瀝青混凝土路面壓實(shí)度影響因素分析及控制探討

宋 鵬

（中國(guó)中鐵四局集團(tuán) 第一工程有限公司，安徽 合肥230023）

1 原材料的影響及控制

混合料的性能對(duì)瀝青混凝土路面壓實(shí)的影響很大，而且效果非常明顯。瀝青混合料是由適當(dāng)比例的粗、細(xì)集料及填料組成的符合規(guī)定級(jí)配的礦料與瀝青拌制而成，因此瀝青混合料的壓實(shí)特性主要取決于集料的特性、瀝青的性質(zhì)、瀝青膜的厚度以及結(jié)合料的性質(zhì)等。

1.1 集料

在瀝青混合料中，粗集料的以下三種性能將影響混合料的密度：表面紋理、顆粒形狀和破裂面的數(shù)量。壓實(shí)功隨著集料棱角性、公稱最大粒徑和集料硬度的增加而增加。要達(dá)到同樣的壓實(shí)功，圓形集料比立方形或塊形集料需要更少的壓實(shí)。

1.2 瀝青

瀝青混合料密實(shí)的能力受瀝青等級(jí)和含量的影響。在給定的溫度條件下，瀝青的黏度越高或針入度越小，通常混合料的勁度越大，就越難以壓實(shí)，達(dá)到所要求的密度需要更多的壓實(shí)功。在混合料生產(chǎn)過(guò)程中，瀝青結(jié)合料的硬化程度同樣也會(huì)影響混合料的可壓實(shí)性。在拌和中，不同瀝青因它的化學(xué)性質(zhì)不同引起的老化程度也不同。拌和設(shè)備的類型和工作特性也會(huì)影響瀝青的老化，滾筒式拌和料機(jī)部分拌和時(shí)瀝青通常更容易硬化。

1.3 級(jí)配

級(jí)配是瀝青混合料的最重要特性，影響到混合料的諸多性能，如勁度、施工和易性、抗滑性、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性、抗開(kāi)裂性甚至耐久性。不同級(jí)配類型的混合料其壓實(shí)特性有較大的差別。為達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度，通常連續(xù)密級(jí)配混合料很容易壓實(shí)，而開(kāi)級(jí)配或半開(kāi)級(jí)配混合料一般明顯需要更多的壓實(shí)功。對(duì)于多砂或細(xì)級(jí)配混合料，因?yàn)樗鼈児逃械牟环€(wěn)定性，通常很難被壓實(shí)。含有過(guò)多中間尺寸細(xì)集料的混合料，因?yàn)樗鼈內(nèi)鄙賰?nèi)粘聚力，也很難壓實(shí)。

1.4 混合料

在高溫下攤鋪的混合料比低溫下攤鋪的混合料更容易壓實(shí)。然而，如果初壓溫度太高，則混合料就可能變的很不穩(wěn)定而很難壓實(shí)，待溫度降低，瀝青結(jié)合料的黏度上升時(shí)才可以壓實(shí)。相反，如果混合料在初壓時(shí)的溫度太低，為了達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，則需要增加壓實(shí)功，而實(shí)際上，這將永遠(yuǎn)達(dá)不到規(guī)定的壓實(shí)度。

瀝青結(jié)合料的溫度敏感性影響混合料的工作性和有效壓實(shí)時(shí)間。對(duì)于溫度敏感性高的瀝青，其有效壓實(shí)時(shí)間很少，這是由于混合料的勁度隨著溫度的流失而變得更大，混合料的可壓實(shí)時(shí)間就變得更少，因此，在使用時(shí)，應(yīng)選擇溫度敏感性小的瀝青。

2 壓實(shí)機(jī)械的影響及控制

瀝青混凝土路面的密度受所采用的壓實(shí)方法的影響。當(dāng)采用不同的壓實(shí)設(shè)備及其組合時(shí)，在同樣的壓實(shí)遍數(shù)下可以獲得不同的密度水平，為了獲得所需的密度水平和滿足規(guī)范要求以及提供平整的路面，壓實(shí)機(jī)械通常由兩個(gè)碾壓輪組成。

2.1 靜力鋼輪壓路機(jī)

靜力鋼輪壓路機(jī)，影響路面壓實(shí)效果的主要因素是壓路機(jī)的總重、鋼輪與混合料的接觸面積以及鋼輪的行走方式。鋼輪與混合料之間的有效接觸壓力決定了這種壓路機(jī)的實(shí)際壓實(shí)功。接觸壓力取決于鋼輪在混合料上的貫入深度。當(dāng)貫入深度增加，則接觸面積就會(huì)增大，因此接觸壓力反而減小，結(jié)果，提供給混合料的壓實(shí)功也就減少了。

具有大直徑的靜力鋼輪壓路機(jī)比小直徑的靜力鋼輪壓路機(jī)具有更小的接觸角，而小直徑的靜力鋼輪壓路機(jī)反推結(jié)構(gòu)層的水平力要較小。大直徑的鋼輪碾壓時(shí)，材料受壓縮的時(shí)間長(zhǎng)，不易造成反常；而小直徑的鋼輪則相反。另外小直徑的鋼輪碾壓時(shí)，鋼輪前面容易造成混合料堆擠，當(dāng)堆積的混合料造成淤積而致使碾壓輪不能繼續(xù)推動(dòng)混合料時(shí)，不得不從擁起的鼓包上壓過(guò)去，從而形成一個(gè)擁包，因此小直徑的鋼輪碾壓的平整度不如大直徑的鋼輪碾壓的平整度好。目前該種壓路機(jī)大多為重型，主要用于瀝青混凝土路面的初壓或終壓階段。

