淺談壓實(shí)工藝對(duì)瀝青路面質(zhì)量的影響

張文壯 郭敏敏 姚亞軍 曠小軍

1，武警水電四支隊(duì)寧安鐵路項(xiàng)目部，安徽馬鞍山 243000； 2，武警水電一總隊(duì)，廣西南寧 530028；3，武警水電二總隊(duì)新金屬結(jié)構(gòu)廠，江西新余 338004

淺談壓實(shí)工藝對(duì)瀝青路面質(zhì)量的影響

張文壯1郭敏敏2姚亞軍2曠小軍3

1，武警水電四支隊(duì)寧安鐵路項(xiàng)目部，安徽馬鞍山 243000； 2，武警水電一總隊(duì)，廣西南寧 530028；3，武警水電二總隊(duì)新金屬結(jié)構(gòu)廠，江西新余 338004

影響路面碾壓質(zhì)量的因素很多，本文主要從碾壓工藝的角度，從瀝青混凝土路面的碾壓溫度、碾壓路線及碾壓段長(zhǎng)度、碾壓速度和遍數(shù)等方面對(duì)影響路面質(zhì)量的因素分別進(jìn)行了討論，并提出可行性建議。

壓實(shí)工藝；瀝青混凝土路面；碾壓質(zhì)量密實(shí)度。

如表1所示,瀝青混合料拌和好后,經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、運(yùn)輸,到前場(chǎng)攤鋪后,溫度損失在14～16℃之間,特別是一旦攤鋪完畢,溫度的遞減更為明顯,5min 后的瀝青混合料表面溫度遞減了5～12℃, 10min 后遞減了12～15℃,考慮到混合料在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、攤鋪過(guò)程中存在溫度的變異性,局部位置攤鋪后的溫度還會(huì)更低。由于攤鋪后的瀝青混合料溫度遞減迅速,而且是隨著攤鋪的進(jìn)程呈連續(xù)狀態(tài),且初壓溫度對(duì)壓實(shí)度的影響由表2可知十分明顯。

緒論

瀝青混凝土路面是公路上目前最主要的路面結(jié)構(gòu)形式，具有較好的彈性和韌性、表面平整、無(wú)接縫、行車(chē)舒適、耐磨、振動(dòng)小、噪音低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便、適宜于分期修建等優(yōu)點(diǎn)，但隨著一條條公路的建成并投入運(yùn)營(yíng)，路面的裂紋、水破壞、松散、泛油、推移、壅包、波浪、磨耗等早期破壞現(xiàn)象嚴(yán)重。這些病害嚴(yán)重影響了行車(chē)速度，行車(chē)安全，大大縮短了瀝青路面使用壽命，也增加了維修養(yǎng)護(hù)管理資金的投入。導(dǎo)致路面出現(xiàn)病害的因素眾多，其中壓實(shí)機(jī)械的碾壓是瀝青路面施工的最后一道工序也是確保路面壓實(shí)質(zhì)量很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文從碾壓工藝的角度討論影響瀝青路面的質(zhì)量因素，并提出可行性建議。

1.影響路面壓實(shí)工藝的因素

瀝青路面壓實(shí)流程一般分為初壓、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)造有利的條件，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。因此，在壓實(shí)機(jī)械的作業(yè)過(guò)程中必須選擇合理的碾壓工藝，注意碾壓溫度、碾壓路線及碾壓段長(zhǎng)度、碾壓速度和遍數(shù)、等因素對(duì)路面施工質(zhì)量的影響。

2.碾壓溫度對(duì)路面質(zhì)量的影響

碾壓溫度是影響瀝青路面壓實(shí)度的最主要因素，通常高溫瀝青混合料比處于低溫的同種混合料更易壓實(shí)，但一種較軟的混合料一般必須在比硬混合料壓實(shí)溫度低的條件下壓實(shí)。美國(guó)試驗(yàn)表明，當(dāng)瀝青混合料在溫度低于90℃時(shí)，碾壓實(shí)際上已不再明顯增加

表2 初壓溫度對(duì)壓實(shí)度的影響

對(duì)于瀝青混合料而言溫度93～115℃范圍為不穩(wěn)定區(qū),在不穩(wěn)定區(qū)溫度以上或溫度以下可以滿意的壓實(shí),可是在這個(gè)溫度范圍內(nèi)是不穩(wěn)定的,不能得到足夠的壓實(shí)。所以在瀝青路面施工過(guò)程中應(yīng)盡可能提高碾壓溫度，特別是提高復(fù)壓和終壓的溫度和壓實(shí)度，或者要在溫度接近93～115℃時(shí)獲得足夠的壓實(shí)。避免為了提高平整度而在較低溫度下進(jìn)行碾壓的不適宜傾向。如果為了追求平整度而故意拖延碾壓時(shí)間。只等攤鋪出的混合料溫度降低降低到低于“碾壓溫度敏感區(qū)”時(shí)才開(kāi)始作業(yè)，這樣在圖1中施工層的夾層溫度也降低了就不會(huì)出現(xiàn)推移、不會(huì)影響到平整度。但是由于溫度的降低混合料開(kāi)始結(jié)塊以致路面壓不實(shí)。為了達(dá)到要求的壓實(shí)度而增加碾壓遍數(shù)，直到圖1中的夾層壓不下去為止，這樣在攤鋪面層的表面就會(huì)出現(xiàn)“過(guò)壓“和“斑白”的現(xiàn)象(如圖2）。圖2中出現(xiàn)的“斑白”現(xiàn)象就是在溫度較低時(shí)仍在碾壓而將混合料壓碎導(dǎo)致的。但碾壓終了溫度也不能過(guò)高，因?yàn)檫@時(shí)還會(huì)出現(xiàn)混合料的推移現(xiàn)象和壓路機(jī)的輪印，影響路面平整度。

