蒙脫土改性瀝青混合料碾壓工藝

2014-03-20 07:21:48張鐵軍

交通運輸研究 2014年11期

張鐵軍

（邯鄲市交通運輸局，河北邯鄲 056001）

1 影響路面壓實的主要因素

影響路面壓實的主要有材料的性質、結構層厚度、瀝青混合料的溫度、環境方面的原因等。

1.1 材料的性質

影響路面壓實的主要因素是材料，材料主要包括集料、瀝青。

集料的表面非常粗糙、紋路清晰可見，肉眼均可見每個顆粒呈與立方體相似的形狀，級配的設計方面也很粗糙、不平滑。集料與集料之間無法進行移動、具有很大的摩擦力，要用相當大的能量才可壓實；如果集料的表面非常平滑、級配的設計非常精細、外形美觀細膩潤滑、顆粒很小，那么集料與集料之間便具有很小的摩擦力，即集料間只需很小的能量就能靠攏壓實在一起；如果集料的材質非常柔軟并且沒有過高的強度，那么這些集料經過鋼輪壓路機的碾壓，十分容易發生破碎，如果密實性不好，則更無法進行壓實等操作。集料的最大特點是吸水性強，這使瀝青由表面滲透到集料中，并使混合料干燥，對壓實造成很大的阻礙。

如果混合料用的材料為瀝青結合料，瀝青結合料的特性也制約著路面的壓實。由于瀝青結合料的高黏度特點將阻礙集料顆粒向各個方向移動，影響混合料的壓實；如果混合料的瀝青量比率較低時，混合料集料的潤滑性能將很差，混合料也會變得干硬、發澀，從而制約路面的壓實。

1.2 結構層的厚度

一般情況下，如果鋪層比較厚、并且厚度接近壓實度時，會使保溫的時間很長，碾壓可以有充足的時間；如果鋪層較薄，會導致保溫的時間短，溫度很快降下來，碾壓的過程可以用很少的時間完成，不利于完成鋪層的壓實操作。所以，如果是4cm以下的薄層混合料，可賦予其稍高的初壓溫度，使壓實過程有充足的時間；如果是7cm以上的鋪層混合料，可賦予其稍低的初壓溫度，使壓實的過程不必太長時間完成。

瀝青路面結構層的厚度要適當，一般其厚度要和混合料最大公稱粒徑成一定的比例。通常情況下，瀝青路面結構層的厚度要大于或等于三倍的混合料的最大公稱粒徑。如果瀝青路面結構層的厚度小于混合料的最大公稱粒徑，路面會出現分崩離析的現象，阻礙路面壓實，甚至會壓碎集料，從而無法保證路面壓實操作的有效進行。

1.3 瀝青混合料的溫度

一般情況下，如果瀝青混合料的溫度過高，在壓路機碾壓時，瀝青混合料將會發生相對位置移動；如果瀝青混合料的溫度過低，則混合料將被硬化，路面不能壓實。能夠用充足的時間完成壓實操作的溫度才是最適合的壓實溫度。

要想得到最合適的壓實溫度，就要注意集料與集料之間的各種性質，主要包括集料之間的摩擦阻力、瀝青黏度、混合料級配、混合料的體積等。以上性質中，如果某一個參數發生改變，其壓實溫度也會發生相應的改變。如果想找到合適的碾壓溫度，可采用瀝青結合料的黏溫曲線加以明確。

碾壓施工過程要盡量在瀝青混合料溫度較高時進行。如果壓路機的重力能夠為攤鋪層所承載時，鋼輪將不會黏附粒料，而且粒料的壓痕不會很大，物料的位移也將不會改變，即開始碾壓的操作。

1.4 環境因素

制約路面壓實的環境因素包括溫度、風向、速度、下鋪層溫度等。空氣溫度越低，則混合料溫度也相應變低，碾壓時間也變短。通常情況下，溫度小于5℃時，薄層瀝青的路面將無法完成施工。制約路面壓實的重要環境因素是風，如果風速越大，則混合料溫度降低的時間縮短，碾壓的時間也相應變短。而且風向風速會使溫度迅速降低，混合料的表面結成一層硬殼，將制約瀝青混合料的碾壓程度、速度，碾壓層的壓實度也無法得到保障。制約路面壓實的重要環境因素是下鋪層的溫度，如果下鋪層過冷，混合料的熱量將被過快的吸收，鋪層薄的時候，熱量也將嚴重散失，不利于碾壓施工，無法保障鋪層的壓實程度。

