鋼輪碾壓工藝對SMA瀝青路面質(zhì)量的影響

卞加前

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

鋼輪碾壓工藝對SMA瀝青路面質(zhì)量的影響

卞加前

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

瀝青路面施工壓實質(zhì)量直接關(guān)系到路面的使用壽命。文章對比分析了鋼輪壓路機噴灑水及不灑水高效碾壓施工工藝對SMA瀝青路面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，采用不灑水高效碾壓工藝的路面壓實度、滲水系數(shù)、外觀及平整度等技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于噴灑水碾壓工藝，值得在我國西北等水資源匱乏地區(qū)工程建設(shè)中推廣應(yīng)用。

鋼輪碾壓；灑水碾壓；高效碾壓；SMA瀝青路面

隨著我國交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，高速公路通車?yán)锍萄杆僭黾?；“十二五”發(fā)展規(guī)劃提出至2015年高速公路通車?yán)锍桃黄?1萬km［1］。通過對已有部分瀝青路面路況調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，局部路段在通車幾年后即出現(xiàn)不同程度的唧漿、車轍等病害現(xiàn)象，病害嚴(yán)重區(qū)域已影響行車的舒適性和安全性。出現(xiàn)該類現(xiàn)象跟瀝青路面混合料級配和施工工藝控制水平等因素有關(guān)，但最主要的問題是路面局部未得到較好的壓實所致。本文通過巴基斯坦國道主干線N5工程項目實踐，采用鋼輪不噴灑水高效碾壓和噴灑水碾壓分別進(jìn)行試驗段鋪筑，分析評價2種碾壓工藝對SAM瀝青路面質(zhì)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噴灑水碾壓工藝存在不足，驗證了不灑水高效碾壓對SMA瀝青路面施工質(zhì)量的可控性，提出了以不灑水高效碾壓作為SMA瀝青路面的碾壓工藝，為道路工程建養(yǎng)提供技術(shù)支持。

1 SMA瀝青路面的碾壓工藝

由于膠輪壓路機的輪胎搓揉會導(dǎo)致瀝青瑪蹄脂上浮，且經(jīng)膠輪碾壓易導(dǎo)致鋪面構(gòu)造降低及泛油現(xiàn)象，因此SMA瀝青路面施工一般不采用膠輪壓路機碾壓而采用鋼輪壓路機［2］。

1.1 鋼輪噴灑水碾壓

目前，SMA瀝青路面施工碾壓時，均采用噴灑水方式，以解決碾壓時的黏輪問題，但灑水會對瀝青混合料施工溫度造成較大的影響，鋪面較難達(dá)到理想的壓實效果。碾壓后混合料表層連通孔隙較多、較大，局部噴灑水集中部位空隙甚至連通整個SMA鋪面結(jié)構(gòu)，該部位密實度較其它部位存在一定的差異，壓實不足對瀝青路面的使用性能產(chǎn)生了不利影響。

1.2 鋼輪不灑水高效碾壓

施工碾壓時，用適量的專用植物脂防水隔離液涂抹鋼輪，使之達(dá)到不黏輪效果。該裝置以中輥筒外設(shè)纖維或棉麻布，安裝于前后鋼輪上方，由液壓缸控制與鋼輪觸離，通過液壓系統(tǒng)將隔離液噴于滾筒上，對鋼輪實施自動滾涂作業(yè)，見圖1。經(jīng)過試驗研究，瀝青混合料能夠在高溫狀態(tài)下得到有效碾壓，碾壓成型的SMA鋪面表面幾乎無連通空隙，密實度較噴水碾壓有一定提高。

