（林业工程专业论文）沥青混凝土压实工艺的研究.pdf

摘要 随着我国公路运输业的不断发展，现代化汽车运输对路面的使用性能提出 了更高的要求。在工程实践的过程中发现有些公路沥青路面不同程度地存在稳 定度偏低与早期损坏现象。经分析，压实质量和压实工艺对于保证沥青路面的 使用性能有决定性意义。由于我国目前没有碾压工艺指南，大部分工地又缺乏 有效的工艺试验，存在碾压工艺不适当而造成碾压不足的现象。 本文提出了压实工艺与沥青混凝土压实特性相协调的观点，并从压实工艺 和沥青压实特性两个方面对沥青层的压实工艺进行了较系统的研究。研究表明， 相同级配的沥青混合料采用不同的振动成型参数。所获得的密实度是不同的。 在最佳振动成型参数下，可以获得较马歇尔成型方式更大的密实度。随着密实 度的提高，沥青混凝土某些力学性能也随之提高。试验还表明，不同级配沥青 混合料的最佳振动压实工艺是不同的。为改善现有沥青混凝土路面面层的施工 碾压工艺提供了基础。 在室内试验结果的基础上，通过调整现场施工碾压工艺，在能够满足马歇 尔标准的施工工艺的基础上，通过调整碾压工艺可以提高沥青路面的压实度， 进而也为针对不同的混合料类型选择合适的碾压工艺和提高压实质量提供了依 据。 关键词：沥青混凝土；路面使用性能；最佳振动工艺；压实质量 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr o a dt r a n s p o r t m o d e ma u t o m o b i l e sd e m a n dh i g h e r u s ef u n c t i o n b u ti np r a c t i c ea s p h a l tp a v e m e n to ff r e e w a yo c c u r se a r l yd a m a g ei n v a r y i n gd e g r e e s t h r o u g ha n a l y s i st h em a i nr e a s o ni si n a d e q u a t ec o m p a c t i o no f a s p h a l tp a v e m e n tw h i c hp r e s e n t st w oa s p e c t o n ei sc o m p a c t i o nq u a l i t y , t h eo t h e ri s c o m p a c t i o nt e c h n o l o g ya n dl a c k i n go fe f f e c t i v et e c h n o l o g ye x p e r i m e n ti nm o s t w o r k s h o ps e c t i o n s ，e x i s t si m p r o p e rc o m p a c t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hr e s u l t si n i n a d e q u a t ec o m p a c t i o n t h ea r t i c l ep r e s e n t st h ev i e wt h a tc o m p a c t i o nt e c h n o l o g yc o r r e s p o n dw i t h c o m p a c t i o nc h a r a c t e r i s t i co fa s p h a l tc o n c r e t e a n di th a v eb e e ns y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d i ti sr e s e a r c h e d ，w h e nt h es a m et y p eb i t u m i n o u sc o n c r e t ei sc o m p a c t e dw i t h d i f f e r e n tv i b r a t o rb e h a v i o r s ，t h e i rd e n s i t i e sa r ed i f f e r e n t w i t ht h ef i r s t - r a t ep r o p e r t y o fv i b r a t o r yc o m p a c t i o n ，t h ed e n s i t yo fb i t u m i n o u sc o n c r e t ei sl a r g e rt h a nm a r s h a l l s a n ds o m em e c h a n i c a lf u n c t i o n so fa s p h a l tm i x e ra r ei m p r o v e da st h ed e n s i t i e sr i s e w ek n o wt h a tv a r i e dg r a d eo