瀝青混合料碾壓工藝的研究

遲 爽

(黑龍江省公路工程造價管理總站)

雖然我國道路工作者對瀝青路面的材料、結構進行了較為深入的研究,但面對我國現(xiàn)有的交通狀況,瀝青路面仍面臨著較為嚴重的車轍損害。為了尋找提高瀝青路面壓實質量的有效技術途徑,在室內不同振動工藝下壓實特性研究的基礎上進行了現(xiàn)場試驗。

1 現(xiàn)場碾壓工藝試驗目的

室內試驗表明,相同級配的瀝青混凝土采用不同的室內壓實成型方式或壓實工藝所得到的密度是不同的。采用振動成型方式,在最佳的振動成型參數(shù)下,可以獲得較馬歇爾成型方式大的密實度。而密實度的提高,意味著瀝青混凝土某些力學性能的提高,因此期望在室內試驗結果的基礎上,通過現(xiàn)場試驗調整工藝組合來提高混合料的壓實度,為路面壓實質量提供保證。

2 現(xiàn)場施工簡介

試驗地點：吉林市外環(huán)線。

試驗對象：路面下面層AC-20-Ⅰ型。

試驗設備：靜作用壓路機、輪胎壓路機、大噸位振動壓路機(S W-800型)。

試驗方法：采用不同機械組合以及振動壓路機振動參數(shù)的調整進行各路段的碾壓工作,評價其壓實效果。S W-800型振動壓路機的參數(shù)值見表1。

表1 W-800型振動壓路機的參數(shù)

在室內試驗結果的基礎上,對試鋪路段進行振動工藝及碾壓機械組合

3 現(xiàn)場測試結果分析

3.1 工藝差別

現(xiàn)場試驗時共采用四種碾壓工藝,它們主要差別在于輪胎壓路機與振動壓路機是否交叉作業(yè)、振動壓路機作用遍數(shù)及振動參數(shù)(頻率和振幅)的選擇。

工藝一是工地施工的現(xiàn)有工藝,其主要特點是：無交叉作業(yè)(振1遍 — 膠輪集中碾壓 4遍 — 振1遍);采用 50H z低幅;總碾壓遍數(shù)為 8遍。工藝二是在工地現(xiàn)有工藝基礎上進行調整,其特點為有交叉作業(yè)(先振1遍 — 膠輪 2遍 —振1遍 — 膠輪 2遍 — 振1遍);工藝參數(shù)與工藝一相同為50H z低幅;總碾壓遍數(shù)為 9遍,主要在交叉作業(yè)時振動壓路機多振1遍。工藝三和工藝四是在室內試驗結果基礎上,分別采用高頻和低頻來驗證在工地上的作用效果。此兩種工藝均有相同的碾壓遍數(shù)和交叉作業(yè),所不同的是工藝三采用50H z高幅和 67 H z低幅,其搭配方式為振1遍(50Hz高幅)— 膠輪 2遍 — 振1遍(50H z高幅)— 膠輪2遍— 振1遍(67 H z低幅)。而工藝四則采用 42 Hz高幅和 50H z低幅,其搭配方式為振1遍(42Hz高幅)— 膠輪 2遍 — 振1遍(42 H z高幅)— 膠輪 2遍 — 振1遍(50Hz低幅)。

