振動壓實工藝參數對瀝青混合料壓實性能的影響研究

張廣照　胡文學

摘要：文章采用細粒式AC-13冷拌瀝青混合料為研究對象，通過鋪設冷拌瀝青試驗層，研究振動壓實不同遍數下瀝青混合料壓實過程和壓實性能的變化，評價壓實工藝參數對壓實效果的影響。試驗結果表明：隨著壓實遍數的增加，沉降量呈現整體增加的趨勢，壓實八遍占全部沉降量的97.1%，但壓實八遍后增加不明顯;整體上空隙率逐步減小，而劈裂強度逐步增加，二者具有對應性，同樣呈現八遍后變化不明顯的趨勢;與壓實兩遍相比，四遍時反而空隙率增加、劈裂強度減小，表明空隙由大變小過程中空隙率是增加的，需增加壓實次數。由此，表明壓實次數為八次壓實效果較好并節省能量，為工程化應用提供了借鑒。

關鍵詞：公路工程;瀝青混合料;振動壓實;沉降量;空隙率

0 引言

瀝青路面因行車舒適、噪音小等優點占據道路型式的90%以上，保證瀝青路面的建設質量尤為重要。瀝青路面壓實是路面成形的最后一道工序，一旦壓實效果不佳，瀝青層空隙率過大，將造成瀝青路面強度降低，并逐步形成路面病害，嚴重影響路面的耐久性[1-3]。Khaled認為瀝青混合料壓實涉及瀝青混合料動態特性、壓實功、壓實工藝等，影響因素多，過程非常復雜[4]。鄭健龍等采用ANSYS模擬研究瀝青混合料振動壓實過程，認為熱態瀝青混合料在振動沖擊的作用下，塑性變形增加得很快，一定荷載作用次數后，形成飽和壓實[5]。張中華等研究振動頻率對壓實作業的影響，認為根據現場特定壓實材料選定最佳壓實頻率進行每遍精確壓實，可以提高壓實效果和壓實效率[6]。黃志福等建立振動壓路機-路面系統動力學模型，瀝青路面的壓實度與振動輪垂直加速度之間存在正相關關系，為瀝青混合料振動壓實提供了指導[7]。然而他們缺乏振動壓實工藝參數對瀝青混合料壓實過程狀態變化和壓實性能的影響的確定和分析。

因此，本文采用自開發的手扶式小型振動壓路機，鋪設冷拌瀝青試驗層，研究振動壓實不同遍數下瀝青混合料壓實過程和壓實性能的變化，評價壓實工藝參數對壓實效果的影響，為瀝青路面建設質量的提升提供工程應用參考。

1 試驗材料與方法

采用細粒式AC-13冷拌瀝青混合料為研究對象，由乳化瀝青、礦料、水和水泥等拌和成瀝青混合料。按照《瀝青路面施工技術規范》JTG-2004選擇，試驗用55%配比含量的乳化瀝青，試驗集料（0～13 mm）采用玄武巖。瀝青混合料的級配如下：其中集料配比0～4 mm為30%、4～11 mm為46%、11～13 mm為24%，水泥含量為0.3%，乳化瀝青為7.5%，水為2%、水泥（普通硅酸鹽水泥，標號32.5R）為0.3%。

遵照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）對冷拌瀝青混合料進行拌和，并通過輔助鋼模鋪設所需試驗段。表1為壓路機的主要工作參數。分別對壓實2遍、4遍、6遍、8遍和10遍試驗段取芯，評價其空隙率和劈裂強度。

2 試驗結果與討論

2.1 不同壓實遍數下瀝青混合料沉降量

根據瀝青混合料通用的壓實方法，先對人工鋪設的瀝青混合料靜壓兩遍，完成工程上壓實中的預壓工序，然后選取不同的區域分別壓實兩遍、四遍、六遍、八遍和十遍并標記，分別取樣測試性能。由圖1可以看出，隨著壓實遍數的增加，瀝青混合料相對沉降量逐漸變小，累積沉降量逐漸增加，但增加值放緩。壓實兩遍、四遍、六遍、八遍和十遍時，間隔兩遍的相對沉降量分別增加了8.4 mm、3.7 mm、2.3 mm、1.0 mm、0.5 mm，沉降比例分別為53.3%、23.1%、14.3%、6.5%、2.9%。試驗結果表明，振動壓實中，前八遍壓實對瀝青混合料沉降量影響較大，占全部沉降量的97.1%，六遍到十遍作用較弱，振動壓實中，八遍基本滿足要求。

2.2 不同壓實遍數下瀝青混合料的空隙率

從圖2可知，整體上看，隨著壓實遍數的增加，瀝青混合料的空隙率逐步減少，表明隨著壓實的深入，瀝青混合料的壓實度呈現增加的趨勢。但在十遍壓實中，第二遍的空隙率為12.01%，第四遍的空隙率為12.35%，出現空隙率稍微增大的趨勢，可能在二遍壓實增加到四遍壓實中，大空隙破裂，演變成小的空隙并增加一些小空隙，空隙率出現反彈現象，壓實八遍后，空隙率下降量不大，八遍后對壓實度變化影響有限。

2.3 不同壓實遍數下瀝青混合料的劈裂強度

從圖3中可得知，壓實兩遍、四遍、六遍、八遍和十遍后對應的劈裂強度分別為0.51 MPa、0.46 MPa、0.53 MPa、0.59 MPa、0.61 MPa。其中，壓實兩遍后的劈裂強度相比四遍后減小了0.05 MPa，與空隙率試驗結果具有一致性，表明壓實中多于四遍效果才能顯現，同樣地，壓實八遍后劈裂強度增加不明顯，壓實八遍較為合理。

綜上所述，之所以出現上述空隙率、劈裂強度的變化，與被壓瀝青混合料松散狀態下空隙特性和在振動沖擊的顆粒位置變化機理有著很大關系。在振動壓實過程中，瀝青混合料多相材料產生相互填充的現象，大顆粒之間形成的間隙由更小的顆粒充填，并在壓實初期由大空隙變成小空隙，而較小顆粒的形成間隙和新形成的小間隙由膠結料填充。隨著壓實的逐步深入，空隙率變小，密實度增加，宏觀表現承載力提高。

3 結語

（1）隨著壓實遍數的增加，瀝青混合料相對沉降量逐漸變小，累積沉降量逐漸增加，前八遍壓實對瀝青混合料沉降量影響較大，占全部沉降量的97.1%。

（2）隨著振動壓實遍數從0遍增加到十遍，瀝青混合料的空隙率逐步減少，壓實度增加，但隨著壓實深入，空隙率相對減少量變緩。另外，劈裂強度與空隙率呈現相同的變化趨勢，壓實八遍較為合理。

參考文獻：

[1]李彥偉，范換持，陳小龍，等.瀝青路面壓實效果評價指標[J].長安大學學報（自然科學版），2012（3）：34-39.

[2]朱云升，袁 明，劉利軍，等.溫拌劑對瀝青混合料路用性能改善研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2019（5）：872-875，881.

[3]孫 巍.瀝青路面壓實度不均勻的原因及改進措施[J].公路交通科技（應用技術版），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]鄭健龍，陳 驍，李慶瑞，等.熱態瀝青混合料路面振動壓實過程ANSYS模擬研究[J].工程力學，2008，25（10）：200-206.

[6]張中華，王 莉.振動壓路機最佳壓實頻率研究[J].建筑機械，2012（9）：77-80，84.

[7]黃志福，梁乃興，趙 毅，等.路面壓實度自動連續檢測技術[J].長安大學學報（自然科學版），2015，35（6）：24-32，55.