fa s p h a l tm i x e rh a sd i f f e r e n tt h ef i r s t - r a t ep r o p e r t yo f v i b r a t o r yc o m p a c t i o n ，w h i c hp r o v i d e st h eb a s i sf o r i m p r o v i n gc o m p a c t i o n t e c h n o l o g yo fa s p h a l t p a v e m e n t 0 nt h eb a s i so ft h e e x p e r i m e n tr e s u l t a d j u s t i n gt h ep r o p e r t yo fv i b r a t o r y c o m p a c t i o ni nc o n s t r u c t i o ns i t e w h i c ht e s t st l l a tt l l er e s u l tc o m i n gf r o ma b o v e s u r f a c ev i b r a t i n gc o m p a c t o ri sf e a s i b l e o nt h eb a s i so fm e e t i n gm a r s h a l l ss t a n d a r d t e c h n o l o g y , t h ed e g r e e o fc o m p a c t i o nc a l lb ea d v a n c e d t h r o u g hr e g u l m i n g c o m p a c t i o nt e c h n o l o g y , w h i c ha l s op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o rs e l e c t i n gf i tp r o p e r t y o f v i b r a t o r yc o m p a c t i o na n di m p r o v i n gt h eq u 鲥i t yo f c o m p a c t i o n k e y w o r d s ；a s p h a l tc o n c r e t e ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ；v i b r a t o r yc o m p a c t i o n ； c o m p a c t i o nq u a l i t y ； 沥青混凝土压实工艺的研究 第一章概述 1 1压实工艺的发展及研究现状 压实工艺是施工过程中的重要环节。选择合理高效的压实工艺对保证路面性能具有决定 性意义。这种观点不是从来就有的。而是随着交通运输业的发展。交通量的增大，轴载的不 断增大，车速的提高，以及随之而来的安全、经济、舒适的要求等促使人们对路面性能以及 施工质量，特别是压实工作的重要性进行重新认识的。 目前随着我国经济的蓬勃发展，公路这一基础设施建设得到了突飞猛进的发展。从最初 的只依靠行车碾压和自然沉陷来提高路基路面的压实度，发展到今天形形色色、功能各异的 压路机普遍应用在高等级公路建设施工中。压实机械也按着静态光轮压路机轮胎压路机 振动压路机快速冲击夯这样的顺序逐步发展。从压实机具的发展也可以反映出现代 交通对压实质量要求的提高。然而近几年来，我国公路大都有路面过早破坏的现象。形成这 种现象的原因固然是多方面的，有管理方面的原因，也有技术方面的原因。从技术方面来讲， 不重视路基路面的压实，特别是不重视路基的分层压实，甚至在新建高速公路沥青面层的施 工过程中，不按照设计要求和施工规范进行认真压实，使沥青混凝土压实不够，造成沥青混 凝土的空气体积率偏大或沥青与石料的粘附性不够等不良结果。研究表明，标准压实度相应 的空隙率增加l ，疲劳寿命将降低约3 5 ，压实度每降低1 ，沥青混合料的渗透性提高两 倍，空隙率增大，会加速沥青混合料的老化，影响路面强度和稳定性【1 。这些早期损坏现象， 不仅给正常的公路交通带来了很大的防碍，严重影响了交通运输的安全性和可靠性，同时在 经济上也造成了重大损失。在我国，公路路面的建筑费用往往占总投资的2 0 5 0 ，甚至更 高 2 1 。但由于路面过早破坏现象严重，每年都需要花费相当一部分人力、物力、财力用于养 护和修补过早破坏的沥青路面。特别是在一、二级公路的改建费用中，路面投资所占的比重 更大。如何改变这种状况，如何能确保新建或改建沥青路面的使用性能和使用寿命，是一个 必须重视的问题。应该说现代沥青面层碾压的主要矛盾在于如何选择合理高效的碾压工艺及 合理地评价压实质量。 目前国内外对这一问题都相当重视，投入大量人力、物力加以研究。德国b o m a g 公司 通过大量室内及现场试验，提出了本国典型级配沥青混合料在不同厚度下适宜的碾压工艺， 包括机型、碾压遍数及主要压路机参数的选择口 。