輪胎壓路機(jī)在瀝青混合料攤鋪層碾壓中的作用探討

蘇立強(qiáng)

（秦皇島路橋建設(shè)開發(fā)有限公司，河北 秦皇島 066000）

瀝青路面的壓實(shí)一般分為：初壓、復(fù)壓和終壓三道工序。初壓的目的是整平和穩(wěn)定混合料，同時(shí)為復(fù)壓創(chuàng)造條件，是壓實(shí)的基礎(chǔ)，采用輕型靜力壓實(shí)；復(fù)壓的目的是使混合料密實(shí)、穩(wěn)定、成型，混合料的密實(shí)程度取決于這道工序，采用振動(dòng)壓實(shí)和輪胎式揉壓；終壓的目的是消除輪跡，最后形成平整壓實(shí)面，采用輕型靜壓。在這三道壓實(shí)工序中，復(fù)壓起著非常關(guān)鍵的作用，而采用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓有著其它壓路機(jī)不可取代的作用。本文將通過(guò)對(duì)輪胎壓路機(jī)在碾壓熱拌瀝青混合料時(shí)充氣輪胎與瀝青混合料作用的理論分析，探討輪胎壓路機(jī)壓實(shí)瀝青混合料時(shí)的揉壓機(jī)理和作用,為瀝青混合料壓實(shí)機(jī)械的選型提供理論根據(jù)。

1 輪胎壓路機(jī)的揉壓機(jī)理

輪胎式壓路機(jī)的工作裝置是兩排并列布置的充氣輪胎，該兩排充氣輪胎也是它的行駛機(jī)構(gòu)。當(dāng)壓路機(jī)按照一定行駛路線、規(guī)律和速度在被壓的混合料上行駛時(shí)，整機(jī)的重量G通過(guò)兩排輪子 (前4后5或前5后6)作用于被壓混合料，此時(shí)，輪子對(duì)被壓混合料有兩種作用力：其一是垂直向下的靜作用力,具有一定級(jí)配比的混合料在垂直靜載荷的作用下,顆粒重新排列和互相靠近，小顆粒進(jìn)入大顆粒的空隙中，從而使混合料的密度增加，發(fā)生永久變形，隨著滾壓次數(shù)的增多，混合料的密度進(jìn)一步增加，最后達(dá)到實(shí)際殘留變形等于零，這一作用過(guò)程和靜力光輪壓路機(jī)相同；其二是水平方向的作用力，水平作用力由兩部分組成，可分析如下：設(shè)每個(gè)輪的垂直靜載荷為Q，此作用力作用于混合料上，實(shí)現(xiàn)垂直壓實(shí),同時(shí)，混合料給輪胎一垂直反力R0第一部分，對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩MK所產(chǎn)生的圓周力向后水平作用于混合料，該力在數(shù)值上等于切線牽引力FK，對(duì)于從動(dòng)輪，機(jī)架推力FC推著從動(dòng)輪前進(jìn)，產(chǎn)生一向前的水平力F′fc作用于混合料，如圖1所示。這一水平作用也與靜力光輪壓路機(jī)相同。第二部分是充氣輪胎變形產(chǎn)生的水平作用力，充氣輪胎在垂直靜荷載Q與混合料垂直反力R作用下 (Q與R大小相等方向相反)變形(其變形量的大小與Q和R成正比,與充氣氣壓大小成反比)，使輪胎與被壓混合料在瞬時(shí)的接觸面成為如圖2所示的形狀。

圖2 輪胎受壓變形圖

由于輪胎是處于滾動(dòng)狀態(tài)，在進(jìn)入結(jié)合區(qū)，輪胎在Q和R作用下產(chǎn)生變形，給混合料水平向外作用力；在離開結(jié)合區(qū)，由于氣壓力輪胎恢復(fù)變形，恢復(fù)力使混合料在輪胎寬度方向受到向內(nèi)的水平作用力和向后的水平作用力。這些交替變化的水平作用力和垂直向下的靜作用力就形成了對(duì)混合料的揉壓作用。另外，由于輪胎的變形，使實(shí)際的結(jié)合區(qū)面積大,雖然單位面積上的壓力降低，但是作用力的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，有助于壓實(shí)。揉壓作用將使混合料獲得最佳的壓實(shí)效果，是輪胎壓路機(jī)的特點(diǎn)。

2 揉壓作用分析

2.1 獲得高的密實(shí)度

熱拌瀝青混合料是由不同粒徑的破碎石、砂、石粉和瀝青按照一定的設(shè)計(jì)配合比拌和而成的，在碾壓時(shí)，不同壓路機(jī)的壓實(shí)過(guò)程如下。

靜力光輪壓路機(jī)壓實(shí)?；旌狭显陟o荷載的作用下只是發(fā)生顆粒的靠近，只有少量的小顆粒進(jìn)入大顆粒的孔隙之間，大顆粒的重新排列受到了它們之間摩擦阻力的作用移動(dòng)困難，雖然有熱瀝青的潤(rùn)滑作用，但這種重新排列由于只有靜壓力作用而受到限制，使最終的壓實(shí)密度不高。