圖1 隔離液涂抹裝置圖

2 試驗段研究

巴基斯坦國道主干線N5工程，部分路段鋪筑了SMA16瑪蹄脂瀝青碎石，本文針對路面結(jié)構(gòu)的特點，對鋼輪壓路機噴灑水碾壓和不灑水高效碾壓（采取滾涂隔離液）的2種碾壓工藝進(jìn)行現(xiàn)場研究。其中K530+200～K531+500上行線試驗段Ⅰ采用雙鋼輪噴灑水工藝碾壓，對 K525+800～K527+000上行線試驗段Ⅱ采用鋼輪不灑水高效碾壓方式。試驗段研究中，采取瀝青路面結(jié)構(gòu)的常規(guī)控制參數(shù)如壓實度、厚度、滲水系數(shù)、構(gòu)造深度、平整度、外觀質(zhì)量等對2種碾壓工藝進(jìn)行檢測與評價，并在項目現(xiàn)場建立了后期觀測站，以長期觀測試驗路段的路用性能。

2.1 室內(nèi)試驗

2.1.1 SMA16級配及瀝青用量

課題組采用燃燒法［3］對所拌和的SMA16瀝青混合料進(jìn)行取樣檢測，檢測結(jié)果顯示，2個碾壓段落的混合料級配及瀝青含量基本一致。試驗結(jié)果見表1。

2.1.2 SMA16瀝青混合料體積指標(biāo)

SMA16瀝青混合料的室內(nèi)馬歇爾試驗結(jié)果見表2。數(shù)據(jù)表明，2個試驗段的SMA16瀝青混合料的體積指標(biāo)基本一致，均滿足設(shè)計要求瀝青混合料不存在較大變異現(xiàn)象。

2.2 現(xiàn)場檢測

本項目所采用的集料為戈壁灘礫石，屬于灰?guī)r類材料，其抗壓碎能力較差。為避免鋼輪大幅振動碾壓導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層骨料破碎，兩段SMA16瀝青混合料試驗段均采用雙鋼輪組合式碾壓工序，即初壓為前靜后退振壓1遍，復(fù)壓均采用弱振+靜壓4遍，終壓為靜壓1遍。本次試驗段施工在新鋪筑的AC20型瀝青路面中面層上，其基層表面平整度基本一致，具有一定的代表性。為了使檢測數(shù)據(jù)更具表征性，特采取定距離、定點、定位的網(wǎng)格法檢測，以減小檢測中可能存在的偏差。

表1 2組SMA16混合料級配及瀝青含量檢測結(jié)果

表2 瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

2.2.1 厚度

課題組采用現(xiàn)場取芯法對厚度進(jìn)行檢測，結(jié)果見圖2。檢測結(jié)果表明，試驗段Ⅰ的厚度普遍存在稍偏厚現(xiàn)象。2個試驗段的厚度代表值僅相差0.84mm，但試驗段Ⅰ厚度的標(biāo)準(zhǔn)偏差比試驗段Ⅱ厚度的標(biāo)準(zhǔn)高偏差大1.33，說明試驗段Ⅰ的厚度偏離設(shè)計值較大點，而試驗段Ⅱ厚度基本一致。

本文標(biāo)題，取意于宋代無名氏的《一剪梅·漠漠春陰酒半酣》最后一句：“篝燈強把錦書看。人在江南，心在江南”。此時的作者，在“江南”耶、不在耶？——所謂“錦書”指夫妻間書信，傳情遞意，且要“篝燈強看”，那般地眷戀、向往、思念，是全詞情意落位的重心點。

2.2.2 壓實度

壓實度與厚度檢測同步進(jìn)行，其測點相一致。壓實度是路面結(jié)構(gòu)層質(zhì)量的主要參數(shù)，也是路面使用性能最關(guān)鍵的指標(biāo)，如果施工時壓實不到位，易導(dǎo)致路面形成壓密性車轍病害。壓實檢測結(jié)果見表3，由表3可以看出，試驗段Ⅰ和試驗段Ⅱ的密實度存在較為明顯的差別，兩段的馬歇爾及理論壓實度平均值和代表值的分別相差1.0%和0.9%；試驗段Ⅰ馬歇爾壓實度最大值和最小值分別為99.2%和97.4%，3個點壓實度低于98%，其最大理論壓實度的最大值和最小值分別為95.0%和93.3%，其中有4個點位低于94%；試驗段Ⅱ的馬歇爾壓實度最大值和最小值分別為100.2% 和98.7%，其最大理論壓實度的最大值和最小值分別為95.9%和94.5%。結(jié)果表明，試驗段Ⅰ比試驗段Ⅱ的壓實度低，采用鋼輪不灑水高效碾壓較鋼輪噴灑水碾壓工藝有明顯的優(yōu)勢。從芯樣的表觀看，鋼輪噴灑水碾壓工藝易導(dǎo)致瀝青路面表面約2 cm厚殘留連通空隙，該層位區(qū)域的密實度存在嚴(yán)重不足，說明噴灑水碾壓對瀝青路面的壓實效果存在一定的影響。

