振动压实工艺参数对沥青混合料压实性能的影响研究

张广照　胡文学

摘要：文章采用细粒式AC-13冷拌沥青混合料为研究对象，通过铺设冷拌沥青试验层，研究振动压实不同遍数下沥青混合料压实过程和压实性能的变化，评价压实工艺参数对压实效果的影响。试验结果表明：随着压实遍数的增加，沉降量呈现整体增加的趋势，压实八遍占全部沉降量的97.1%，但压实八遍后增加不明显;整体上空隙率逐步减小，而劈裂强度逐步增加，二者具有对应性，同样呈现八遍后变化不明显的趋势;与压实两遍相比，四遍时反而空隙率增加、劈裂强度减小，表明空隙由大变小过程中空隙率是增加的，需增加压实次数。由此，表明压实次数为八次压实效果较好并节省能量，为工程化应用提供了借鉴。

关键词：公路工程;沥青混合料;振动压实;沉降量;空隙率

0 引言

沥青路面因行车舒适、噪音小等优点占据道路型式的90%以上，保证沥青路面的建设质量尤为重要。沥青路面压实是路面成形的最后一道工序，一旦压实效果不佳，沥青层空隙率过大，将造成沥青路面强度降低，并逐步形成路面病害，严重影响路面的耐久性[1-3]。Khaled认为沥青混合料压实涉及沥青混合料动态特性、压实功、压实工艺等，影响因素多，过程非常复杂[4]。郑健龙等采用ANSYS模拟研究沥青混合料振动压实过程，认为热态沥青混合料在振动冲击的作用下，塑性变形增加得很快，一定荷载作用次数后，形成饱和压实[5]。张中华等研究振动频率对压实作业的影响，认为根据现场特定压实材料选定最佳压实频率进行每遍精确压实，可以提高压实效果和压实效率[6]。黄志福等建立振动压路机-路面系统动力学模型，沥青路面的压实度与振动轮垂直加速度之间存在正相关关系，为沥青混合料振动压实提供了指导[7]。然而他们缺乏振动压实工艺参数对沥青混合料压实过程状态变化和压实性能的影响的确定和分析。

因此，本文采用自开发的手扶式小型振动压路机，铺设冷拌沥青试验层，研究振动压实不同遍数下沥青混合料压实过程和压实性能的变化，评价压实工艺参数对压实效果的影响，为沥青路面建设质量的提升提供工程应用参考。

1 试验材料与方法

采用细粒式AC-13冷拌沥青混合料为研究对象，由乳化沥青、矿料、水和水泥等拌和成沥青混合料。按照《沥青路面施工技术规范》JTG-2004选择，试验用55%配比含量的乳化沥青，试验集料（0～13 mm）采用玄武岩。沥青混合料的级配如下：其中集料配比0～4 mm为30%、4～11 mm为46%、11～13 mm为24%，水泥含量为0.3%，乳化沥青为7.5%，水为2%、水泥（普通硅酸盐水泥，标号32.5R）为0.3%。

遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）对冷拌沥青混合料进行拌和，并通过辅助钢模铺设所需试验段。表1为压路机的主要工作参数。分别对压实2遍、4遍、6遍、8遍和10遍试验段取芯，评价其空隙率和劈裂强度。

2 試验结果与讨论

2.1 不同压实遍数下沥青混合料沉降量

根据沥青混合料通用的压实方法，先对人工铺设的沥青混合料静压两遍，完成工程上压实中的预压工序，然后选取不同的区域分别压实两遍、四遍、六遍、八遍和十遍并标记，分别取样测试性能。由图1可以看出，随着压实遍数的增加，沥青混合料相对沉降量逐渐变小，累积沉降量逐渐增加，但增加值放缓。压实两遍、四遍、六遍、八遍和十遍时，间隔两遍的相对沉降量分别增加了8.4 mm、3.7 mm、2.3 mm、1.0 mm、0.5 mm，沉降比例分别为53.3%、23.1%、14.3%、6.5%、2.9%。试验结果表明，振动压实中，前八遍压实对沥青混合料沉降量影响较大，占全部沉降量的97.1%，六遍到十遍作用较弱，振动压实中，八遍基本满足要求。

2.2 不同压实遍数下沥青混合料的空隙率

从图2可知，整体上看，随着压实遍数的增加，沥青混合料的空隙率逐步减少，表明随着压实的深入，沥青混合料的压实度呈现增加的趋势。但在十遍压实中，第二遍的空隙率为12.01%，第四遍的空隙率为12.35%，出现空隙率稍微增大的趋势，可能在二遍压实增加到四遍压实中，大空隙破裂，演变成小的空隙并增加一些小空隙，空隙率出现反弹现象，压实八遍后，空隙率下降量不大，八遍后对压实度变化影响有限。

2.3 不同压实遍数下沥青混合料的劈裂强度

从图3中可得知，压实两遍、四遍、六遍、八遍和十遍后对应的劈裂强度分别为0.51 MPa、0.46 MPa、0.53 MPa、0.59 MPa、0.61 MPa。其中，压实两遍后的劈裂强度相比四遍后减小了0.05 MPa，与空隙率试验结果具有一致性，表明压实中多于四遍效果才能显现，同样地，压实八遍后劈裂强度增加不明显，压实八遍较为合理。

综上所述，之所以出现上述空隙率、劈裂强度的变化，与被压沥青混合料松散状态下空隙特性和在振动冲击的颗粒位置变化机理有着很大关系。在振动压实过程中，沥青混合料多相材料产生相互填充的现象，大颗粒之间形成的间隙由更小的颗粒充填，并在压实初期由大空隙变成小空隙，而较小颗粒的形成间隙和新形成的小间隙由胶结料填充。随着压实的逐步深入，空隙率变小，密实度增加，宏观表现承载力提高。

3 结语

（1）随着压实遍数的增加，沥青混合料相对沉降量逐渐变小，累积沉降量逐渐增加，前八遍压实对沥青混合料沉降量影响较大，占全部沉降量的97.1%。

（2）随着振动压实遍数从0遍增加到十遍，沥青混合料的空隙率逐步减少，压实度增加，但随着压实深入，空隙率相对减少量变缓。另外，劈裂强度与空隙率呈现相同的变化趋势，压实八遍较为合理。

参考文献：

[1]李彦伟，范换持，陈小龙，等.沥青路面压实效果评价指标[J].长安大学学报（自然科学版），2012（3）：34-39.

[2]朱云升，袁 明，刘利军，等.温拌剂对沥青混合料路用性能改善研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2019（5）：872-875，881.

[3]孙 巍.沥青路面压实度不均匀的原因及改进措施[J].公路交通科技（应用技术版），2019（10）：27-29.

[4][JP1]Khaled Anwar Kandil.Analytical and experimental study of field compaction of asphalt mixes[D].Department of Civil and Environmental Engineering，Carleton University，2002.

[5]郑健龙，陈 骁，李庆瑞，等.热态沥青混合料路面振动压实过程ANSYS模拟研究[J].工程力学，2008，25（10）：200-206.

[6]张中华，王 莉.振动压路机最佳压实频率研究[J].建筑机械，2012（9）：77-80，84.

[7]黄志福，梁乃兴，赵 毅，等.路面压实度自动连续检测技术[J].长安大学学报（自然科学版），2015，35（6）：24-32，55.