2.2 振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)

振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)有一個(gè)振動(dòng)加載組件，振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)功受機(jī)器的靜載和動(dòng)載影響。動(dòng)載在壓密瀝青結(jié)構(gòu)層中是一個(gè)非常重要的力。振動(dòng)減少了壓實(shí)期間的機(jī)械摩擦，但是增加了之后的機(jī)械連鎖。

當(dāng)混合料初步密實(shí)后形成一個(gè)整體，混合料的勁度增大，傳播振動(dòng)的能力增強(qiáng)。當(dāng)振動(dòng)頻率接近混合料的自振頻率時(shí)，形成共振，使混合料的振動(dòng)加大，振動(dòng)力避進(jìn)一步向縱深傳播，從而深層混合料得到密實(shí)。由此可見(jiàn)，振動(dòng)壓路機(jī)是靠振動(dòng)輪的高頻振動(dòng)，產(chǎn)生沖擊波，使混合料產(chǎn)生共振，大大降低了混合料的內(nèi)摩擦阻力，再利用壓路機(jī)的自重和沖擊力將混合料壓實(shí)，這樣提高了壓路機(jī)的壓實(shí)效果和壓實(shí)速度，使深層的混合料也得到了很好的壓實(shí)，其壓實(shí)能力大大優(yōu)于靜力壓路機(jī)。

在施工中，瀝青混凝土路面一般采用“初壓，復(fù)壓，終壓”的工序進(jìn)行碾壓。初壓一般采用靜力鋼輪壓路機(jī)，使松散的混合料相對(duì)穩(wěn)定，并且獲得一定的承載力；復(fù)壓可以通過(guò)振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)沖擊作用或輪胎壓路機(jī)的揉合作用使瀝青混合料的顆粒重新組合、相互擠密，以獲得足夠的密實(shí)度和強(qiáng)度；終壓可以消除膠輪壓路機(jī)或振動(dòng)鋼輪壓路機(jī)產(chǎn)生的輪跡，且有助于提高路面的平整度。

3 外部環(huán)境的影響及控制

瀝青混合料具有一定的勁度，且路面施工是在大氣環(huán)境下進(jìn)行的，因此結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對(duì)路面壓實(shí)具有較大的影響，包括結(jié)構(gòu)層厚度、大氣溫度、基層溫度、混合料攤鋪溫度等。

3.1 結(jié)構(gòu)層厚度

瀝青混合料的可壓實(shí)時(shí)間與其冷卻速率密切相關(guān)，而在影響混合料冷卻速率的各種變量中，結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)其影響可能最重要。在日溫差較大的季節(jié)，薄面層很難達(dá)到合適的壓實(shí)度。當(dāng)面層厚度小于50mm時(shí)，混合料在冷卻前很難被充分壓實(shí)，從而導(dǎo)致路面出現(xiàn)過(guò)早損壞。

3.2 溫度

結(jié)構(gòu)層將散失熱量到大氣和新鋪混合料的下層路面中。而且由于基層的溫降速率要快于表面的溫降速率，所以在確定可壓實(shí)時(shí)間時(shí)，基層溫度比大氣溫度更為重要。

潮濕的基層顯著地增加新鋪瀝青面層的冷卻速度，熱量從混合料散失到水分中，把水變成蒸汽，加快了熱量的轉(zhuǎn)移。因此，在潮濕面層上攤鋪混合料不利于壓實(shí)。

從文獻(xiàn)資料中得出，可壓實(shí)時(shí)間隨著混合料初始攤鋪溫度的升高而增加。例如，當(dāng)面層厚度為50mm，基層/大氣溫度為15℃時(shí)，攤鋪溫度由120℃上升到150℃，則冷卻到80℃所需的時(shí)間由12min增加到20min。因此混合料初始攤鋪溫度對(duì)薄結(jié)構(gòu)層和溫度較低基層的壓實(shí)影響非常顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)公路瀝青混凝土路面壓實(shí)實(shí)踐中，由于缺乏系統(tǒng)完善施工技術(shù)指南，工作中常常出現(xiàn)處理不到位、壓實(shí)方案不合理、壓實(shí)工藝欠佳，而導(dǎo)致壓實(shí)后的路面質(zhì)量很不理想，出現(xiàn)“今年修、明年壞，年年在修路”的現(xiàn)象。造成了很大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)和不好的社會(huì)影響。所以為適應(yīng)我國(guó)高速公路瀝青混凝土路面的發(fā)展形勢(shì)，加強(qiáng)瀝青混凝土路面的壓實(shí)和質(zhì)量控制技術(shù)研究，制定相關(guān)技術(shù)指南，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］陶紅文.機(jī)場(chǎng)瀝青道面壓實(shí)度控制[J/OL].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（34）.

［2］范希樂(lè).公路瀝青路面平整度與壓實(shí)度控制的兼顧措施[J/OL].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（17）.

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