圖2 厚度檢測結(jié)果

2.2.3 滲水系數(shù)

滲水系數(shù)是瀝青路面的重要指標(biāo)之一，路面滲水易導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)水損病害，雖然項目所在地常年無雨，但還需強化滲水系數(shù)的控制。經(jīng)檢測試驗段Ⅰ的滲水系數(shù)最大值達(dá)320 mL/min（此點距路肩70 cm），最小值為15 mL/min，平均值為105.4 mL/ min。試驗段Ⅱ的滲水系數(shù)最大值為143 mL/min（此點距路肩70 cm），最小值為0 mL/min，幾乎不滲水，平均值為43.9 mL/min。從檢測結(jié)果（見表3）看，試驗段Ⅰ的滲水系數(shù)有8個點超出了100 mL/min，其中大于200 mL/min的有2個點，其它點基本均在40～90 mL/ min，40 mL/min以下點位較少，而試驗段Ⅱ的滲水系數(shù)超過100mL/min的僅2個點，未出現(xiàn)大于150 mL/ min的點位，且局部不滲水。結(jié)果表明，SMA16瀝青路面結(jié)構(gòu)層試驗段Ⅰ表面開口空隙及連通空隙較大，試驗段Ⅱ表面較為均勻密實。

2.2.4 平整度

平整度采用國際平整度指數(shù)IRI表征，檢測1 km路段，每20 m一個測值，結(jié)果見表3。試驗段SMA瀝青路面平整度指數(shù)均較為理想。試驗段Ⅰ的6個區(qū)域最大值為1.4，5個區(qū)域部位最小值為0.8，2個車道平均值分別為1.098和1.12。試驗段Ⅱ的最大值僅1個點位為1.4，11個區(qū)域部位的最小值為0.8，2個車道平均值分別為1.008和1.028。從檢測結(jié)果曲線圖看，試驗段Ⅰ較試驗段Ⅱ的平整度指數(shù)IRI的偏差大，這種現(xiàn)象表明，SMA瀝青混合料鋪面在噴灑水后局部溫度降低較快，較難碾壓到最佳效果，噴灑水碾壓對瀝青結(jié)構(gòu)層的平整度產(chǎn)生了一定的影響。

表3 滲水系數(shù)檢測結(jié)果

圖3 試驗段Ⅰ、Ⅱ平整度指數(shù)IRI曲線圖

經(jīng)測試，試驗段Ⅰ和試驗段Ⅱ的均值分別為1.045 mm和1.035 mm，其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.100%和0.067%。2個試驗段檢測值基本一致。

2.2.6 外觀質(zhì)量

采取目測方法對試驗段Ⅰ、Ⅱ進(jìn)行現(xiàn)場觀測，試驗段Ⅰ表面水銹跡嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)層表面部分骨料棱角被磨損，較多骨料被碾壓破碎。澆水觀察發(fā)現(xiàn)，水從表層的連通空隙流走，尤其是距邊50 cm以外處局部出現(xiàn)快速滲水現(xiàn)象。試驗段Ⅱ表面幾乎無污染，層面未發(fā)現(xiàn)骨料被壓碎現(xiàn)象，澆水觀察發(fā)現(xiàn)，水僅從表面向低端流動，邊部50 cm處未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

3 2種碾壓工藝評價

針對SMA瀝青路面施工的鋼輪壓路機噴灑水碾壓和不灑水高效碾壓工藝進(jìn)行的試驗研究，結(jié)果表明，鋼輪壓路機噴灑水碾壓的路面關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均較不灑水高效碾壓稍差。

