瀝青路面壓實(shí)度變異性和施工質(zhì)量控制研究

周少賢

（中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西西安 710000）

由于瀝青路面可以回收利用，養(yǎng)護(hù)比較方便，也比較利于人們行車(chē)，車(chē)輛運(yùn)行會(huì)比較平穩(wěn)舒適，相對(duì)于混凝土路面，其行車(chē)噪聲較低，因此，我國(guó)在公路建設(shè)中非常推崇瀝青路面，在我國(guó)公路中占去了相當(dāng)大的比重，尤其是高速公路，其路面基本上都采用瀝青路面［1］。在各種不同瀝青混合料、集料組成的瀝青路面中，例如AC、OGFC、SMA、ATB等瀝青路面的實(shí)際建設(shè)和科研中，相關(guān)施工人員、技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員研發(fā)并實(shí)踐了很多種不同的切實(shí)可行、合理有效的原料選擇方案、瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方案、施工全過(guò)程中的質(zhì)量控制方案，因此也使得我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)方面的技術(shù)發(fā)展和規(guī)范建設(shè)取得了長(zhǎng)足可喜的成果。近年來(lái)，涌現(xiàn)出大量新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料和新設(shè)備，并且廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，使我國(guó)高等級(jí)公路瀝青路面施工技術(shù)得到了空前發(fā)展，其水平已躋身于世界前列。

1 瀝青路面壓實(shí)度的重要性

瀝青路面要在道路上發(fā)揮良好的性能，要求瀝青混合料在攤鋪和碾壓后具有較高的密度和良好的平整度，并且面層還具有良好的防滑能力。這些特性直接決定了瀝青路面的承載能力、耐久性、駕駛舒適性和安全性［2］。

瀝青混合料的壓實(shí)過(guò)程是降低瀝青混合料中的孔隙率，使固體顆粒在瀝青介質(zhì)中重新包裝和重新定位，形成更密集、更有效的顆粒排列的過(guò)程。瀝青路面必須具有良好的道路性能，除了具有合格的混合料外，還必須具有良好的壓實(shí)性，否則，即使使用優(yōu)質(zhì)的原材料和精心設(shè)計(jì)的混合料，也不可避免地會(huì)影響瀝青路面的性能。

壓實(shí)良好的路面具有比較強(qiáng)的承載能力，這是防止早期壓實(shí)車(chē)轍形成的有力措施之一。如果形成后的瀝青面層孔隙率過(guò)大，降水容易滲入結(jié)構(gòu)層，對(duì)瀝青路面造成水害。路面的大孔隙率也有利于空氣進(jìn)入結(jié)構(gòu)層，加速了瀝青的老化，使瀝青路面容易開(kāi)裂、松動(dòng)，直接影響路面的使用壽命。當(dāng)然，壓實(shí)度也并非越高越好，過(guò)度壓實(shí)使瀝青混凝土孔隙率過(guò)小，面層容易產(chǎn)生車(chē)轍和推力破壞。尤其是表層孔隙率過(guò)小，容易造成表層油淹，顯著降低防滑性能，給行車(chē)安全帶來(lái)隱患。良好的壓實(shí)度是防止過(guò)早損壞、延長(zhǎng)路面壽命和提高路面使用性能的關(guān)鍵因素。因此，壓實(shí)度被認(rèn)為是影響瀝青路面性能的最重要因素。