3.2 碾壓工藝與壓實評價指標間關系

壓實評價指標為密度、穩(wěn)定度、空隙率、壓實度。

由柱面圖(圖1)可看出,各路段碾壓工藝不同,所對應的壓實指標有很大差別。

四種工藝相比較,其壓實性能由好至差排序為 四、二、三、一。

碾壓工藝選取得當,可使其各項指標滿足規(guī)范要求。如表 2所示。

表2 滿足規(guī)范要求的工藝

工藝一(工地現(xiàn)有工藝)其所對應的各項指標均不符合規(guī)范要求,說明此工藝有待改善。

通過柱面圖的分析,已經(jīng)得到結論：工藝四的壓實效果最好。工藝四是在室內最佳振動工藝(低頻大振幅)指導下選取的現(xiàn)場碾壓工藝,并獲得較理想的效果,說明以室內試驗指導實際工程具有深遠意義。同時,在工藝一和工藝二對比中,充分說明了輪胎與振動交替作業(yè)的優(yōu)勢。輪胎壓路機主要起到搓揉和摻和作用,對提高密實度效果較差,一味地輪胎碾壓,只會促使顆粒重新排列,而對密實度的提高作用很小。而振動壓路機,通過對路面施加振動能量及幅值沖擊作用,使混合料充分壓實。因此只有輪胎與振動交叉作業(yè),才能使路面密實度提高,工藝二充分說明這一點。由以上分析可知,工藝參數(shù)的選擇、交叉作業(yè)、碾壓遍數(shù)對路面壓實都起到至關重要的作用,只有協(xié)調好三者之間關系,才能達到好的壓實效果。對中面層來說,采用工藝四(交叉作業(yè)、低頻高幅)可獲得理想壓實度。在施工過程中發(fā)現(xiàn)高頻對混合料內部結構有一定影響,高頻雖然作用時間短,但其有利于骨料重新就位,促使骨料顆粒向更穩(wěn)定位置靠攏,形成緊密嵌擠結構,其力學性能也由于混合料骨架的形成而提高。因此在今后施工中,可以探討使用高、低頻壓路機的不同組合,使其結構達到最佳狀態(tài)。

通過上述分析可得出,現(xiàn)場試驗得到的結論與室內試驗的結論基本一致。

表3 現(xiàn)場工藝參數(shù)總表

表4 室內工藝參數(shù)總表

3.3 壓實評價指標與物理狀態(tài)間關系

由于中面層采用AC-20-Ⅰ型級配,此級配各級粒徑所占比例較均勻,因此可通過鉆芯取樣試件的物理狀態(tài)來描述其指標變化。各路段現(xiàn)場取芯試件的各項評價指標數(shù)值均存在差異,現(xiàn)以路段一為例進行分析。路段一共鉆取 6個芯樣,其密度、穩(wěn)定度數(shù)值差異均在允許范圍內。現(xiàn)將壓實評價指標與物理指標列表進行對比分析。

由表中可看出,當孔洞偏多(偏大)時,其對應空隙率數(shù)值較大,壓實度偏低,密度也較小,穩(wěn)定度較低;而當孔洞處于中等狀態(tài)時,其各項評價指標也均處于中值。參考數(shù)據(jù)總表,物理狀態(tài)完全可以反映出壓實評價指標的數(shù)值變化。孔洞偏多(偏大)時,對應的均勻性較差,其各項指標自然也較差;孔洞數(shù)量少而小時,均勻性好,對應的各項指標也就較好。當然也有個別試件評價時稍有差別,但總體規(guī)律存在,就是通過觀察取芯試件的物理狀態(tài)可獲知路面壓實結果是否符合要求。

圖1 密度、穩(wěn)定度、空隙率、壓實度柱面圖

表5 路段一試驗結果對比分析

3.4 物理參數(shù)描述壓實效果

物理參數(shù)指密度、空隙率、VFA、V MA等,物理參數(shù)變化可反映出材料的壓實效果見表6。

表6 物理參數(shù)變化對指標的影響

從表 6中可看出：隨著礦料間隙率(V MA)的減小,密度增大,穩(wěn)定度提高,空隙率減小,壓實度提高;隨著瀝青飽和度(VFA)的增大,密度增大,穩(wěn)定度提高,空隙率減小,壓實度提高。其變化規(guī)律也可從圖 2反映出來。

規(guī)范規(guī)定Ⅰ型級配,對 AC-20-Ⅰ型,應符合以下技術標準,見表 7。

若V MA偏離規(guī)范要求值過大時,其穩(wěn)定度、空隙率、壓實度均不符合要求;若 VFA小時,其壓實評價指標達到規(guī)范要求也存在一定難度。因此只有當物理參數(shù)滿足規(guī)范要求時,路段的壓實度才能符合要求。因此碾壓時應嚴格控制尺度,盡量使各種指標符合要求。而從現(xiàn)場取芯試件來看,碾壓工藝為二和四的路段,壓實度均≥98%,明顯高于實際施工單位碾壓工藝所達到的壓實度,說明調整碾壓工藝可以提高壓實效果,因此,抗轍路面施工時應采用的壓實工藝組合為工藝四。

表7 技術標準要求

圖2 物理參數(shù)變化對指標的影響

4 結 論

現(xiàn)場試驗路不同工藝組合試驗研究表明,通過調整碾壓工藝,能夠獲得理想的壓實效果,現(xiàn)場最佳振動壓實工藝與室內結論一致,即低頻高幅壓實效果最佳。因此,根據(jù)室內試驗結果選擇合理、高效的碾壓工藝、遍數(shù)、速度是提高壓實質量的有效技術途徑。由此,推薦出嵌擠骨架—密實型瀝青混合料的現(xiàn)場壓實工藝組合。

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