瀝青混合料壓實(shí)特性及瀝青路面碾壓遍數(shù)確定問(wèn)題分析

陳正勇

(貴州省銅仁路橋工程公司，貴州 銅仁 554000)

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瀝青混合料壓實(shí)特性及瀝青路面碾壓遍數(shù)確定問(wèn)題分析

陳正勇

(貴州省銅仁路橋工程公司，貴州 銅仁 554000)

針對(duì)瀝青混合料的壓實(shí)特性，分別對(duì)三種不同混合料的壓實(shí)特性進(jìn)行分析，并得出其壓實(shí)能量。在此基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械設(shè)備所能提供的壓實(shí)能量進(jìn)行估算，得出單臺(tái)單次碾壓壓實(shí)能量。最后在機(jī)械設(shè)備所能提供的壓實(shí)能量和混合料吸收相等的情況下，通過(guò)計(jì)算得出碾壓遍數(shù)，確定最佳的碾壓方案。

瀝青混合料；壓實(shí)特性；壓實(shí)能量；碾壓遍數(shù)

1 壓實(shí)特性

1.1 AC混合料

該混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看出，相比之下，粒徑相對(duì)較大的混合料較難進(jìn)行壓實(shí)，但伴隨壓實(shí)次數(shù)的不斷增加，混合料實(shí)際差異逐漸減小，在壓實(shí)到45次以后，混合料的壓實(shí)規(guī)律完全相同。想要實(shí)現(xiàn)最好的空隙率，AC混合料最少要壓實(shí)46次，不同粒徑混合料的壓實(shí)能量不存在太大差異，說(shuō)明此類混合料壓實(shí)特性較為相近。

圖1 AC混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系

1.2 SMA混合料

該混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出，這種混合料具有較好的可壓實(shí)性，因?yàn)榛旌狭袭?dāng)中含有一定量的瀝青，可對(duì)集料進(jìn)行有效潤(rùn)滑。想要實(shí)現(xiàn)最好的空隙率，需對(duì)其進(jìn)行擊實(shí)52次。

1.3 OGFC混合料

該混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系如圖3所示。由圖3可以看出，這種混合料較難進(jìn)行壓實(shí)，想要實(shí)現(xiàn)最好的空隙率，需對(duì)其進(jìn)行擊實(shí)54次。

圖2 SMA混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系

圖3 OGFC混合料的擊實(shí)次數(shù)和密實(shí)度之間的關(guān)系

2 壓實(shí)能量計(jì)算

為保證試驗(yàn)可靠性，選用標(biāo)準(zhǔn)的馬歇爾儀器，其擊實(shí)錘的質(zhì)量約4.5kg，擊實(shí)過(guò)程中，擊實(shí)錘會(huì)在457.2mm的高度自由下落，則對(duì)應(yīng)的擊實(shí)能量為

E0=mgh

(1)

式(1)中：E0代表?yè)魧?shí)能量(單次擊實(shí))，J；m代表?yè)魧?shí)錘的質(zhì)量，kg；g代表重力角速度，m/s2；h代表?yè)魧?shí)錘下落距離，m。通過(guò)計(jì)算，E0為20.3J。從試驗(yàn)要求角度講，擊實(shí)成型的次數(shù)為75次，然而混合料當(dāng)中存在許多空隙，在對(duì)某一面進(jìn)行擊實(shí)時(shí)，另外一面會(huì)吸收相同的擊實(shí)能量，和當(dāng)前的擊實(shí)面相距較遠(yuǎn)，因此吸收到的擊實(shí)能量會(huì)降低，更多的能量會(huì)消耗在空隙上。試件成型時(shí)的擊實(shí)總功為

EJ=nE0

(2)

式(2)中：EJ代表?yè)魧?shí)作用帶來(lái)的能量總值，kJ；n代表?yè)魧?shí)的次數(shù)；E0代表?yè)魧?shí)能量(單次擊實(shí))，J。通過(guò)計(jì)算，EJ為1.524kJ。這些能量并不會(huì)被混合料完全吸收，如果空隙率的目標(biāo)確定為4%，則SMA混合料至少需要擊實(shí)43次，通過(guò)計(jì)算，擊實(shí)到目標(biāo)空隙率的總能量為873.9J；而AC混合料至少需要擊實(shí)46次，擊實(shí)到目標(biāo)空隙率的總能量為934.9J。

3 壓實(shí)能量與瀝青路面碾壓遍數(shù)確定

3.1 壓實(shí)能量

(1)攤鋪機(jī)械

施工中使用攤鋪機(jī)進(jìn)行振搗，可使路面平整，還能起到一定預(yù)壓實(shí)作用，存在初始?jí)簩?shí)度。為分析攤鋪機(jī)械的壓實(shí)能量，使用PQI301儀器進(jìn)行測(cè)試。攤鋪施工完成后，路面混合料的壓實(shí)度可以達(dá)到最佳狀態(tài)的90%，由此可以看出攤鋪振搗的重要作用。