2 壓實(shí)工藝的選擇

適當(dāng)?shù)哪雺汗に?，即合理的機(jī)械組合和足夠的碾壓道次是瀝青混合料良好壓實(shí)的保證，路面孔隙率的大小和可變性通常被用作評(píng)估壓實(shí)過(guò)程質(zhì)量的指標(biāo)。壓實(shí)良好的路面必然要求路面空隙率分布均勻，既不欠壓又不過(guò)壓。在貴州一些高速公路瀝青面層施工質(zhì)量監(jiān)控的過(guò)程中，利用瀝青路面質(zhì)量指示儀（PQI）代替鉆芯法，用于檢測(cè)評(píng)定路面空隙率，并對(duì)下面層AC-25瀝青混合料路進(jìn)行了檢測(cè)［3］。通過(guò)對(duì)高速公路部分路面標(biāo)段的壓實(shí)度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，確定瀝青路面AC-25混合料的壓實(shí)工藝，同是高性能瀝青路面，中面層的空隙率均值比下面層要大，這主要是因?yàn)橹忻鎸硬捎玫氖荢BS改性瀝青，對(duì)壓實(shí)的溫度、壓實(shí)設(shè)備和碾壓遍數(shù)要求更高，就采用同樣的壓實(shí)工藝而言，中面層更難以壓實(shí)。而對(duì)于AC-13 上面層來(lái)說(shuō)，雖然也使用的是SBS改性瀝青，但由于壓實(shí)層較薄，壓實(shí)時(shí)主要采用振動(dòng)壓路機(jī)振壓，因此上面層空隙率較小。另外，鉆芯芯樣實(shí)測(cè)空隙率的變異系數(shù)相比使用PQI測(cè)定的空隙率變異系數(shù)較大，這主要是因?yàn)殂@芯取樣是隨機(jī)取點(diǎn)，而PQI測(cè)定空隙率時(shí)，采用在行車(chē)道輪跡帶下等距離選點(diǎn)測(cè)量，相對(duì)而言，這些地方壓實(shí)較均勻。

3 壓實(shí)度影響因素分析

3.1 碾壓工藝的影響

首先，應(yīng)有足夠的壓實(shí)遍數(shù)以保證混合料能被良好壓實(shí)。碾壓遍數(shù)對(duì)壓實(shí)度會(huì)產(chǎn)生直接影響，在碾壓初始階段，壓實(shí)度會(huì)明顯增長(zhǎng)，當(dāng)壓實(shí)度增長(zhǎng)到一定程度后，便增長(zhǎng)緩慢（見(jiàn)圖1）。圖1所示4個(gè)壓實(shí)點(diǎn)采用的碾壓方案為：初壓采用18t 鋼輪壓路機(jī)靜壓1 遍；復(fù)壓采用18t雙鋼輪壓路機(jī)振壓2遍，XP301輪胎壓路機(jī)靜壓6遍；終壓采用16t鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍，總壓實(shí)遍數(shù)10遍。

圖1 空隙率隨碾壓遍數(shù)變化圖

其次，壓實(shí)設(shè)備組合對(duì)壓實(shí)度的影響。鋼輪壓路機(jī)依靠其強(qiáng)大的振動(dòng)力把瀝青混合料碾壓密實(shí)，而輪胎壓路機(jī)的壓實(shí)是搓揉壓實(shí)，通過(guò)膠輪的搓揉作用使混合料骨架重新排列而密實(shí)。

從圖1 中可以看出，振動(dòng)壓路機(jī)2 遍振壓后，空隙率呈明顯減小趨勢(shì)。而當(dāng)輪胎壓路機(jī)開(kāi)始碾壓時(shí)，空隙率反而出現(xiàn)增大的情況。這主要由于輪胎壓路機(jī)的壓實(shí)是搓揉壓實(shí)，輪胎之間有輪隙，剛開(kāi)始碾壓的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)壓路機(jī)碾壓過(guò)的瀝青面層中已經(jīng)處于初步穩(wěn)定狀態(tài)的混合料顆粒上下左右移動(dòng)，產(chǎn)生推移和擠起的現(xiàn)象，結(jié)果造成壓實(shí)度暫時(shí)下降的情況。但隨著碾壓遍數(shù)的增多，壓實(shí)度又緩慢地上升。壓實(shí)機(jī)理不同的壓實(shí)設(shè)備間的組合，對(duì)壓實(shí)效果會(huì)造成不可忽視的影響。

