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沥青混凝土路面压实质量控制

题纲：本文对沥青混凝土路面在施工过程中，对机械的选择、碾压温度、碾压速度、复压遍数、路面的压实方法等进行了较详细分析，供施工单位参考。
前言：G315线英吉沙过境公路段，铺筑沥青混凝土路面的压实工序为列，分析了碾压工艺中易出现的质量问题及其影响因素，介绍了压实设备的选型及碾压工艺中对碾压温度，压路机振频，振幅选择，碾压工序等方面的控制方法。
正文：
沥青混凝土路面的碾压，是沥青混凝土路面施工的最后一道工序，也是决定沥青混凝土路面的质量的关键工序之一。以往沥青混凝土路面铺筑实践证明，许多路面缺陷，诸如路面平整度不符合要求，路面的疲劳破坏、底温剥落、高温车辙平面裂纹等，都与压实工序质量控制有密切关系。
由新疆疆南路桥工程有限责任公司承建的315国道英吉沙过境公路段，在进入施工阶段，交通厅根据当前公路建设事业发展的新形势和要求，提出了创建精品工程的要求，要求在其它指标都达到设计要求的基础上，路面平整度达到国内先进水平。为了实现这一目标，我们除在沥青混合料的拌和、运输、摊铺各道工序上严把质量关外，还与新疆路桥总公司，新疆建工集团等施工单位的技术负责人一起对沥青混凝土路面的碾压工序进行了深入细致研究和探讨，对碾压工序影响质量的各项因素进行了逐项分析，在碾压设备的选择，碾压工艺控制等方面进行了有益的探索，实现了预期的目标。
1、影响碾压质量的因素

1.1、碾压工序对平整度的影响
影响路面平整度的因素较多，大体可分为两部分，一部分是由碾压工序之前的各道工序造成的，如底基层平整度差和摊铺机摊铺平整度差等。底基层平整度差，将使铺层厚度不均匀，即使摊铺平整度达到要求，但在压实后，因铺层厚度不同，其压缩量也不同，势必影响到面层平整度，另一部分是在碾压工序中造成的，碾压工序只能保持摊铺层平整度，而不可能提高摊铺层平整度，因此，要提高路面平整度，首先应提高底基层平整度和混合料摊铺的平整度，碾压过程影响路面平整度的因素主要是铺层材料的推移和压实度不均匀。
在碾压过程中，铺层材料的推移，主要是因为压实机械选用不合理，压实方法不当及压实工艺不正确造成的，沥青混合料摊铺层在不同的温度和不同的压实阶段，其强度是不同的，只有压实设备的荷载、轮宽、轮径所决定的压实关系与受压层承载强度相适应时，才能得到好的压实效果。如果超过受压层的承载强度，碾压轮会使材料产生隆起而引起摊铺材料的推移，沥青混合料铺层处于不稳定状态时，须以驱动轮为前轮进行初碾压，则从动轮的水平推力会使铺层材料推移而产生波浪。如果方向轮为从动轮，在碾压未稳定铺层时转向，也会使铺层材料产生严重推移，破坏已铺材料的均匀性，路面的压实效果，一方面决定于压实设备的重量，另一方面决定于压实力的作用时间，当压实设备确定后，作用时间就成了影响压实效果的关键因素。如果在碾压过程中碾压速度不均匀，或在某一断面停留时间过长，也会造成压实度不均匀而影响平整度。
1.2、碾压密实度不足
