沥青混合料碾压工艺的研究

迟 爽

(黑龙江省公路工程造价管理总站)

虽然我国道路工作者对沥青路面的材料、结构进行了较为深入的研究,但面对我国现有的交通状况,沥青路面仍面临着较为严重的车辙损害。为了寻找提高沥青路面压实质量的有效技术途径,在室内不同振动工艺下压实特性研究的基础上进行了现场试验。

1 现场碾压工艺试验目的

室内试验表明,相同级配的沥青混凝土采用不同的室内压实成型方式或压实工艺所得到的密度是不同的。采用振动成型方式,在最佳的振动成型参数下,可以获得较马歇尔成型方式大的密实度。而密实度的提高,意味着沥青混凝土某些力学性能的提高,因此期望在室内试验结果的基础上,通过现场试验调整工艺组合来提高混合料的压实度,为路面压实质量提供保证。

2 现场施工简介

试验地点：吉林市外环线。

试验对象：路面下面层AC-20-Ⅰ型。

试验设备：静作用压路机、轮胎压路机、大吨位振动压路机(S W-800型)。

试验方法：采用不同机械组合以及振动压路机振动参数的调整进行各路段的碾压工作,评价其压实效果。S W-800型振动压路机的参数值见表1。

表1 W-800型振动压路机的参数

在室内试验结果的基础上,对试铺路段进行振动工艺及碾压机械组合

3 现场测试结果分析

3.1 工艺差别

现场试验时共采用四种碾压工艺,它们主要差别在于轮胎压路机与振动压路机是否交叉作业、振动压路机作用遍数及振动参数(频率和振幅)的选择。

工艺一是工地施工的现有工艺,其主要特点是：无交叉作业(振1遍 — 胶轮集中碾压 4遍 — 振1遍);采用 50H z低幅;总碾压遍数为 8遍。工艺二是在工地现有工艺基础上进行调整,其特点为有交叉作业(先振1遍 — 胶轮 2遍 —振1遍 — 胶轮 2遍 — 振1遍);工艺参数与工艺一相同为50H z低幅;总碾压遍数为 9遍,主要在交叉作业时振动压路机多振1遍。工艺三和工艺四是在室内试验结果基础上,分别采用高频和低频来验证在工地上的作用效果。此两种工艺均有相同的碾压遍数和交叉作业,所不同的是工艺三采用50H z高幅和 67 H z低幅,其搭配方式为振1遍(50Hz高幅)— 胶轮 2遍 — 振1遍(50H z高幅)— 胶轮2遍— 振1遍(67 H z低幅)。而工艺四则采用 42 Hz高幅和 50H z低幅,其搭配方式为振1遍(42Hz高幅)— 胶轮 2遍 — 振1遍(42 H z高幅)— 胶轮 2遍 — 振1遍(50Hz低幅)。

3.2 碾压工艺与压实评价指标间关系

压实评价指标为密度、稳定度、空隙率、压实度。

由柱面图(图1)可看出,各路段碾压工艺不同,所对应的压实指标有很大差别。

四种工艺相比较,其压实性能由好至差排序为 四、二、三、一。

碾压工艺选取得当,可使其各项指标满足规范要求。如表 2所示。

表2 满足规范要求的工艺

工艺一(工地现有工艺)其所对应的各项指标均不符合规范要求,说明此工艺有待改善。

通过柱面图的分析,已经得到结论：工艺四的压实效果最好。工艺四是在室内最佳振动工艺(低频大振幅)指导下选取的现场碾压工艺,并获得较理想的效果,说明以室内试验指导实际工程具有深远意义。同时,在工艺一和工艺二对比中,充分说明了轮胎与振动交替作业的优势。轮胎压路机主要起到搓揉和掺和作用,对提高密实度效果较差,一味地轮胎碾压,只会促使颗粒重新排列,而对密实度的提高作用很小。而振动压路机,通过对路面施加振动能量及幅值冲击作用,使混合料充分压实。因此只有轮胎与振动交叉作业,才能使路面密实度提高,工艺二充分说明这一点。由以上分析可知,工艺参数的选择、交叉作业、碾压遍数对路面压实都起到至关重要的作用,只有协调好三者之间关系,才能达到好的压实效果。对中面层来说,采用工艺四(交叉作业、低频高幅)可获得理想压实度。在施工过程中发现高频对混合料内部结构有一定影响,高频虽然作用时间短,但其有利于骨料重新就位,促使骨料颗粒向更稳定位置靠拢,形成紧密嵌挤结构,其力学性能也由于混合料骨架的形成而提高。因此在今后施工中,可以探讨使用高、低频压路机的不同组合,使其结构达到最佳状态。

通过上述分析可得出,现场试验得到的结论与室内试验的结论基本一致。

表3 现场工艺参数总表

表4 室内工艺参数总表

3.3 压实评价指标与物理状态间关系

由于中面层采用AC-20-Ⅰ型级配,此级配各级粒径所占比例较均匀,因此可通过钻芯取样试件的物理状态来描述其指标变化。各路段现场取芯试件的各项评价指标数值均存在差异,现以路段一为例进行分析。路段一共钻取 6个芯样,其密度、稳定度数值差异均在允许范围内。现将压实评价指标与物理指标列表进行对比分析。

由表中可看出,当孔洞偏多(偏大)时,其对应空隙率数值较大,压实度偏低,密度也较小,稳定度较低;而当孔洞处于中等状态时,其各项评价指标也均处于中值。参考数据总表,物理状态完全可以反映出压实评价指标的数值变化。孔洞偏多(偏大)时,对应的均匀性较差,其各项指标自然也较差;孔洞数量少而小时,均匀性好,对应的各项指标也就较好。当然也有个别试件评价时稍有差别,但总体规律存在,就是通过观察取芯试件的物理状态可获知路面压实结果是否符合要求。

图1 密度、稳定度、空隙率、压实度柱面图

表5 路段一试验结果对比分析

3.4 物理参数描述压实效果

物理参数指密度、空隙率、VFA、V MA等,物理参数变化可反映出材料的压实效果见表6。

表6 物理参数变化对指标的影响

从表 6中可看出：随着矿料间隙率(V MA)的减小,密度增大,稳定度提高,空隙率减小,压实度提高;随着沥青饱和度(VFA)的增大,密度增大,稳定度提高,空隙率减小,压实度提高。其变化规律也可从图 2反映出来。

规范规定Ⅰ型级配,对 AC-20-Ⅰ型,应符合以下技术标准,见表 7。

若V MA偏离规范要求值过大时,其稳定度、空隙率、压实度均不符合要求;若 VFA小时,其压实评价指标达到规范要求也存在一定难度。因此只有当物理参数满足规范要求时,路段的压实度才能符合要求。因此碾压时应严格控制尺度,尽量使各种指标符合要求。而从现场取芯试件来看,碾压工艺为二和四的路段,压实度均≥98%,明显高于实际施工单位碾压工艺所达到的压实度,说明调整碾压工艺可以提高压实效果,因此,抗辙路面施工时应采用的压实工艺组合为工艺四。

表7 技术标准要求

图2 物理参数变化对指标的影响

4 结 论

现场试验路不同工艺组合试验研究表明,通过调整碾压工艺,能够获得理想的压实效果,现场最佳振动压实工艺与室内结论一致,即低频高幅压实效果最佳。因此,根据室内试验结果选择合理、高效的碾压工艺、遍数、速度是提高压实质量的有效技术途径。由此,推荐出嵌挤骨架—密实型沥青混合料的现场压实工艺组合。

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