瀝青混合料碾壓工藝的研究

遲 爽

(黑龍江省公路工程造價(jià)管理總站)

雖然我國(guó)道路工作者對(duì)瀝青路面的材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為深入的研究,但面對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的交通狀況,瀝青路面仍面臨著較為嚴(yán)重的車轍損害。為了尋找提高瀝青路面壓實(shí)質(zhì)量的有效技術(shù)途徑,在室內(nèi)不同振動(dòng)工藝下壓實(shí)特性研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

室內(nèi)試驗(yàn)表明,相同級(jí)配的瀝青混凝土采用不同的室內(nèi)壓實(shí)成型方式或壓實(shí)工藝所得到的密度是不同的。采用振動(dòng)成型方式,在最佳的振動(dòng)成型參數(shù)下,可以獲得較馬歇爾成型方式大的密實(shí)度。而密實(shí)度的提高,意味著瀝青混凝土某些力學(xué)性能的提高,因此期望在室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整工藝組合來(lái)提高混合料的壓實(shí)度,為路面壓實(shí)質(zhì)量提供保證。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)介

試驗(yàn)地點(diǎn)：吉林市外環(huán)線。

試驗(yàn)對(duì)象：路面下面層AC-20-Ⅰ型。

試驗(yàn)設(shè)備：靜作用壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)、大噸位振動(dòng)壓路機(jī)(S W-800型)。

試驗(yàn)方法：采用不同機(jī)械組合以及振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行各路段的碾壓工作,評(píng)價(jià)其壓實(shí)效果。S W-800型振動(dòng)壓路機(jī)的參數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 W-800型振動(dòng)壓路機(jī)的參數(shù)

在室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)試鋪路段進(jìn)行振動(dòng)工藝及碾壓機(jī)械組合

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果分析

3.1 工藝差別

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)共采用四種碾壓工藝,它們主要差別在于輪胎壓路機(jī)與振動(dòng)壓路機(jī)是否交叉作業(yè)、振動(dòng)壓路機(jī)作用遍數(shù)及振動(dòng)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(diǎn)是：無(wú)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(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整,其特點(diǎn)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(shí)振動(dòng)壓路機(jī)多振1遍。工藝三和工藝四是在室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,分別采用高頻和低頻來(lái)驗(yàn)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(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)間關(guān)系

壓實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)為密度、穩(wěn)定度、空隙率、壓實(shí)度。

由柱面圖(圖1)可看出,各路段碾壓工藝不同,所對(duì)應(yīng)的壓實(shí)指標(biāo)有很大差別。

四種工藝相比較,其壓實(shí)性能由好至差排序?yàn)?四、二、三、一。

碾壓工藝選取得當(dāng),可使其各項(xiàng)指標(biāo)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(duì)應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)均不符合規(guī)范要求,說(shuō)明此工藝有待改善。

通過(guò)柱面圖的分析,已經(jīng)得到結(jié)論：工藝四的壓實(shí)效果最好。工藝四是在室內(nèi)最佳振動(dòng)工藝(低頻大振幅)指導(dǎo)下選取的現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝,并獲得較理想的效果,說(shuō)明以室內(nèi)試驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)際工程具有深遠(yuǎn)意義。同時(shí),在工藝一和工藝二對(duì)比中,充分說(shuō)明了輪胎與振動(dòng)交替作業(yè)的優(yōu)勢(shì)。輪胎壓路機(jī)主要起到搓揉和摻和作用,對(duì)提高密實(shí)度效果較差,一味地輪胎碾壓,只會(huì)促使顆粒重新排列,而對(duì)密實(shí)度的提高作用很小。而振動(dòng)壓路機(jī),通過(guò)對(duì)路面施加振動(dòng)能量及幅值沖擊作用,使混合料充分壓實(shí)。因此只有輪胎與振動(dòng)交叉作業(yè),才能使路面密實(shí)度提高,工藝二充分說(shuō)明這一點(diǎn)。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(duì)路面壓實(shí)都起到至關(guān)重要的作用,只有協(xié)調(diào)好三者之間關(guān)系,才能達(dá)到好的壓實(shí)效果。對(duì)中面層來(lái)說(shuō),采用工藝四(交叉作業(yè)、低頻高幅)可獲得理想壓實(shí)度。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)高頻對(duì)混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一定影響,高頻雖然作用時(shí)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(jié)構(gòu),其力學(xué)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(jī)的不同組合,使其結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳狀態(tài)。