（1）試驗段路面壓實度表明，灑水碾壓的馬歇爾及最大理論壓實度的平均值和代表值分別較高效碾壓相差約1.0%和0.9%。

（2）試驗段落的滲水系數(shù)顯示，采用鋼輪噴灑水碾壓路段滲水系數(shù)的普遍高于不灑水高效碾壓的滲水系數(shù)，尤其是路肩側(cè)，噴灑水碾壓后個別點位超過了規(guī)范200 mL/min的要求。

（3）在碾壓過程中，由于碾壓折返時局部噴灑水集中，導(dǎo)致平整度也受到一定的影響。

（4）從碾壓成型后路面的外觀質(zhì)量看，鋼輪噴灑水碾壓后水銹跡嚴(yán)重，有部分骨料棱角被磨破，較多骨料被碾壓破碎，表面連通空隙較多，距邊50 cm以外處滲水速度較快。

（5）由鋪面碾壓后的厚度看，噴灑水碾壓稍高于不灑水高效碾壓段落區(qū)域。由于噴灑水碾壓對壓實密度有一定影響，導(dǎo)致厚度偏厚；2個試驗段落的構(gòu)造深度基本一致。

4 結(jié)語

碾壓是瀝青路面施工中非常重要的一個環(huán)節(jié)，我國瀝青路面發(fā)生的早期損壞，經(jīng)常是由于壓實不足造成的。鋼輪壓路機碾壓作業(yè)時所噴灑的水均滲透入混合料內(nèi)部，混合料冷卻快較難壓實，如果加大振功易導(dǎo)致鋪面的結(jié)構(gòu)受到破壞，該種碾壓工藝對瀝青路面的使用性能與耐久性易產(chǎn)生不利影響。本文通過碾壓后路面關(guān)鍵參數(shù)試驗研究發(fā)現(xiàn)，鋼輪噴灑水后瀝青層鋪面快速降溫，局部壓實不夠理想，易導(dǎo)致成型后的瀝青路面出現(xiàn)早期車轍、剝落、坑槽、疲勞開裂等病害，最終影響路面使用耐久性。

噴灑水碾壓也一定程度上造成水資源的浪費，在我國西北等水資源缺乏地區(qū)及水損害嚴(yán)重區(qū)域，應(yīng)采取不灑水高效碾壓工藝，不僅可節(jié)約水資源，還可提高路面壓實度0.6%～1.2%，提高平整度指數(shù)IRI 約0.2，鋪面幾乎不滲水，路面質(zhì)量均勻一致，路用性能及耐久性均有所提高。

［1］中華人民共和國交通運輸部.交通運輸部“十二五”發(fā)展規(guī)劃［EB/0L］.［2015-05-19］http://www.moc.gov.cn/zhuanti zhuanlan/jiaotongguihua/shierwujiaotongyunshufazhanguihua/

［2］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會公路工程委員會 公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術(shù)指南［M］.北京：人民交通出版社，2002：47-48.

［3］JTG E20—2010公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

［4］JTG E60—2008公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程［S］.

［5］JTG E40—2005公路工程集料試驗規(guī)程［S］.

Effect of Steel Wheel Compaction Process on SMA Asphalt Pavement Quality

Bian Jiaqian
（JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Asphalt pavement construction quality directly relates to the service life of pavement. This paper compares the different rolling process with watering and without watering using steel roller. The influence of the different compaction technologies on the quality of SMA pavement is investigated. The results show that the technical indicators using rolling process without watering are better than with watering， such as compatness， water permeability coefficient appearance and evenness. And the compaction process without watering is proposed for engineering in the northwest area that lack of water resources.

steel wheel rolling； rolling with watering； efficient compaction； SMA pavement

U415.6

B

1672-9889（2016）01-0028-04

卞加前（1968-），男，江蘇沭陽人，高級工程師，主要從事道路與橋梁的科研及技術(shù)咨詢工作。

2015-05-19）