3.2 壓路機(jī)本身的技術(shù)參數(shù)的影響

對(duì)于膠輪壓路機(jī)來(lái)說(shuō)，影響壓實(shí)效果的因素主要是壓路機(jī)的自重、輪胎的氣壓以及壓路機(jī)的灑水系統(tǒng)［4］；對(duì)于振動(dòng)壓路機(jī)，影響瀝青路面壓實(shí)效果的技術(shù)參數(shù)主要有自重、振幅、振頻、碾壓速度等，如圖2所示。

圖2 壓路機(jī)本身的技術(shù)參數(shù)的影響

3.3 施工時(shí)混合料溫度的影響

攤鋪溫度、初壓溫度、再壓縮溫度和終壓溫度四階段溫度指標(biāo)的變化對(duì)壓實(shí)度有較大影響。作為粘彈性溫度傳感器，溫度越高，瀝青混合料的塑性越大。在一定范圍內(nèi)，溫度越高，混合料越容易壓實(shí)，平均壓實(shí)度越高。然而，隨著溫度的升高，混合物本身的溫度變化也會(huì)增加，這會(huì)轉(zhuǎn)化為壓實(shí)程度的變化［5］。

3.4 壓實(shí)層厚度的影響

在碾壓工藝和碾壓溫度相同的情況下，在一定范圍內(nèi)，鋪設(shè)較厚的瀝青層，可以使材料受熱時(shí)間更長(zhǎng)，為碾壓提供更多時(shí)間。瀝青混合料的壓實(shí)不同于其他土工材料如道路填土、水泥穩(wěn)定的礫石基層等。在一般的巖土材料中，壓實(shí)程度隨著壓實(shí)層厚度的增加而降低，但瀝青混合料的情況并非如此。當(dāng)瀝青混合料的壓實(shí)厚度較小時(shí)，瀝青混合料的溫度迅速消散，瀝青混合料沒(méi)有足夠的移動(dòng)空間實(shí)現(xiàn)顆粒嵌入，壓實(shí)效果變差。但壓實(shí)層的厚度不宜過(guò)大，否則會(huì)降低有效壓實(shí)功，壓實(shí)程度會(huì)降低［6］。

3.5 環(huán)境溫度對(duì)壓實(shí)度的影響

環(huán)境溫度低，則攤鋪、碾壓過(guò)程中瀝青混合料溫度損失較大，溫度下降較快，混合料碾壓時(shí)必然要消耗更多的壓實(shí)功，更難以壓實(shí)。若溫度損失過(guò)大，可能會(huì)造成空隙率過(guò)大而壓不實(shí)的情況［7］。

3.6 混合料離析對(duì)壓實(shí)度變異性的影響

熱拌瀝青混合料由于粗、細(xì)集料動(dòng)力特性存在差異，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪過(guò)程中操作不當(dāng)會(huì)造成混合料中粗、細(xì)集料分布不均，形成級(jí)配離析［8］。粗骨料集中區(qū)域?yàn)r青路面的瀝青含量低、空隙率較大；而細(xì)集料集中區(qū)域?yàn)r青路面的瀝青含量大、空隙率較小。這兩種情況均會(huì)增大壓實(shí)度的變異性。

4 壓實(shí)度變異性的控制措施

碾壓是瀝青路面施工的最后一道工序，也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，為保證壓實(shí)質(zhì)量，施工中可采取如圖3所示的技術(shù)措施。

圖3 壓實(shí)度變異性的控制措施

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面要具有良好的路用性能，則要求瀝青混合料經(jīng)過(guò)攤鋪、碾壓后密實(shí)度高、平整性好，表面層還應(yīng)具有良好的抗滑能力。這些性能直接決定瀝青路面的承載能力、耐久性、行車(chē)舒適性及安全性。本文系統(tǒng)分析了壓實(shí)度的影響因素，提出了壓實(shí)度變異性的控制措施。