而我国一些建筑机械厂也开始研究可无级 调频、无级调幅并且能直接反映密实度的压路机，这种压路机可适应不同类型材料的压实， 但仍需要进一步做工作，验证不同振频、振幅对压实材料的影响，并确定与其相适应的最佳 振频和幅值，以达到最佳的压实效果。 由于沥青混凝土路面的旌工技术和工艺，对路面质量和使用寿命影响极大。压实是沥青 东北林业大学硕士学位论文 混凝土路面施工的关键工序之一，它不仅是保证路面压实度、空隙率、平整度的重要手段， 而且对提高路面耐磨力、抗自然侵害力和抗裂能力有重要影响，因而探讨合理的沥青混凝土 路面压实施工技术和工艺，己成为目前修筑高等级公路，提高路面质量的重要研究方向之一。 1 2 观点的转变 随着我国经济的发展，高等级公路大量兴建，对路面结构的使用性能提出了新的要求， 对碾压工艺的选择、碾压质量的控制及评价标准也应相应转变。过去路面压实质量控制只强 调强度和耐久性，以保证使用年限内没有严重的结构性破坏，而现代高等级路面对功能性使 用性能的要求也相应提高了，应该从结构性和功能性使用性能诸方面综合考虑，合理选择碾 压工艺和评价路面压实质量。 一、路面使用性能分析 路面在使用期间，不仅承受垂直荷载作用，水平荷载的冲击，还要抵御多种自然条件的 侵袭和破坏，因而路面会发生不同类型的损坏，主要有两种：结构性损坏与功能性损坏。结 构性损坏是指路面结构整体或部分不能再承受荷载作用的损坏，即强度与稳定性不能满足行 车的需求：功能性损坏是指路面结构在行车荷载与自然因素多次循环作用下，虽未达到结构 性损坏，但其使用性在逐渐变坏，达到了行车所不容许的程度。相对于这两种损坏，路面结 构使用性能可分为结构性使用性能和功能性使用性能两种，前者主要包括疲劳特性、高温稳 定性、低温抗裂性，后者主要包括抗滑性能、表面构造、平整度，及高层次的防噪音，防眩 等性能。 目前大量兴建的高等级路面对功能性使用性能的要求越来越高。 1 、高温稳定性 沥青混合料的高温稳定性是指抵抗行车荷载反复作用引起的竖向变形及侧向流动变形的 能力。由于高温稳定性差而引起的沥青路面车辙，不仅会造成路面不平整，并且在雨天高速 行车时会出现“飘移”现象而造成交通事故。这是路面使用性能降低，导致损坏进行维修的 最主要原因。 各国现行规范中，多采用动稳定度的概念来评价沥青混合料的高温稳定性能，长期对比 观测表明二者有较好的相关性。沥青混合料进行车辙试验时，变形进入稳定期后，每产生l m m 车辙，试验轮行走的次数，称为动稳定度，以次m m 计。该值愈大，混合料的抗车辙性能愈 好。试验温度各国根据自己的情况选择反映夏季高温的路面温度，一般有4 5 和6 0 。c 两种。 我国采用标准温度为6 0 c ，轮压为o 7 m p a 。 2 、低温抗裂性 沥青混合料路面在使用期开裂，特别发生在寒冷地区，其危害是极其严重的，主要在于 水分从裂缝中不断渗入到基层，以至使路基软化，导致路面承载力的降低；在行车荷载作用 2 沥青混凝压实工艺的研究 下，会沿裂缝出现松散，坑槽、剥落，从而加速了路面破坏。 温度裂缝的产生，是由于寒冷地区温度的周期性变化所产生的温度应力引起的。这个力 所做的功导致一定的能量积累，当这些能量超出沥青混凝土本身容许的极限程度，沥青混凝 土就会被破坏。首先表现为混合料集料之间的沥青膜的拉伸破坏，然后再导致集料的破坏， 进而形成裂缝。 对混合料低温抗裂性能的评价方法，近年来一直重视劈裂试验，但其变形不易测准，影 响了劲度值的准确性。鉴于试验难易程度，设备问题，及在生产单位推广等问题，选择了弯 曲蠕变作为标准试验方法，以弯曲蠕度的应变速率作为评价指标。 3 、疲劳特性 由于沥青路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交替变化状态， 致使路面结构强度逐渐下降，当荷载重复作用超过一定次数之后，在荷载作用下路面内产生 的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳破坏。 应用现象学法进行疲劳试验时，可采用控制应力和控制应变两种不同的加载模式。应力 控制方式是指在反复加载过程中所施加荷载( 或应力) 的峰值始终保持不变，随着加载次数 的增加最终导致试件断裂破坏，这种控制方式以完成断裂作为疲劳损坏的标准。对弹性层状 体系的分析表明，当面层厚度大于1 2 6 c m 时，因面层较厚，基层刚度相应较小，荷载重复作 用使面层应变增长较快，以致最后迅速增长而出现路面破裂，比较符合应力控制模式，试验 结果常用下式表示： 1 n f = k ( - l ) “ 6 式中：n f 试件破坏时加载次数； k 、n 一取决于沥青混合料组成和特性的常数： 。对试件每次施力的应力最大幅值。 影响沥青路面疲劳寿命的因素主要有荷载条件、材料性质、环境条件、施工质量等。 4 、抗滑性能 路面的抗滑性能是路面表面特性之一，常用摩擦系数f 来表示： f _ 旦 w 式中f 水平分力，即摩擦力； 、肛一垂直荷载。 f 值与交通安全密切相关。据调查表明，高速公路大部分交通事故都是由于摩擦系数较 小造成的。如图1 1 表明，随路面摩擦系统的降低，事故的发生率成倍增加。 3 东北林业大学硕士学位论文 路面摩擦系数的大小与石料的磨光值有关，因此表层多选用玄武岩而极少采用石灰岩 路表湿润状态不同，表面抗滑性能也相去甚远。 