通過(guò)上述分析可得出,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的結(jié)論與室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)論基本一致。

表3 現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)總表

表4 室內(nèi)工藝參數(shù)總表

3.3 壓實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)與物理狀態(tài)間關(guān)系

由于中面層采用AC-20-Ⅰ型級(jí)配,此級(jí)配各級(jí)粒徑所占比例較均勻,因此可通過(guò)鉆芯取樣試件的物理狀態(tài)來(lái)描述其指標(biāo)變化。各路段現(xiàn)場(chǎng)取芯試件的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值均存在差異,現(xiàn)以路段一為例進(jìn)行分析。路段一共鉆取 6個(gè)芯樣,其密度、穩(wěn)定度數(shù)值差異均在允許范圍內(nèi)。現(xiàn)將壓實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)與物理指標(biāo)列表進(jìn)行對(duì)比分析。

由表中可看出,當(dāng)孔洞偏多(偏大)時(shí),其對(duì)應(yīng)空隙率數(shù)值較大,壓實(shí)度偏低,密度也較小,穩(wěn)定度較低;而當(dāng)孔洞處于中等狀態(tài)時(shí),其各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)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(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值變化。孔洞偏多(偏大)時(shí),對(duì)應(yīng)的均勻性較差,其各項(xiàng)指標(biāo)自然也較差;孔洞數(shù)量少而小時(shí),均勻性好,對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)也就較好。當(dāng)然也有個(gè)別試件評(píng)價(jià)時(shí)稍有差別,但總體規(guī)律存在,就是通過(guò)觀察取芯試件的物理狀態(tài)可獲知路面壓實(shí)結(jié)果是否符合要求。

圖1 密度、穩(wěn)定度、空隙率、壓實(shí)度柱面圖

表5 路段一試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

3.4 物理參數(shù)描述壓實(shí)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(shí)效果見(jiàn)表6。

表6 物理參數(shù)變化對(duì)指標(biāo)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(shí)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(shí)度提高。其變化規(guī)律也可從圖 2反映出來(lái)。

規(guī)范規(guī)定Ⅰ型級(jí)配,對(duì) AC-20-Ⅰ型,應(yīng)符合以下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表 7。

若V MA偏離規(guī)范要求值過(guò)大時(shí),其穩(wěn)定度、空隙率、壓實(shí)度均不符合要求;若 VFA小時(shí),其壓實(shí)評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求也存在一定難度。因此只有當(dāng)物理參數(shù)滿足規(guī)范要求時(shí),路段的壓實(shí)度才能符合要求。因此碾壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制尺度,盡量使各種指標(biāo)符合要求。而從現(xiàn)場(chǎng)取芯試件來(lái)看,碾壓工藝為二和四的路段,壓實(shí)度均≥98%,明顯高于實(shí)際施工單位碾壓工藝所達(dá)到的壓實(shí)度,說(shuō)明調(diào)整碾壓工藝可以提高壓實(shí)效果,因此,抗轍路面施工時(shí)應(yīng)采用的壓實(shí)工藝組合為工藝四。

表7 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求

圖2 物理參數(shù)變化對(duì)指標(biāo)的影響

4 結(jié) 論

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路不同工藝組合試驗(yàn)研究表明,通過(guò)調(diào)整碾壓工藝,能夠獲得理想的壓實(shí)效果,現(xiàn)場(chǎng)最佳振動(dòng)壓實(shí)工藝與室內(nèi)結(jié)論一致,即低頻高幅壓實(shí)效果最佳。因此,根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果選擇合理、高效的碾壓工藝、遍數(shù)、速度是提高壓實(shí)質(zhì)量的有效技術(shù)途徑。由此,推薦出嵌擠骨架—密實(shí)型瀝青混合料的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)工藝組合。

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