通過(guò)相應(yīng)的擊實(shí)試驗(yàn)得知，在對(duì)混合料進(jìn)行雙面擊實(shí)以后，不同粒徑混合料實(shí)際壓實(shí)度均可達(dá)到最佳狀態(tài)的90%，計(jì)算后得出攤鋪機(jī)械提供的壓實(shí)能量為304.9J。

(2)振動(dòng)壓路機(jī)

振動(dòng)壓路機(jī)在混合料攤鋪完成后的碾壓施工中經(jīng)常使用，其壓實(shí)作用主要由自重及鋼輪振動(dòng)形成。對(duì)于瀝青混合料路面，經(jīng)常使用的振動(dòng)壓路機(jī)自身重量通常為7～18t，鋼輪所能提供的激振力大約為15～30t，主要分成單路和雙輪兩大類型。

壓實(shí)過(guò)程中，振動(dòng)壓路機(jī)的鋼輪會(huì)對(duì)混合材料施加一定激振作用，促進(jìn)顆粒進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，重新排列顆粒，使材料變得更加密實(shí)。根據(jù)振動(dòng)基本理論，振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)混合料施加的激振能量為

(3)

(3)輪胎壓路機(jī)

與振動(dòng)壓路機(jī)相同，輪胎壓路機(jī)也是利用自重完成壓實(shí)。不同點(diǎn)在于，輪胎壓路機(jī)可以對(duì)混合料進(jìn)行揉搓，提供水平與豎直做功，促使顆粒運(yùn)動(dòng)，重新排列，提升混合料壓實(shí)度。由于輪胎壓路機(jī)提供的水平作用力很難定量計(jì)算，所以在計(jì)算壓實(shí)能量時(shí)僅考慮豎直作用力。

輪胎壓路機(jī)的壓實(shí)能量為

EL=Fh

(4)

式(4)中：EL代表輪胎壓路機(jī)的壓實(shí)能量，J；F代表輪胎的質(zhì)量，kg；h代表混合料在碾壓后的高度變化值。以XP260輪胎壓路機(jī)為例，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量其h為0.04 cm，通過(guò)計(jì)算，其EL為104J。而XP301輪胎壓路機(jī)的EL為120 J。

3.2 瀝青路面碾壓遍數(shù)確定

在瀝青混合料路面的施工過(guò)程中，如果現(xiàn)有混合料切實(shí)達(dá)到密實(shí)所需要的壓實(shí)能量，以及碾壓機(jī)械設(shè)備(攤鋪機(jī)械、振動(dòng)壓路機(jī)以及輪胎壓路機(jī)等)碾壓一遍被混合料吸收的能量，假設(shè)碾壓n遍以后，碾壓機(jī)械設(shè)備所能提供的所有能量和瀝青混合料達(dá)到密實(shí)狀態(tài)所需的能量相等，則說(shuō)明此時(shí)路面已經(jīng)達(dá)到了最佳密實(shí)狀態(tài)，碾壓施工結(jié)果，隨后即可確定碾壓的遍數(shù)。

以AC混合料為例，如果工程施工中同時(shí)選用振動(dòng)壓路機(jī)(標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型：DD130)與輪胎壓路機(jī)(標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型：XP301)，則有

EAC=ET+n1EDD130+n2EXP301

(5)

式(5)中：n1代表振動(dòng)壓路機(jī)的施工碾壓遍數(shù)；n2代表輪胎壓路機(jī)的施工碾壓遍數(shù)；EDD130為129.5J；EAC為934.9J；EXP301為120J。通過(guò)計(jì)算，n1、n2有兩種組合方式，n1分別為：n2為2、為4；n1、n2均為3。這兩種組合方式都是可行的，但按照工程經(jīng)驗(yàn)，建議選擇n1為2、n2為4的組合，即為振動(dòng)碾壓2遍、輪胎碾壓4遍。

4 總 結(jié)

(1)通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，獲得不同瀝青混合料對(duì)應(yīng)的壓實(shí)能量；

(2)相同混合料的壓實(shí)能量保持一致，SMA混合料具有較好的可壓實(shí)性；

(3)充分結(jié)合試驗(yàn)和檢測(cè)，得出不同機(jī)械設(shè)備的壓實(shí)能量；

(4)在機(jī)械設(shè)備所能提供的壓實(shí)能量和混合料吸收相等的情況下，通過(guò)計(jì)算得出碾壓遍數(shù)。

[1] 李漢光,高英,余文斌. 瀝青混合料壓實(shí)特性及瀝青路面碾壓遍數(shù)確定[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,10(1):186-189.

[2] 蔣瑋,沙愛(ài)民,裴建中,肖晶晶. 多孔瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)特性[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,12(5):11-16.

[3] 張建偉. 瀝青路面面層壓實(shí)影響因素及壓實(shí)質(zhì)量控制方法[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2013,7(9):184-187.

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2016-06-28

陳正勇(1985-)，男，貴州思南人，助理工程師，研究方向：道路橋梁工程。

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