图卜1路面摩擦系数同事故倍增系数的关系 道路表面的状况，构造类型与构造深度对抗滑性能有着更大的影响。这是因为一方面表 面构造有利于路表排水，使行车状况良好：另一方面一定的构造使得轮胎与路面的摩擦阻 力增大。通过控制沥青上面层的材料组成设计及施工工艺可以得到不同的构造深度。 5 、平整度 平整度定义为路面表面的理想平面的偏离，影响到车辆动力性能，行驶质量和路面动力 荷载。 当初始平整度r 。与平整度变化值( a r ) 确定后，平整度r 即可用下式计算： r = 十半( ) 其中：k = f ( s n ，c b r ) n 交通量 s n 滑移指数 c b r 加州承载比 国际平整度指数( i r j ) 是一项标准化的平整度指标。采用的是数字模型模拟1 4 车以规定 速度行驶在路面断面上，分析行驶距离内由于动态反应，悬挂系的累计竖向位移量。标准测 定速度为8 0 k m h ，其测定结果以m m & m 表示。 路面平整度的重要性：( 1 ) 决定车速的重要因素：( 2 ) 决定车辆运行费用的主要依据； ( 3 ) 影响行车安全。 二、各项指标的影响因素分析 各项使用性能在要求上往往是相互矛盾和相互制约的。如为提高高温抗车辙能力，可采 取采用粗级配，增大集料粒径，减少用油量等措施，但单纯的采取这些措施，会造成混合料 低温劲度大，具硬脆性，极易开裂，抗疲劳性能差，不耐久。又如为了提高粗糙度，采用抗 滑性能好的开级配混合料，但由于其空隙率较大，其耐久性又将受到影响。因此必须根据当 沥青混凝土压实工艺的研究 地的气候条件及交通情况作具体分析，兼顾这些相互矛盾的要求，做出沥青混合料的设计。 近年来国内外对沥青混合料设计方面工作做的较多，各种针对某项或某几项使用性能的设计 方法逐步提出，尤以美国“s h r p ”计划最为引人注目。 为了实现设计的沥青混合料的各项优秀品质，施工工艺水平显得更加重要了。首先是混 合料的生产，按照配合比设计生产具有优秀品质的成品料；然后是现场摊铺和碾压，使成品 料具备了强度及其他各项设计性能。施工工艺对路面使用性能的完整有着决定性作用。 将各项路面使用性能的指标、检测方法等主要影响因素进行深入而系统地分析后，发现 施工工艺水平和施工质量是影响各项路用性能的重要原因同时也说明沥青层的碾压工艺和压 实质量应从这些使用性能考虑，加以合理选择和控制。 1 3 技术指标 压实过程的本质在于沥青混合料在机械力的作用下，矿料颗粒相互靠近并就位，空隙率 随之下降，同时挤出了部分被封闭的空气，使填充在混合料空隙内的沥青胶浆得到重新分布。 矿料颗粒在碾压时相对移动，并重新排列( 相对于摊铺状态而言) ，因而达到最佳的稳定的相 对位置。 压实本身是一条过程曲线( 图l 一2 ) ，可以作出数学描述，曲线的斜率是描述密度增长速 度的参数，可用来评价沥青混合料的可压实性能。最终的密度的相对值可作为评价压实质量 的技术指标，作为基数的标准密度可通过试验选定，有些国家制定了采用理论密度作为标准 密度的规范。在压实获得密度的同时，也应考察其他路用性能指标特别是功能性使用性能作 为压实质量的评定标准。 图卜2 压买过程血线 1 4 论文的写作思路 关于沥青混凝土的压实问题，是近几年来工程实际经常遇到的问题，有许多实践经验和 数据。但没有从理论上加以总结和提高。 本文主要针对压实工艺对沥青混凝土面层路用性能的影响进行研究。首先介绍了沥青混 凝土压实的现状、发展和主要技术指标，然后，就压实工艺与路面材料的关系及沥青混凝土 鼓埘：“：“ 东北林业大学硕士学位论文 物理力学性质的影响做了分析。通过鹤大公路鸡西一牡丹江段的a c 一2 5 i 型沥青混凝土现场 压实试验，总结出了提高沥青路面压实效果的途径和具体碾压工艺。 研究内容主要包括以下几方面： 温度、设备与压实的关系，压实工艺与路面材料的关系。 压实工艺对沥青路面平整度的意义。 不同的压实工艺对沥青混凝土物理力学性能的影响。 通过现场试验采用不同的工艺组合，研究压实工艺对压实效果的影响。 6 沥青混凝土压实工艺的研究 第二章压实工艺与路面材料的关系 2 1 沥青混凝土路面材料对压实的影响 如果把压实设备因素看成是路面压实度形成的外因的话，那么路面材料因素则是路面压 实度形成的内因，即路面材料的可压实性直接关系到压实的效果。理论上完全不能压实的材 料，没有内摩擦力、内聚力和粘滞力，无论施加多大的压实力，都不会形成一定的压实度和 稳定度。但实际上，选做沥青路面面层的材料均具有一定的内摩擦力。在加入定量的结合剂 ( 沥青) 填料后，具有一定的内聚( 结合) 力，在加热拌和过程中，粘滞力增加，为形成铺 装层压实度和稳定度提供了基本内因，铺装层混合料在压实过程中，随着碾压遍数的增加， 混合料温度的逐渐下降，内摩擦力、内聚力和粘滞力值增加，并形成一定的压实度和稳定度 1 5 ( 1 6 【1 7 。 对于沥青混合料，材料因素对压实的影响，主要归结为颗粒料和填料粒径的大小和级配、 结合剂的种类及其含量( 油石比) 、混合料温度等方面的影响。