圖1 施工示意圖

表1 瀝青混合料拌和后的溫度遞減

圖2 過(guò)壓時(shí)壓碎

3.碾壓路線對(duì)路面質(zhì)量的影響及碾壓段長(zhǎng)度的確定

在選擇了合理的碾壓溫度之后，還必須確定合適的碾壓路線及碾壓段的合理長(zhǎng)度。壓路機(jī)碾壓時(shí)壓路機(jī)行駛方向應(yīng)平行于路中心線，并從一側(cè)路緣到路肩依次碾壓。一般情況下在有路緣石時(shí)，壓路機(jī)可以從路緣開(kāi)始由低到高依次碾壓，但在無(wú)路緣石時(shí)，必須在離路面邊坡30～50cm處開(kāi)始碾壓。因?yàn)閿備伋龅幕旌狭鲜撬缮⒌?，是靠瀝青的膠漿性聯(lián)結(jié)在一起的，碾壓時(shí)瀝青混合料在力的作用下會(huì)向前后左右四個(gè)方向移動(dòng)（如圖3）。前后左三個(gè)方向由于混合料瀝青的黏結(jié)作用，作用力會(huì)減小，移動(dòng)會(huì)減弱。有路緣石時(shí)，混合料向右方向上的力被路緣石限制而不會(huì)向右移動(dòng)；無(wú)路緣石時(shí)，右方無(wú)外力僅在瀝青黏結(jié)力的作用下不足以克服碾壓的外力，而有很大的位移，結(jié)果會(huì)使碾壓處的混合料面積增加、厚度減小。因此，在無(wú)路緣石時(shí)應(yīng)留有30～50cm不碾壓等到靜碾一遍后再碾壓此處，此時(shí)由于溫度的降低瀝青膠結(jié)力的加強(qiáng)可以減少混合料的推移。

再就是碾壓時(shí)的重疊，一般要重疊前次碾壓輪的1/3～1/2。振動(dòng)碾壓時(shí)，壓實(shí)效率很高，每碾壓一遍壓實(shí)度增長(zhǎng)很快。但振動(dòng)壓路機(jī)的振源在輪的中心，振動(dòng)以波的形式傳播，在靠近振源處由于波的應(yīng)力作用壓實(shí)度高，而遠(yuǎn)離振源處壓實(shí)度相對(duì)降低（如圖4所示）。實(shí)驗(yàn)表明：在碾壓過(guò)程中,不僅在鋼輪寬度范圍內(nèi)表現(xiàn)出接近輪沿處的壓實(shí)度逐漸減小，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)與鋼輪相鄰的碾壓帶由于鋼輪碾壓過(guò)程的橫向推移，使已壓實(shí)的鋪層在一定的區(qū)域內(nèi)壓實(shí)度降低了許多。因此，為了使路面壓實(shí)度均勻，碾壓時(shí)應(yīng)重疊，重疊的寬度試驗(yàn)表明為輪的1/3～1/2最好。二輪式壓路機(jī)每次重疊為后輪寬1/2，這種碾壓方式，可減少壓路機(jī)向前推料、起波紋等。雙輪壓路機(jī)每次重疊宜為30cm。輪胎式壓路機(jī)也應(yīng)重疊碾壓。由于輪胎式壓路機(jī)能調(diào)整輪胎的內(nèi)壓，可以得到所需的接觸地面壓力，使骨料相勻嵌擠咬合，易于得到均一的密實(shí)度且可提高密實(shí)度2%～3%所以輪胎式壓路機(jī)最適合于復(fù)壓階段的碾壓。

碾壓段長(zhǎng)度的選擇要在壓路機(jī)最佳作業(yè)速度的條件下，根據(jù)混合料的初壓溫度、碾壓終了溫度、鋪層厚度和環(huán)境溫度等實(shí)際選擇。振動(dòng)壓路機(jī)在起振和停振階段都存在著一個(gè)過(guò)渡區(qū)，過(guò)渡時(shí)間合計(jì)約5～6s，考慮到壓實(shí)作業(yè)效率，減輕操縱人員的疲勞強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少碾壓離析等因素，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間應(yīng)少于整個(gè)有效壓實(shí)時(shí)間的20%，因此碾壓長(zhǎng)度不應(yīng)低于25s。根據(jù)振動(dòng)碾壓的最佳的作業(yè)速度，可以換算成碾壓距離。