沥青混凝土路面的密实度，是影响沥青混凝土路面质量的重要指标之一。沥青路面的抗老化性能，高温抗车辙能力、低温抗裂纹能力、耐疲劳破坏能力，抗水剥离能力等，都与路面的空隙有直接关系，资料表明，当沥青混合料空隙率大于7%时，每增大1%其透水性将增大2倍，空隙率小于8%时，则可以消除剥落现象，空隙率由8%降至4%，其弹性模量将提高63.6%，空隙率由8%降至5%时，路面寿命延长3倍，由此可以看出密实度对路面质量的影响。
沥青混凝土路面的碾压目的，就是提高混合料的密度，减少铺层材料间的空隙率，使路面达到规定的密实度。
对沥青混合料的压实，一方面需要克服混合料之间的内聚力，另一方面要克服混合料之间的内摩擦力。因此，对沥青路面的有效压实，既要使混合料之间的内聚力和内摩擦力尽可能小，又要对混合料施加足够的压实力。
沥青混合料的内聚力，主要是由粘结剂和填料的性质决定的，内聚力的大小，主要受混合温度影响，温度越高，沥青粘度越低，混合料之间的内聚力越小，越易于压实，温度越低，沥青粘度越大，混合料之间的内聚力就越大，就越不利于压实，但是，温度过高时，混合料流动性大，稳定性差，碾压时混合料容易被推移，会破坏铺层材料的均匀性，使路面平整度下降。因此，碾压温度必须控制在一个最佳的范围内，最佳的碾压温度，是混合料具有一定的强度和稳定性，能够支撑压路机压力而不产生水平推移，又不至于因混合料的变形模量过高而难以压实。
混合料的内摩擦力，主要是由混合料的配合比、骨料的形状和大小决定的。碾压沥青混合料时，需要克服的主要是内摩擦力。实验表明，混合料材料处于振动之中时，其内摩擦力将显著减小；当材料处于共振状态时，其内摩擦力比静止时减小80%，这将容易使混合料材料重新组合而形成密实的结构层。选用共振压路机，可以使被压材料处于振动状态，从而使混合料得到有效的压实。
1.3、表面裂纹
沥青混凝土路面的表面横向裂纹，是常见的路面缺陷之一，通常的长度为25-102mm，间隔25-76mm。这些表面细裂纹在摊铺材料时，一般是看不到的往往出现在压实过程中。
导致表面裂纹的原因，除沥青混凝土材料及级配缺陷外，往往与压实设备的选用，碾压、工艺控制等因素有关，静力式滚轮碾压过于松散的沥青混合料时易造成路面的横向裂纹，这种裂纹一般不会扩展到整个面层，通常只有6-10mm深。
被动轮为前轮的静碾压路机，碾压稳定性较差的新铺层时，由于材料推移，往往会出现表面裂纹。
2、压实设备的选用
选用适当的碾压设备对压实沥青混凝土路面来说是非常重要的。目前常选用的压路机有：静力式滚碾压路机，轮胎式压路机和振动压路机三大类。静碾压路机又分三轮压路机和两轮压路机：振动压路机又可分为单驱单振单钢轮压路机，单驱单振双钢轮压路机和双驱双振双钢轮压路机。
2.1、静力式滚碾压路机
静力式光面滚碾压路机是通过自身重量所产生的静压力作用在铺层材料上，使铺层材料颗粒产生位移，自上而下逐渐密实起来的。这种作用力所达到深度和铺层所达到的密实度，由压路机自重大小和在每处的作用时间等因素决定。因此，在达到好的压实效果，除压路机要具有一定重量外，碾压速度和碾压遍数是非常关键的参数。图1反映了碾压次数和压实度的关系。
95%
100%