其中级配、集料种类对压实的 影响是重要的，主要表现为： 集料的大小、含量 集料的最大粒径应小于铺筑层厚的1 2 ，否则在摊铺和碾压中会出现一系列的问题，如摊 铺时容易拉裂，造成面层组织不均匀，碾压时会由于大骨料的支承作用，使之难以压实，并 容易导致骨料破碎等等。 在集料级配中如果粗集料过多，即采用了百分比较高的粗颗粒材料和大尺寸骨料时，其 混合料会较“干硬”，碾压时需克服较大的压实功，并有时难以压实。这主要应克服的是内摩 阻力与颗粒间的嵌琐力，对此种沥青混合料，振动碾压要比钢轮静压有效得多。 骨料的颗粒形状、外观 集料的颗粒形状影响着混合料的摊铺质量，在碾压中也影响着达到规定压实度所需的碾 压程序和工作量。如果石料为坚硬的球形体( 如砾石) ，那么碾压和石料的就位相当容易，但 这样就丧失了石料的摩阻力和嵌琐力，影响了混合料的强度形成，而规则的立方体石料，一 方面石料的磨阻力和嵌琐力影响着混合料的强度，另一方面这种石料的混合料相对针片状集 料的混合料易于摊铺和碾压，均匀性好，不易离析【18 1 。一般在沥青混合料设计中总要添加一 部分河砂或山砂，主要是砂的颗粒较圆滑，适当的砂用量会改善混合料的施工和易性，增加 其流动性，使混合料易于碾压。 在沥青混合料级配中，砾石含量在4 5 8 0 易压实，过多过少均不易压实。在此范围内， 如表2 1 所示，含砂多或粒径小、的混合料容易压实，含石( 尤其是碎石) 多和粒径大的混 合料不易压实；较软的结合剂比较硬的结合剂容易压实，沥青混合料拌和的均匀性和油石比 东北林业大学硕士学位论文 对压实也有一定影响。 表2 - 1 材料压实性能对比 f 材料种类粒料结合剂 碎卵砂砾吉量粒径软硬程度 i 对比因素 石石砾多砾少大小硬软 i 压实性能 不良良不良良 不良 良 不良 良 目前沥青面层的集料粒径普遍偏粗，使得沥青混合料在施工过程中极易造成离析现象。 不仅表面层，中面层更为严重。底面层混合料普遍采用空隙率较大的a c 3 0 或a c 2 5 型沥青 混凝土，粗集料粒径偏大( 全幅摊铺离析更甚) ，离析无法避免，层厚越薄，越易形成局部区 域空隙过大，成为透水、积水和积浆的场所，容易导致沥青与集料剥离1 9 1 。当然集料离析还 有另一个更重要的原因是施工所使用材料的变异性太大，砂石料料场水平低、来源杂、不稳 定，使级配变化太大，往往不能达到配合比设计的要求。因此，我们应该象重视沥青质量一 样重视占混合料总重9 0 以上的砂石材料的质量。只有采用合理的集料粒径，才能确保压实 的质量1 2 0 j 。 2 2 不同沥青混凝土路面材料的压实 2 2 1 成型方法与压实效果 无论是沥青混合料还是其它混合料的设计，其设计结果与设计方法及试验的成型方法密 切相关1 2 ”。对于松散材料，成型方法是材料设计方法中非常重要的一环，当前普遍采用的击 实法，简便但有局限性，成型方法应以反映实际工艺为依据。 室内击实成型或压实成型试验和现场光轮压路机碾压试验都证明，集料过多，压实度下 降，各项性能指标都受损，劈裂强度比抗压强度降低显著。但是一旦改用振碾工艺得出的结 论恰恰相反，无论现场钻孔或室内试验，劈裂强度比抗压强度增长显著( 表2 2 ) ，提高了延长 使用寿命所需的韧性。因此，根据不同的材料需要选择适宜的压实工艺，包括室内试验和施 工现场压实工艺。 沥青混合料设计清一色采用马歇尔击实成型法的问题，同样明显反映在粗集料含量增多 时。比较试验表明( 表2 3 ) ，当沥青混合料 5 m m 的粗集料含量低于5 0 6 0 时马歇尔击实 法与振动成型法效果相当，随着粗集料含量的增多，压实效果差异愈益显著。当5 m m 的通 过量为6 2 时，振动法在最佳工艺下的空隙率低于击实法达2 - 3 ，动稳定度提高 4 0 。 综上所述，击实和振动是构成松散体强度的两种不同受力类型，对于悬浮一密实型或松 排骨架一密实型由击实或振动构成的混合料。其物理力学性质差异不大，但对紧排骨架一 密实型混合料两种力学类型得到的混合料。物理力学性质差别明显。因此，根据施工材料的 不同，选取合理的压实工艺对提高路面压实质量意义深远。 r 沥青混凝土压实工艺的研究 表2 2 不同工艺对二灰碎石混合料力学性质的影响( 室内试验) 抗压强度( r ) m p a抗拉强度( o ，) m p a 级配与成型方法 72 89 01 8 072 89 01 8 0 1 9 9 3 年前国内发表数据平均 o 6 21 5 43 3 16 0 30 0 50 1 70 3 30 5 2 ( 规范成型法，规范级配) 最高值 0 8 52 0 75 3 37 8 90 1 30 3 7 0 6 2 0 9 4 吉林振碾二灰碎石( 1 9 9 3 ) 1 2 1 3 5 48 0 4 o 2 6 1 0 0 1 4 1 沪杭高速( 规范成型法)规范级配 15 02 9 l4 4 05 7 00 0 70 1 607 2 ( 1 9 9 7 ) 5 r a m 通过率 6 4 9 0 0 4 0 表2 - 3沥青混合料马歇尔击实法与振动击实法的比较 级配类型a c 1 3 va c ，1 3 i ia c - 2 0 i 工艺编号振动击实振动击实振动击实 空隙率( ) 2 8 3 55 8 - 6 o3 7 4 54 4 - 4 63 5 3 74 1 - 4 6 稳定度( k n ) 1 7 7 1 8 18 0 9 78 3 1 1 58 6 9 6l o 6 一1 1 6 1 0 2 1 3 5 动稳定度 6 7 6 1 7 2 6 0 4 7 8 4 5 1 6 2 ( 次m m ) 2 2 2 混合料设计应考虑压实工艺特点 沥青路面常见的早期损坏一般都是局部的，而损坏不均匀的重要根源是工艺过程中的离 析。