2 Superpave混合料特性的決定性因素

瀝青混合料的壓實特性由材料的內摩擦力、黏性阻力、黏附性所決定。骨料的形狀、表面結構決定集料內摩阻力的大小，強度、耐磨性、顆粒間的嵌擠決定集料內摩阻力的性質。如果混合料的骨料自然而圓潤，那么在路面壓實過程中顆粒的內摩阻力小，顆粒之間易產生滑動；如果顆粒容易破碎、表面不平滑、并且混合料骨料棱角多，產生的摩擦阻力將很大，造成壓實困難，骨料破碎的比例將很高，如果混合料存在較大的內摩阻力，將阻礙壓實的操作。瀝青結合料的特點是具有一定的黏性、彈性，高溫時瀝青結合料是黏性液體，低溫時瀝青結合料是彈性固體。所以，瀝青的黏性阻力最敏感，而對其影響最大的是溫度。如果溫度低，則瀝青黏性阻力大，壓實過程中顆粒不易被重新排列；瀝青黏度大時，則需要的壓實溫度較高，瀝青黏性阻力小，有利于壓實。

Superpave混合料的特點是，級配時粗集料多、細集料少，選擇原材料時注意集料對破碎的相關要求、集料的棱角等特點。為了適應壓實的特性，采用細集料；同時，如果中、粗集料所占的比率較高，將使混合料的溫度下降速度快，碾壓時間也相應縮短，使壓實的程度難以得到保障。

Superpave混合料中含有少量的瀝青，碾壓過程中，混合料骨料之間的抗滑阻力增大，影響混合料的壓實程度。

Superpave混合料最重要的特點是具有溫度的敏感區。對施工的具體過程，Superpave混合料碾壓不穩定區的溫度在93~115℃。如果在93~115℃碾壓Superpave混合料，將使混合料發生重大位移，路面也會產生發絲形狀的裂紋，如圖1所示。

圖1 溫度敏感區的路面裂紋形狀

因此，碾壓Superpave混合料時，一定要避開93~115℃的溫度敏感區。要符合上述條件，將面臨兩種情況：（1）將混合料的溫度降到115℃之前，進行碾壓操作，同時增加壓路機數量、制定相應的工藝，使路面達到一定的壓實程度；（2）溫度在115℃以上時，使用振動壓路機碾壓道路。如果溫度在95℃以下，采用靜壓的方式進行碾壓操作，如果溫度在93~115℃的敏感區之內，則用輪胎壓路機進行碾壓操作。

3 蒙脫土改性瀝青混合料的碾壓工藝

3.1 蒙脫土改性瀝青混合料碾壓存在的問題

（1）本文的研究是Superpave12.5型混合料的設計配比、級配（見表1）。

表1 蒙脫土改性瀝青混合料的材料與配比

（2）路面上面層結構為4cm，層面很薄，降溫速度快。因為壓實瀝青路面受混合料的溫度影響，所以在一定的溫度下碾壓才會有較好的壓實效果。如果在適宜的溫度下進行碾壓，會磨掉骨料表面的瀝青膜，壓實程度也會相應增加，盡管增加的幅度略小。一系列的研究數據顯示，如果瀝青混合料的溫度小于90℃時，會影響壓實的程度。所以，混合料的出料溫度、環境溫度以及攤鋪的厚度決定了碾壓的時間，即一定的環境溫度、出料溫度下，碾壓的時間將受鋪層厚度的影響與制約。碾壓時間、碾壓溫度根據鋪層厚度不同而相應的有所不同，如表2、表3及圖2所示。

表2 在氣溫16℃時，層厚不同所允許的碾壓時間

表3 在氣溫12℃時，層厚不同所允許的碾壓時間

圖2 不同層厚下的允許碾壓時間

根據上述的圖表所示（表2、表3、圖2），如果鋪層較薄，則允許的碾壓時間相應變少。在較少的時間里將很難完成碾壓過程。

3.2 碾壓工藝、質量的控制

碾壓瀝青路面主要涵蓋三個過程，見圖3。

圖3 瀝青路面的碾壓階段

由于蒙脫土改性瀝青混合料路面在壓實方面存在工藝、流程的不足，要采用相應的工藝、同時對質量進行相應控制，使路面達到一定的壓實程度。

初壓時，采用的設備是2臺英格索蘭DD110壓路機、每臺壓路機都跟隨一臺攤鋪機。碾壓的方式是從低到高。其中一臺碾壓的路徑要沿著接縫，不推移、黏輪的情況下進行振動；如果與上述情況不符，則需先靜止、后振動。參數設置：靜壓重疊占輪寬的1/2，振動碾壓要重疊30cm，碾壓要在4~6遍之間，靜壓的速度達到2~3km/h，振動碾壓的速度達到4~5km/h。

復壓時，采取的硬件是兩臺徐工XP261膠輪壓路機（其碾壓速度達到3~5km/h），和初壓的DD110壓路機一起行動，并跟隨DD110壓路機，一起進行三次碾壓。

終壓時，采用的設備是一臺DD110壓路機，在復壓后進行碾壓，速度達到3~5km/h，共進行兩次碾壓，直到路面沒有輪跡則停止。

碾壓的模式是階梯式的，位置是壓路機每次由兩端折回處，緊跟著攤鋪機向前往后推進。在折回的位置不要出現在同一個橫斷面，而且在已碾壓的層面再向縱向重疊1~1.5m，如圖4所示。