受其它因素的干擾,保證攤鋪機(jī)上的混合料數(shù)量始終是恒定的,拌和機(jī)和運料汽車在供料方面的不均衡通過轉(zhuǎn)運車的料斗儲存量得以調(diào)節(jié),確保了攤鋪機(jī)勻速穩(wěn)定的攤鋪,使施工路面平整度得到明顯提高。
2002年9月三一重工路面機(jī)械公司研制了我國第一臺瀝青混合料轉(zhuǎn)運車LHZ25。在此基礎(chǔ)上于2003年9月推出了改進(jìn)型的瀝青混合料轉(zhuǎn)運車LHZ25A。LHZ25A瀝青混凝土轉(zhuǎn)運車主要由機(jī)身、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、物料儲存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料攪拌系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等九大部分組成。
機(jī)身用來聯(lián)接行走系統(tǒng)并支撐動力系統(tǒng)及各工作系統(tǒng),主要由機(jī)架和料倉構(gòu)成。
液壓系統(tǒng)實現(xiàn)整機(jī)行走、入料、攪料、出料及輔助運動的傳動及控制。
電氣系統(tǒng)主要功能有:保證轉(zhuǎn)運車柴油機(jī)安全、可靠地啟動;實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車各功能部件的單動及聯(lián)動工作狀態(tài);實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車與瀝青攤鋪機(jī)的配套作業(yè);實現(xiàn)轉(zhuǎn)運車工作狀況的監(jiān)控、故障診斷及報警的功能。
行駛系統(tǒng)采用了全液壓驅(qū)動的輪胎行走方案。
2003年9月6日,LHZ25A參與長沙市市政工地聯(lián)合攤鋪施工,完成了長沙市勞動?xùn)|路五十米瀝青路面的攤鋪。2003年9月下旬,浙江寧波交通建設(shè)集團(tuán)公司租賃了LHZ25A樣機(jī)參與杭州繞城高速公路的施工,完成了杭州繞城高速公路南線8標(biāo)25公里瀝青面層的攤鋪。
2003年12月中旬在南昌新余滬內(nèi)高速公路昌京段,完成12公里的瀝青路面攤鋪。國內(nèi)40多家施工企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人及行業(yè)協(xié)會和國家科技部863專家觀摩了施工過程。
LZH25A型瀝青混合料轉(zhuǎn)運車被科技部863計劃“先進(jìn)制造及自動化”領(lǐng)域推薦為2003年國家科技計劃項目重大進(jìn)展,2004年已正式推向市場。
3、轉(zhuǎn)運車對瀝青混合料溫度和級配分布的影響
2003年12月17日至2003年12月24日長沙理工大學(xué)公路工程試驗檢測中心對LHZ25型瀝青混合料轉(zhuǎn)運車在新余滬內(nèi)高速公路昌京段瀝青路面施工中的應(yīng)用情況進(jìn)行了現(xiàn)場測試。施工中瀝青混合料為AC25Ⅰ,兩臺攤鋪機(jī)平行作業(yè),一臺使用轉(zhuǎn)運車,一臺沒有使用轉(zhuǎn)運車,以比較兩臺攤鋪機(jī)的攤鋪效果和差異。
用紅外攝像儀分別攝取了卡車內(nèi)瀝青混合料及未采用和采用轉(zhuǎn)運車后的路面溫度分布情況。從圖中明顯看出,有轉(zhuǎn)運車時攤鋪表面的溫度分布非常均勻,隨時間變化溫度均勻、穩(wěn)定,同一時刻沿不同的攤鋪寬度溫度也非常均勻,差異很小,基本消除了溫度離析現(xiàn)象。