离析虽然有工艺操作不当的原因，究其根源混合料设计应该有工艺指标，现在沥青面层 的集料粒径普遍偏粗，与其相匹配的压实层厚度稍显偏薄，不利于压实。美国以前规定结构 层厚度应不小于最大粒径的2 倍，现在s u p e r p a v e 提出宣为公称最大粒径的3 倍，澳大利亚 要求2 5 倍。现在表面层普遍采用公称最大粒径1 6 m m ，厚度4 c m ，相当于2 5 倍，显得稍薄， 中下面层的厚度5 - 6 e r a 与粒径2 6 5 m m 相比就更薄。目前有人提出最大粒径与路面厚度的关 系应该为l ：3 ，具有深远意义。 2 2 3 根据不同混合料采用不同压实工艺 沥青混合料级配组成的不同意味着碾压工艺也随着变化( 表2 4 ) 。对i 型沥青混合料来 说，属密实悬浮型，集料由大到小连续存在，并且均有一定的数量，每一档较大的颗粒都被 较小一档料挤开，密实且有较高的强度。而i i 型沥青混合料属骨架空隙型，粗集料彼此紧密 相连充分形成骨架，细集料含量略少，不能充分填充骨架产生的空隙，因而骨架的内摩阻力 对强度的形成起着重要的作用。这两种混合料的设计思想不同，其在施工中体现出来的性质 东北林业大学硕士学位论文 沥青混合料特性对压实的影响见下表表2 - 4 原因后果对策 表面光滑粒间摩擦力小使用轻型压路机和较低的混合料温度 矿 表面粗糙粒间摩擦力大使用重型压路机 料 强度不足会被钢轮压路机压碎使用坚硬矿料。使用轮胎压路机 高 限制颗粒运动使用重型压路机，提高温度 粘度 沥低 碾压过程中颗粒容易移动使用轻型压路机，降低温度 青 高碾压时失稳减少沥青用量 含量 低 降低润滑性，碾压困难增加沥青用量，使用重型压路机 粗矿料过量不易压实减少粗矿料，使用重型压路机 混 a 砂子过量工作度过高，不易碾压 减少砂用量使用轻型压路机 日 矿料过量混合料软粘，不易碾压减少矿粉用量，使用重型压路机 料 矿粉不足粘性下降，混合料可能离析增加矿粉用量 也不同。由于i 型混合料中填充料含量高，形成的沥青胶浆比型混合料的填隙程度大，这 是其经压实较容易达到室内标准的9 6 ( 压实度9 6 ) 的原因之一。对于i 型混合料采用重 型压路机( 2 0 t ) 碾压做为复压，有利于提高压实度，往往效果较好：i i 型混合料应注意骨 架的就位与稳定，复压应采用振动与轮胎压路机交替碾压，使骨料形成稳定的骨架。同时由 于i 型混合料高温碾压易产生推移，其初压温度应较i i 型混合料低。 对开级配抗滑磨耗层来说，级配类型特点主要是沥青用量高，粉油比较小( 仅0 5 左右) ， 且集料颗粒相对集中、单一，易于压实。施工中采用8 1 0 吨的钢轮压路机静碾2 3 遍即可， 不能采用振动压路机，以避免引起沥青滴漏：也不用轮胎压路机，以避免粘起混合料。实践 证明，这种混台料易于拌和均匀摊铺平整、碾压密实，碾压后路面粗糙，均匀美观。对沥 青马蹄脂碎石( s m a ) 来说，它是一种间断级配的沥青混合料，其中4 7 5 m m 以上的粗集料 所占比例高达7 0 8 0 ，矿粉用量达8 1 2 。粉油比通常在1 2 2 0 。沥青用量多，高达 6 5 7 o ，粘结性要求高。由于沥青性质的原因，混合料比较粘；摊铺和碾压阻力大，应高 温碾压。碾压过程中不允许采用轮胎压路机，以免轮胎的搓揉作用使马蹄脂上浮，造成泛油。 复压可用铜轮静碾3 q 遍即可。稍冷一些之后，用轮重大的钢轮终压一遍。s m a 旅工最大的 特点是高温碾压，只有控制得好，比普通混凝土更易于操作。 各种沥青混合料设计的出发点不一样，其级配组成各不相同。沥青混合料的组成发生了 变化，其碾压工艺必须加以调整，即工艺与材料相协调的观点。 1 0 沥青混凝土压实工艺的研究 2 3 本章小结 本章主要总结了解决高速公路功能与耐久性矛盾的主要技术手段是正确处理材料、工艺 与结构的关系，实现材料、工艺与结构的一体化，并强调压实工艺对压实效果起着较大的作 用。同时系统论述了材抖与工艺之间的相互影响，提出了工艺与材料相协调的观点，从而为 提高路面压实质量提供依据。 东北林业大学硕士学位论文 第三章压实工艺对沥青混凝土物理力学性质的影响 为了研究压实工艺对沥青混凝土物理力学性质的影响，进行了室内外试验研究。 3 1 试验材料 试验材料来自牡丹江夏崴子石场。 1 、矿料 夏崴子石料为玄武岩( 多孔) ，根据公路工程集料试验规程，各项试验指标如下表所 表3 - 1鹤大公路鸡一牡段夏崴子石抖试验报告 产地夏崴子质量要求 石料名称玄武岩( 多孔) 抗压强度( m p a ) 9 97 压碎值( ) 1 1 o牛2 8 砚密度( v m 3 )2 7 6 0 2 8 0 0 ( 石料有孔) 术2 5 0 对沥青的粘附性 二级术四级 洛衫矶磨耗损失( ) 8 9牛3 0 2 3 c m7 4 针片状含量1 2 c m1 4 8丰1 5 o 5 1 c m 1 1 5 2 、沥青 鸡一牡路采用南韩s k l l 0 。