圖3 路緣石作用示意圖

圖4 振動(dòng)輪傳遞示意圖

4.碾壓速度和遍數(shù)對(duì)路面質(zhì)量的影響

碾壓速度的大小決定了壓路機(jī)在同一作用點(diǎn)作用時(shí)間的長(zhǎng)短。速度越慢同一點(diǎn)作用力的時(shí)間就越長(zhǎng), 反之越短。在一般的碾壓速度下, 被壓材料內(nèi)部應(yīng)力變化速度對(duì)不可逆變形量是沒(méi)有影響的, 但如果用較高速度碾壓會(huì)造成不適宜的材料結(jié)構(gòu), 主要是其變形模量變化較大, 而采用密實(shí)度作為指標(biāo)則不能察覺(jué)出碾壓速度的影響。

合理選擇碾壓速度，對(duì)提高作業(yè)效率有著重要意義。在施工中，壓實(shí)速度不均勻,剎車(chē)和突然起步,都會(huì)引起路面推移，影響壓實(shí)質(zhì)量。碾壓速度過(guò)低，會(huì)使攤鋪與壓實(shí)工序間斷，影響壓實(shí)質(zhì)量。如果未達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度要求，需增加碾壓次數(shù)，延長(zhǎng)碾壓時(shí)間，從而影響碾壓效率的提高；碾壓速度過(guò)高，會(huì)造成被壓的瀝青面層出現(xiàn)波浪變形和橫向裂紋，直接關(guān)系到路面的壓實(shí)質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)表明：若使混合料處于振動(dòng)狀態(tài)，壓路機(jī)經(jīng)過(guò)混合料時(shí),需使其連續(xù)受迫振動(dòng)3次以上，否則達(dá)不到振實(shí)效果；又由于瀝青混合料本身具有較高的振動(dòng)頻率，一般在40Hz以上，所以要求壓路機(jī)的最佳作業(yè)速度一般在4km/h左右。輪胎壓路機(jī)速度通常只要不落后于攤鋪機(jī)就行，此時(shí)可獲得較高的壓實(shí)質(zhì)量和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

碾壓遍數(shù)決定對(duì)同一點(diǎn)施壓的次數(shù), 由于瀝青類(lèi)材料內(nèi)部, 顆料受瀝青黏度阻力及粒料間阻力等因素的影響, 施壓一次很難使其達(dá)到最大的位移量, 必須重復(fù)施壓才能達(dá)到理想值, 因此一般在碾壓速度和壓力一定的情況下碾壓遍數(shù)越多壓實(shí)效果越好。但當(dāng)混合料的密實(shí)度達(dá)到一定值后, 再增加遍數(shù)就不會(huì)有明顯的效果, 一般壓實(shí)度和壓實(shí)遍數(shù)的關(guān)系, 如圖5所示。

圖5 壓實(shí)度和壓實(shí)遍數(shù)關(guān)系圖

從圖5上可以看出壓實(shí)遍數(shù)為a時(shí)為最佳, 碾壓三遍就已經(jīng)基本達(dá)到了密實(shí)度要求, 每次成功壓實(shí)后的密實(shí)度增加越來(lái)越小。這是因?yàn)殇亴右驂簩?shí)次數(shù)增多而變密,從而難以進(jìn)一步壓實(shí), 同時(shí)如果進(jìn)行沒(méi)有必要的額外碾壓反而會(huì)造成鋪層的疏松而降低密實(shí)度。這種密實(shí)度降低的現(xiàn)象對(duì)于靜力式壓路機(jī)和振動(dòng)壓路機(jī)都可能發(fā)生, 因此, 必須注意振動(dòng)與靜力式壓路機(jī)相比, 以較少的碾壓遍數(shù)獲得較大的壓實(shí)效果, 同樣也可以減少額外碾壓使得密實(shí)度下降較多。

5.小結(jié)

瀝青路面質(zhì)量好壞的關(guān)鍵在攤鋪,但與壓路機(jī)的碾壓有著不可分割的關(guān)系,合理的碾壓工藝與正確的碾壓操作是保證路面平整度的重要手段。本文對(duì)影響路面碾壓質(zhì)量的工藝因素做了詳細(xì)的論述，除了所論述的碾壓溫度、碾壓路線及碾壓段長(zhǎng)度、碾壓速度和遍數(shù)的影響之外，還有路面施工機(jī)械的配套作業(yè)，壓實(shí)機(jī)械的組合，壓路機(jī)操作手的駕駛水平，集料的性能，瀝青的含量及性能，碾壓過(guò)程中的離析以及風(fēng)力、氣溫、太陽(yáng)輻射(陰晴）等一系列因素。因此，在瀝青路面的壓實(shí)作業(yè)之前根據(jù)地理環(huán)境，作業(yè)要求確定一套最佳的碾壓工藝對(duì)于保證瀝青混凝土的施工質(zhì)量，提高路面的使用壽命至關(guān)重要。

[1]楊楓. 壓實(shí)設(shè)備與工藝對(duì)瀝青路面壓實(shí)度的影響[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2003，8：45～47.

[2]余清河.影響瀝青路面質(zhì)量的機(jī)械因素分析[J].北京交通管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2003，13（3）：35～38.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.031