密实度

90%

80%

4
3
1
2

碾压次数
图1压路机碾压次数与压实度的关系
静碾压路机的压入深度与压路机的荷载及钢轮直径有关。为了消除形波的影响，一般应选用钢轮直径较大的压路机。图2反映了钢轮直径，压入深度和接触压力之间的关系。
17.86kg/cm
线压力
接触压强/kg(cm2)-1
2.5252

2.81

直径1041mm
1041mm
2.11

直径1753mm
1.41

0.7
1.59

1.27
0.32
0.64
0.95

图2压路机钢轮直径、压入深度和接触压力的关系
压入深度/cm
2.2、轮胎式压路机
多年来，人们一直以轮胎压路机的揉压作用为适用于碾压沥青混合料的依据，大力提倡用轮胎压路机进行沥青混凝土摊铺层的初期碾压。实践表明，用轮胎压路机进行初压，并非合理的选择。一方面，现代摊铺设备比较注重摊铺层预压实度，一般摊铺后的密实度都达到80%以上，这使轮胎对铺层很难达到必要的压入深度。也就是说，其揉压作用远远达不到理论上所能达到的程度。另一方面，轮胎压路机容易造成材料推移，破坏铺层材料的均匀性，出现碾压轮迹。为消除碾压轮迹，势必要增加碾压能力，这也是不经济的。另外，由于国内轮胎压路机的洒水装置性能较差，造成轮胎粘料情况比较严重。用轮胎压路机作为终压，以消除可能出现的裂纹，是常被采用的组合形式。
2.3、振动压路机
双驱双振双钢轮压路机目前已被广泛用于沥青路面的碾压中，这是由于双钢轮振动压路机与静碾压路机和轮胎压路机相比，有较高的压实效率和均匀的线荷载。由于振动压路机在碾压过程中，其振动能量使混合料颗粒发生振动，从而降低了其内摩擦力和颗粒间的嵌锁力，这就使压实混合料所需的能量大大降低。振动压路机的碾压速度是影响压实效率的主要因素。由于振动作用的存在，振动压路机可以采用较高的压实速度进行压实作业。实践证明，1台振动压路机大约相当于3台静碾压路机的作业效率。振动压路机的振动作用，将导致混合料的细集料向铺层表面移动，这在碾压沥青含量高、细集料比例大的混合料时，需要注意。如碾压沥青玛蹄脂（SMA）摊铺层时，因沥表含量大，振动压路机的提浆作用将使沥青泛到铺层表面，因此，在碾压SMA混合料时，宜采用较低的振幅。
综上所述，我们在分析各种碾压设备特点及对混合料适应性的基础上，选定了CC21和英格索兰DD-110双驱双振双钢轮压路机。
DD-110压路机前后两个钢轮宽度均为1980mm，轮径1370mm，具有较好的荷载与轮宽、轮径比和16种频率，振幅组合，适合高等级公路工程沥青混凝土路面的碾压。
3、碾压工艺控制
3.1、碾压温度控制
严格控制沥青混合料摊铺后的初压温度，对路面压实来说是非常重要的，混合料初压温度过高，沥青混合料流动性大，易出现混合料推移，破坏已铺面混合料的均匀度，影响路面平整度，初压温度过低，将会影响复压和终压温度，给复压和终压工序带来困难。资料表明，混合料温度在100℃-125℃时最易达到共振状态，振动碾压效果最好，因此，我们在初压时，控制初压温度为125℃-140℃，用CC21双钢轮振动压路机，以4km/h的碾压速度、30cm重叠静压2遍，初压结束温度控制在120℃-125℃。
复压温度控制在100℃-125℃，用DD-110以5km/h的速度、30cm重叠度进行高频低同振动碾压2遍，密实度即达到97%以上。
复压结束后，检测人员当即用6m直尺进行平整度测量，发现平整度差的点，进行重点找平碾压。
3.2、振频与振幅选择
振动压路机的压实能力，主要是由压路机传递给被压材料的振动能量决定的，也就是说，振动压路机的压实能力与压路机振频和振幅的选择有关，某一振动频率和某一振幅组合，决定一定的压实能力，DD-110有2个频率、8个振幅可选择。
我们经过试验路段反复试验，选定振频42Hz、振幅0.51mm，其激振力为70.7KN，用高频低振幅进行高速碾压，取得较高的压实效率和较好的碾压效果。
3.3、碾压顺序
（1） 在混合料摊铺50-60m后，开始初碾压。先压横接缝，让压路机压轮大部分在成型路面、10-20cm压轮在新铺路面进行横向碾压，逐步向前赶。在横向碾压时，及时测量平整度，必要时进行找料处理。
（2） 横接缝碾压结束后，按照由外向内的顺序依次碾压，每次碾压至距摊铺机50-100cm处，再按轮迹返回，在已稳定路面调整方向，重叠30cm，向中间错一轮进行第二轮碾压，禁止在未稳定摊铺层进行方向调整，以避免铺层材料的摊移。
振动压路机换向时，先停振，再停机，然后换向，换向后在压路机开始行走后，再起振，可有效防止混合料形成鼓包。DD-110具有自动起振和自动停振功能，当行驶速度低于某一值时，又自行起振。将控制手柄打到自动上，将实现上述功能。
（3） 弯道碾压时，要从内侧向外侧依次碾压，第一遍碾压时，第一轮在边缘空30-40cm，待压完第一遍后将压路机大部分重量置于已压实稳定的摊铺面上，碾压边缘，以减少混合料向外推移。
（4） 在碾压不等宽路段时，因为不允许压路机在新摊铺层上转向操作，所以必须按照合理的碾压路线进行初碾压。
4、其它注意事项
（1） 摊铺层稳压前禁止任何车辆和行人在上面行走。
（2） 压路机洒水装置完好，喷水成雾状，且在全轮宽范围内均匀喷洒。
（3） 压路机及其它设备不允许漏柴油。
（4） 压路机刮泥板完好，调整正确。
（5） 压路机禁止在新铺的路面上调头。
（6） 压路机状况好，准备充分，避免在新铺路面停机。
（7） 避免在新铺路面上使用制动。
（8） 禁止在新铺路面上停放压路机及其它车辆。
（9） 保持路面清洁。

结束语：另外特别要注重机械操作人员的机械理论知识、实际操作能力和综合保养、使用与管理水平，增强责任感，保证机械设备良好的技术状况，发挥出碾压机械的最佳性能。随着科技的发展，先进的压实机械和压实控制技术不断涌现，只有掌握了最先进的机械及控制技术，才能避免在碾压时路面出现细小的裂缝及波浪，也大大的提高了面层的压实度和平整度，铺出高质量的路面。

2007年11月