沥青，各项实验指标如下表 表3 - 2 南韩s k l l 0 # 实验结果 项目平均 规范要求 2 5 ( o 1 m m )1 0 4 31 0 0 1 2 0 针入度( 1 0 0 9 5 s ) 1 5 ( 0 1 m m )3 1 3 5 ( 0 1 m m )9 5 2 5 ( c m )1 4 80 延度( 5 c m m i n )l5 ( e m )1 5 0 01 0 0 5 ( c m )1 3 4 软化点( ) 4 6 04 1 5 1 1 2 沥青混凝土压实工艺的研究 3 、沥青混合料级配 鹤大公路鸡西一牡丹江段一级公路沥青混凝土下面层采用a c 2 5i 型级配曲线，主要考 虑以下一些因素： 满足我国现行a c 2 5i 型的级配范围。 满足美国s u p e r p a v e 的范围及限制区。 满足马歇尔试验的各项指标要求。 施工控制的波动性。 便于摊铺和碾压。 最终确定和使用的级配详见表3 - 3 ： 表3 - 3 夏崴子石料级配曲线 筛孔2 3 c m1 2 c m0 5 - 1 e m0 - 0 5 c m砂矿粉掺和后下限上限 3 1 59 9 5 71 0 01 0 01 0 01 0 01 0 09 9 9 0 9 71 0 01 0 0 2 6 58 7 61 0 01 0 0 1 0 01 0 01 0 0 9 7 3 9 69 51 0 0 1 92 4 6 91 0 01 0 01 0 01 0 01 0 08 4 1 8 4 97 59 0 1 61 2 18 5 3 91 0 01 0 01 0 01 0 07 4 7 2 56 28 0 1 3 20 1 35 1 5 71 0 01 0 01 0 01 0 06 4 0 1 45 37 3 9 501 0 8 79 9 9 31 0 01 0 01 0 05 1 3 5 7 84 3 6 3 4 7 500 2 94 9 3 39 9 8 79 2 3 81 0 03 8 4 6 9 83 25 2 2 3 60 01 3 8 37 1 0 58 1 1 41 0 02 7 4 2 5 32 54 2 1 1 8001 2 33 7 8 25 7 9 31 0 01 8 2 7 8 41 83 2 o 6001 22 7 5 44 2 21 0 01 4 9 9 4 81 32 5 o 3o01 1 41 5 7 51 6 4 29 9 0 31 0 1 6 0 281 8 0 1 50 00 9 49 3 44 2 99 7 3 37 6 7 8 1s1 3 00 7 500o 4 8 41 6 28 2 6 35 7 4 9 2 37 配合比 2 13 l1 71 21 361 0 0 ( ) 东北林业大学硕士学位论文 ； 一 赣 电 l 吲 蜓 删 捌 嘲 图3 - 1a c - 2 5 i 型级配曲线 么 夕 iq ，l l ， j | ， ， i lk ，、 ， 钐 多多夕 ， 一一 _ ，j 一 4 试验设备 室内试验采用可以模拟现场振动压路机在材料表面作业状况的上置平板振动压实仪。它 是通过变频器调节偏心电机旋转速度而获得不同的压实( 激振) 频率，同时通过调节偏心质 量可产生不同的离心力，使得整个激振器的振幅发生变化，以此模拟压路机的振动情况。在 激振力幅值方面，该设备尽可能大地覆盖现有压路机的一些参数，离心力范围为0 - 8 k n 。在 振幅方面，从o 0 3 r a m 到2 3 m m 之间可调，使得在振幅方面基本上包括了现有压路机的范围， 室内试验压实工艺变化范围如表3 - 4 所示。 表3 - 4 压实工艺 激振力( k g f ) 2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 配重片数无 24681 2 频率3 04 56 0 1 4 沥青混凝土压实工艺的研究 3 2 分析振动参数对沥青混凝土指标的影响 根据室内试验结果，分析振动参数对沥青混凝土物理力学指标的影响。 3 2 1 激振力的影响 激振力的大小决定了试验单位面积上的受压力的大小。图3 - 2 表示激振频率为3 0 h z 和 4 5 h z ，振幅分别为： j v 划 猢 u1z34567 离心力( k n ) 图3 - 2 离心力对压实密度的影响 a = 0 8 2 3 m m 和a = 0 4 1 4 r a m 时，激振力对压实效果的影响。可以看出，振幅和频率一 定时，混合料的密度随激振力的增大而增大。当频率为3 0 h z ，振幅在o 8 1 之间时，离心力 在5 k n 左右即可获得较高压实度。 3 2 2 振幅的影响 ( 1 ) 对密度的影响 在频率和激振力一定时，随着振幅增大，密度也随之增大，振幅也不是越大越好，若振 幅过大，则振动加速度过大，这时被压实材料将出现离析现象，大质量的材料颗粒在振动状 态下产生的垂直于地面的惯性力远大于小的、轻的材料颗粒，导致大颗粒沉降在底层，而小 颗粒浮在表面，产生分层现象，使筑路材料级配失调，压实表面疏松。