振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)?；旌狭显谡駝?dòng)力的作用下重新排列和互相靠近，小顆粒進(jìn)入大顆粒之間空隙要比靜作用好的多，但振動(dòng)力只是上下作用，況且混合料的大顆粒是破碎石，形狀很不規(guī)則，雖然有振動(dòng)力作用，也會(huì)存在鑲嵌卡制現(xiàn)象，從而使密實(shí)度不能達(dá)到最好。

輪胎壓路機(jī)壓實(shí)。混合料在上述揉壓作用下顆粒之間的摩擦力大大減小，重新排列、互相靠近,小顆粒進(jìn)入大顆粒之間的空隙容易，可使壓實(shí)密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。如某路段采用三種不同壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，碾壓速度為5kmO咬h，壓實(shí)度比較見表1[1]。

表1 碾壓速度為5 kmO咬h的壓實(shí)度比較

2.2 有利于返油

瀝青混合料的瀝青結(jié)合料有如下作用：①潤(rùn)滑每一粒集料，減少內(nèi)摩擦，降低壓實(shí)功；②有助于密封攤鋪層表面，防止水、泥漿和空氣侵入；③起粘接劑作用，瀝青冷卻后將集料顆粒粘接在一起。因此,壓實(shí)過(guò)程不僅只是使混合料顆?；ハ嗫繑n、填塞達(dá)到密實(shí)，還要使瀝青結(jié)合料進(jìn)入顆粒之間的空隙，將集料粘接在一起，多余的要返到表面填充表面空隙,以達(dá)到密封表層，防止水、泥漿和空氣侵入。輪胎壓路機(jī)的揉壓作用有助于將多余的瀝青結(jié)合料返到表層，以密封表層。

2.3 能消除熱裂紋

采用靜力光輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)碾壓熱拌瀝青混合料時(shí)，由于推移等原因會(huì)造成碾壓熱裂紋，該裂紋一旦形成，靠垂直靜壓力和垂直振動(dòng)力不能消除，也就是說(shuō)靜力光輪壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)是不能消除熱裂紋的。如果不消除該裂紋，水、泥漿和空氣就會(huì)從裂紋處侵入，造成路面早期破壞。輪胎壓路機(jī)具有揉壓作用，在合適的碾壓溫度下用輪胎壓路機(jī)碾壓，輪胎的揉壓力可使裂紋處的集料水平移動(dòng)、熱瀝青被擠壓到裂紋中填補(bǔ)了裂紋空隙，消除了裂紋。

2.4 能保證均勻壓實(shí)

靜力光輪和振動(dòng)壓路機(jī)均采用鋼輪，而且鋼輪較寬，鋼輪的接觸線在瀝青混合料的大顆粒之間就形成了“過(guò)橋”現(xiàn)象，這種“過(guò)橋”留下的空隙，就會(huì)產(chǎn)生不均勻的壓實(shí)。另外，在攤鋪寬度方向也不會(huì)完全均勻平整，同樣存在高低不平現(xiàn)象，由于鋼輪較寬,當(dāng)沿著攤鋪方向壓實(shí)時(shí)，同樣存在過(guò)橋現(xiàn)象，壓實(shí)不均勻。相反，橡膠輪胎柔曲且單個(gè)輪胎較窄并沿著這些輪廓壓實(shí)，從而產(chǎn)生較好的壓實(shí)表面和較好的密實(shí)性。

2.5 能消除壓實(shí)層的內(nèi)應(yīng)力

熱拌瀝青混合料鋪層，經(jīng)鋼輪壓實(shí)后會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的時(shí)效才能消除，這對(duì)于改建道路或修補(bǔ)道路，鋪層碾壓好后，在短時(shí)內(nèi)就要通車的情況將會(huì)造成應(yīng)力裂紋而早期破壞。輪胎壓路機(jī)的揉壓作用可以消除內(nèi)應(yīng)力，通過(guò)輪胎壓路機(jī)壓實(shí)后，這種內(nèi)應(yīng)力非常小，可以滿足短時(shí)間內(nèi)通車的需要，不會(huì)造成應(yīng)力裂紋。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)輪胎壓路機(jī)壓實(shí)熱拌瀝青混合料壓實(shí)機(jī)理和作用的研究分析，認(rèn)為輪胎壓路機(jī)在壓實(shí)瀝青混合料攤鋪層方面有著其它類型壓路機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，在瀝青路面壓實(shí)的機(jī)械選型和配置時(shí),選用輪胎壓路機(jī)作為復(fù)壓的主要機(jī)型。另外，輪胎壓路機(jī)還可廣泛用于壓實(shí)各類建筑基礎(chǔ)。在對(duì)兩側(cè)邊做最后壓實(shí)時(shí)，能使整個(gè)鋪層表面均勻一致，而對(duì)路緣石的擦邊碰撞破壞比鋼輪壓路機(jī)要小得多。總之,輪胎壓路機(jī)在道路施工中有著廣泛的用途，關(guān)于其它方面機(jī)理和用途有待進(jìn)一步研究和探討。

[1]郝培文.瀝青路面施工與維修技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]姚懷新.工程機(jī)械底盤理論[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]何挺繼.現(xiàn)代公路施工機(jī)械[M].北京:人民交通出版社，1999.

[4]周萼秋.現(xiàn)代工程機(jī)械應(yīng)用技術(shù)[M].北京:國(guó)防科技大學(xué)出版社，1997.

[5]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防.