沥青混合料压实特性及沥青路面碾压遍数确定问题分析

陈正勇

(贵州省铜仁路桥工程公司，贵州 铜仁 554000)



沥青混合料压实特性及沥青路面碾压遍数确定问题分析

陈正勇

(贵州省铜仁路桥工程公司，贵州 铜仁 554000)

针对沥青混合料的压实特性，分别对三种不同混合料的压实特性进行分析，并得出其压实能量。在此基础上，对机械设备所能提供的压实能量进行估算，得出单台单次碾压压实能量。最后在机械设备所能提供的压实能量和混合料吸收相等的情况下，通过计算得出碾压遍数，确定最佳的碾压方案。

沥青混合料；压实特性；压实能量；碾压遍数

1 压实特性

1.1 AC混合料

该混合料的击实次数和密实度之间的关系如图1所示。由图1可以看出，相比之下，粒径相对较大的混合料较难进行压实，但伴随压实次数的不断增加，混合料实际差异逐渐减小，在压实到45次以后，混合料的压实规律完全相同。想要实现最好的空隙率，AC混合料最少要压实46次，不同粒径混合料的压实能量不存在太大差异，说明此类混合料压实特性较为相近。

图1 AC混合料的击实次数和密实度之间的关系

1.2 SMA混合料

该混合料的击实次数和密实度之间的关系如图2所示。由图2可以看出，这种混合料具有较好的可压实性，因为混合料当中含有一定量的沥青，可对集料进行有效润滑。想要实现最好的空隙率，需对其进行击实52次。

1.3 OGFC混合料

该混合料的击实次数和密实度之间的关系如图3所示。由图3可以看出，这种混合料较难进行压实，想要实现最好的空隙率，需对其进行击实54次。

图2 SMA混合料的击实次数和密实度之间的关系

图3 OGFC混合料的击实次数和密实度之间的关系

2 压实能量计算

为保证试验可靠性，选用标准的马歇尔仪器，其击实锤的质量约4.5kg，击实过程中，击实锤会在457.2mm的高度自由下落，则对应的击实能量为

E0=mgh

(1)

式(1)中：E0代表击实能量(单次击实)，J；m代表击实锤的质量，kg；g代表重力角速度，m/s2；h代表击实锤下落距离，m。通过计算，E0为20.3J。从试验要求角度讲，击实成型的次数为75次，然而混合料当中存在许多空隙，在对某一面进行击实时，另外一面会吸收相同的击实能量，和当前的击实面相距较远，因此吸收到的击实能量会降低，更多的能量会消耗在空隙上。试件成型时的击实总功为

EJ=nE0

(2)

式(2)中：EJ代表击实作用带来的能量总值，kJ；n代表击实的次数；E0代表击实能量(单次击实)，J。通过计算，EJ为1.524kJ。这些能量并不会被混合料完全吸收，如果空隙率的目标确定为4%，则SMA混合料至少需要击实43次，通过计算，击实到目标空隙率的总能量为873.9J；而AC混合料至少需要击实46次，击实到目标空隙率的总能量为934.9J。

3 压实能量与沥青路面碾压遍数确定

3.1 压实能量

(1)摊铺机械

施工中使用摊铺机进行振捣，可使路面平整，还能起到一定预压实作用，存在初始压实度。为分析摊铺机械的压实能量，使用PQI301仪器进行测试。摊铺施工完成后，路面混合料的压实度可以达到最佳状态的90%，由此可以看出摊铺振捣的重要作用。

通过相应的击实试验得知，在对混合料进行双面击实以后，不同粒径混合料实际压实度均可达到最佳状态的90%，计算后得出摊铺机械提供的压实能量为304.9J。

(2)振动压路机

振动压路机在混合料摊铺完成后的碾压施工中经常使用，其压实作用主要由自重及钢轮振动形成。对于沥青混合料路面，经常使用的振动压路机自身重量通常为7～18t，钢轮所能提供的激振力大约为15～30t，主要分成单路和双轮两大类型。

压实过程中，振动压路机的钢轮会对混合材料施加一定激振作用，促进颗粒进行相对运动，重新排列颗粒，使材料变得更加密实。根据振动基本理论，振动压路机对混合料施加的激振能量为

(3)

(3)轮胎压路机

与振动压路机相同，轮胎压路机也是利用自重完成压实。不同点在于，轮胎压路机可以对混合料进行揉搓，提供水平与竖直做功，促使颗粒运动，重新排列，提升混合料压实度。由于轮胎压路机提供的水平作用力很难定量计算，所以在计算压实能量时仅考虑竖直作用力。

轮胎压路机的压实能量为

EL=Fh

(4)

式(4)中：EL代表轮胎压路机的压实能量，J；F代表轮胎的质量，kg；h代表混合料在碾压后的高度变化值。以XP260轮胎压路机为例，通过试验测量其h为0.04 cm，通过计算，其EL为104J。而XP301轮胎压路机的EL为120 J。

3.2 沥青路面碾压遍数确定

在沥青混合料路面的施工过程中，如果现有混合料切实达到密实所需要的压实能量，以及碾压机械设备(摊铺机械、振动压路机以及轮胎压路机等)碾压一遍被混合料吸收的能量，假设碾压n遍以后，碾压机械设备所能提供的所有能量和沥青混合料达到密实状态所需的能量相等，则说明此时路面已经达到了最佳密实状态，碾压施工结果，随后即可确定碾压的遍数。

以AC混合料为例，如果工程施工中同时选用振动压路机(标准机型：DD130)与轮胎压路机(标准机型：XP301)，则有

EAC=ET+n1EDD130+n2EXP301

(5)

式(5)中：n1代表振动压路机的施工碾压遍数；n2代表轮胎压路机的施工碾压遍数；EDD130为129.5J；EAC为934.9J；EXP301为120J。通过计算，n1、n2有两种组合方式，n1分别为：n2为2、为4；n1、n2均为3。这两种组合方式都是可行的，但按照工程经验，建议选择n1为2、n2为4的组合，即为振动碾压2遍、轮胎碾压4遍。

4 总 结

(1)通过马歇尔试验，获得不同沥青混合料对应的压实能量；

(2)相同混合料的压实能量保持一致，SMA混合料具有较好的可压实性；

(3)充分结合试验和检测，得出不同机械设备的压实能量；

(4)在机械设备所能提供的压实能量和混合料吸收相等的情况下，通过计算得出碾压遍数。

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2016-06-28

陈正勇(1985-)，男，贵州思南人，助理工程师，研究方向：道路桥梁工程。

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