而且激振力与频率的 不同组合，都存在一个最佳振幅，当采用不同振动工艺时，最佳振幅值也是不同的。只有在 最佳振幅值附近才可取得较大的密实度，当振幅超过最佳值时，密度会逐渐降低。 ( 2 ) 对马歇尔稳定度( m s ) 的影响 随着振幅的增大，稳定度也随之增大。由于相同力值下，不同频率存在不同的最佳振幅， 同理相同频率下，不同力值也有不同的最佳振幅。当某个工艺处在最佳振幅状态时，振动能 量充分被材料吸收，能量损失小，使混合料在振动状态下，颗粒间的内磨阻力减小，颗粒重 新就位，产生更好的压实效果。其稳定度也由于骨架的形成而提高。 ( 3 ) 对空隙率( v v ) 的影响 随着振幅增大，空隙率减小，稳定度增大。通过对室内试验结果的分析可知，不同的压 实工艺对应着不同的压实效果，在最佳压实工艺作用下，可以提高试件密实度，从而提高其 物理、力学性能。究其原因主要是我们采用了振动压实原n t 2 3 l ，混合料的振动压实机理可描 祀叭h聃湘拍髑辑船 !l l 东北林业大学硕士学位论文 述如下：由于振动压头的往复振动作用，给被压混合料以连续的冲击，导致材料强迫振动。 振动一方面使材料的内部摩擦急剧减小，剪切强度降低，抗压阻力变得很小。另一方面使颗 粒产生惯性力或击振力，使粗颗粒重新就位，移动到更稳定的位置。细颗粒填充到粗颗粒的 间隙中，从而减少了空隙度，增加了稳定性，产生更好的压实效果。而且最佳振动工艺其振 动强度大。能在较短的激振时间使一定深度范围达到稳定状态，单位体积和质量所消耗的振 实功少，压实效果好。因此通过调整振动成型参数( 频率、激振力、振幅) ，可以提高试件的 密实度及稳定度2 4 】【2 ”。 3 4 本章小结 本章通过大量室内试验工作，分析室内压实工艺( 激振力、振幅、振动频率) 的变化对 沥青混凝土物理力学性质的影响，压实工艺不同，沥青混凝土的物理力学性质不同，压实结 果也不一样。 1 6 沥青混凝土压实工艺的研究 第四章提高沥青路面压实效果的途径 为了寻找提高沥青路面压实质量的有效技术途径，在室内试验的基础上进行了现场试验。 4 1现场试验目的 室内试验表明，相同级配的沥青混凝土采用不同的室内压实成型方式或压实工艺所得到 的密度是不同的。采用振动成型方式，在最佳的振动成型参数下，可以获得较马歇尔成型方 式较大的密实度。而密实度的提高，意味着沥青混凝土某些力学性能的提高，因此期望在室 内试验结果的基础上，通过现场试验调整工艺组合来提高混合料的压实度，为路面压实质量 提供保证。 4 2 现场施工简介 试验地点：鹤大公路鸡牡线 试验对象：路面下面层( a c 2 5i 型) 和上面层( a c 1 6i 黑龙江调整型) 试验材料：a c 2 5i 型级配与a c 1 6i 黑龙江调整型级配 表4 - 1 级配对比表 孔径( m m ) 3 1 52 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 6o 3o 1 50 0 7 5 通过率a c 2 5 i 型 9 9 9 09 7 3 98 4 1 87 4 7 36 4 0 15 1 3 63 8 4 72 7 4 31 8 2 8 1 4 9 91 0 1 67 6 8 5 7 5 ( ) a c 1 6i 黑龙江调整型 1 0 09 5 3 28 4 5 07 1 4 65 0 7 93 3 1 s2 0 5 61 6 7 01 1 1 38 2 4 5 9 6 试验设备：静作用压路机、轮胎压路机、大吨位振动压路机( s w - 8 0 0 型) 试验方法：采用不同机械组合以及振动压路机振动参数的调整进行各路段的碾压工作，评价 其压实效果。s w - 8 0 0 型振动压路机的参数值见下表： 表4 - 2s w - 8 0 0 型振动压路机的参数 低振幅高振幅 频率( h z )离心力( k n )频率( h z )离心力( k n ) 6 71 2 15 0 1 0 8 5 06 84 27 6 4 24 7 在室内试验结果的基础上，对试铺路段进行振动工艺及碾压机械组合，其组合方式及压 实结果见表4 3 和表4 - 4 。 一 一 k+ 辎 鄢 爵 瓤 程 掣 曰8囊 景 曰四堡 n 一 具 曰 曰毁堡堰 蝴露曰 ， 忙 曰堡四r日日四日堡f曰霹 霜 一 v霹 v 霹霹霉四 曰 曰 。 嚣 露丑 曰 霸 扭再 日 曰 霜 霹 褒 霹羁 霉 四 抬 霜 葵长 刚 褂 摄拦捂 限限限 懈 限 搿 霹 诂 婵蝉尉 喧 嘏 限敞限愀 限 旧帐限限限限 出 揣 一 _ k 一一于制 斗 k一 一 k斗如 一一 斗 一 鹰 一 烈 _ kk 枷 描廿+ 划 林 峰 蚓 妲 盎 林 出 羔 赵 蜘 一 n q一 n 一 n 蹦 u u凸凸山己 o z士一一 誉蝤 翌最 转罂 坚罂n 竺星誉竺垂蓍量= 骧皑转 誊嫡蓄 竺 蓁耋耋霪 委 莲喜誉耋运 蚓 鼍每函： 霎耋墨蓁茎 霎 妄墨i 罨嚣 辗 辅 h 醯豳醢龌嚣 吲幽 酉幽岩 臀需 吾臀盟 辑辎螬转2 幽出t 出 霉j 皿( 锯豁 础印 目 留嫘 副铡晤i，村昨一lou咄旧叫n毒啭 杈磐迥扑串鼯扑k爿嚣暑长 四 r 婴 一 一 k鼎 非 龟 必 乓 舞 嘶 j 辑 曰