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【摘 要】本文针对路面压实设备进行介绍,对各种压实设备的压实特性、适用场合、技术参数的选用及作业过程中需注意的问题进行了探讨。
【关键词】沥青路面;压路机;压实度;压实特性;轮胎压路机
Type of pavement and working characteristics of compaction equipment
Wang Hui-bin 1, Wang Huo-ming2, Cai Li1
(1. Guangdong Great Highway Engineering Co., Ltd. Guangzhou Guangdong 511431;2. Chongqing Transportation Research and Design Institute Chongqing 400067)
【Abstract】This article introduced the road compaction equipment, compaction equipment, compaction of various characteristics, for occasions, the selection of technical parameters and processes in problems needing attention were discussed.
【Key words】Asphalt pavement; Roller; Compaction; Compaction properties; Tire roller
1. 引言
路面压实是沥青路面质量的关键,不同的混合料和路面结构类型有不同的压实工艺,SMA和Superpave混合料碾压应紧跟摊铺,而普通AC型混合料却有不同,改性沥青的压实也不同于普通沥青。一个工程成功的压实工艺并不一定适用于其它工程,应根据环境、条件等变化而变化,不同的压路机有不同的功能。本文在综合国内外碾压技术研究的基础上,分析研究了压路机的工作过程,指出了压路机操作的一些关键环节。通过本文的介绍让施工人员充分了解压实原理,选择合理的压实设备及碾压参数,充分利用压路机的性能,确保路面的密实性及平整度的要求。
2. 压实的设备类型
四种类型的压路机经常用来获得沥青混合料所需的压实度,分别是:静作用钢轮压路机、轮胎压路机、振动压路机、组合压路机。
2.1 静作用钢轮压路机。
静作用压路机利用其自重将铺层中的空气挤出,减少空隙率,使矿料颗粒靠近,达到增加路面密实度的目的。许多年以来,静作用钢轮压路机是作为沥青材料的标准压实设备。钢轮压路机的压实层厚度一般小于5～7.5 cm。静作用钢轮压路机难以鉴别局部软弱点,限制了其应用。
静作用钢轮压路机适用于终压,用振动压路机压实到规定密实度以后,路面可能留有压痕,可以用静作用压路机消除压痕。它可以提高平整度,消除初压及复压的轮印。当遇到下卧层阻力和混合料内部边界限制力时,静作用钢轮压路机下面的压力线变成U型。在压路机的外部边缘,一些混合料会凸起,形成“驼峰”。相连的两遍碾压重叠15cm即可消除驼峰,获取较好的平整度。静作用压路机可以调节的参数一个是碾压速度,另一个则是压实功。大部分的静作用压路机通过配载来增加接触压力,从而提高压实效果。
2.2 胶轮压路机。
胶轮压路机可用于沥青路面的初压和复实,这种压路机通过搓揉的方式作用于路面。用作终压时,轮胎压路机对密实度的提高,并不比钢轮或振动压路机明显,但有利于提高路面平整度。胶轮给路面施加搓揉的作用力,给路面作用一个变化的接地压力,胶轮压路机的这种特点使得胶轮之间及胶轮之下的混合料处于一种受限制的状态,结果使沥青路面更稳定、更密实。胶轮的气压对胶轮压路机的压实效果很重要,气压越高,接地面积越小,传递到铺层上的压力越大,当用于复压时,轮胎气压维持在较高的状态。减小胶轮的气压会造成轮胎底部鼓胀,接地压力减小,因此,压实功减小了,搓揉的作用增强了。低气压胶轮适用于终压。
胶轮压路机的洒水系统很重要,当压路机开始压实时,胶轮是冷的,热沥青会粘结到轮胎上,只有水或洒水机构工作时才可避免。当压路机工作时,胶轮热起来,沥青粘轮就不会发生了,洒水系统则可停止工作了。施工中还可以给压路机增设裙子,用以减少降温的影响。
2.3 振动压路机。
振动压路机现在应用比较广泛,这是因为除了静重外,振动压路机通过振动冲击力来增加混合料的压实,同时大大减小压实的遍数。这种振动在频率及振幅上有一个较大的范围。通过关闭振动系统,可以以静压方法进行终压。双钢轮振动压路机可以用于各种条件的沥青路面压实,如:初压、复压和终压。离心力是通过振动压路机鼓内的偏心重物旋转产生的,它产生一系列的冲击力,并将冲击力传递到铺层中。鼓移动上下的距离称为振幅,振幅越大,压实功越大,鼓每秒种作用的次数称为频率。频率越大,压实功越大。
一个好的经验表明压路机操作手应调整碾压速度,确保每行走1米振动大约33次,例如,如果一台压路机的振动频率是2000次/min,那么其碾压速度应为60m/min,如果频率为3000次/min,工作速度为90m/min,每米33次的比率可以保证路面平整度。现在大多的振动压路机均可以调整振幅。进行试验路时,需要确定适宜的振幅从而保证路面以最少的次数压实。表1指出了选择压路机振幅时需要考虑的因素,仅供施工参考。
2.4 组合压路机。
组合压路机采用一个振动鼓外加三个或四个充气轮胎(轮胎位于压路机后部),这种压路机试图将轮胎压路机和振动压路机的优点结合起来,组合压路机的应用可以减少需要的压实设备,适用于那些振动及轮胎压路机均需要的场合,或无严格规范控制的地方。然而组合压路机的效果没有独立的振动或轮胎压路机效果好。因此,组合压路机目前仍未推广应用。
3. 碾压工艺
热拌沥青混合料施工中,很重要的一点是混合料拌和、运输正常,路面连续摊铺,在开始碾压前形成一个均匀一致的铺层。一般情况,沥青路面的碾压包括三个过程,即:初压、复压、终压。各碾压阶段对压路机有不同的要求。
(1)初压。
初压是碾压过程的第一步,通常采用振动压路机,也可以采用静作用钢轮压路机。初压宜采用双轮驱动的压路机,因为驱动轮可以减少混合料的水平推移。非驱动轮会将其前面的混合料推移变形。初压应尽可能在高温下进行,但沥青胶结料的温度也不能过高,这取决于混合料组成和层厚,温度可达到150℃。一旦混合料冷却,沥青胶结料的粘度会增大,密实度则难以达到。初压时应当使压路机尽可能靠近摊铺机,这样可以在沥青混合料温度最高时碾压。如果混合料温度太高,粘在钢轮上,应立即退回压路机,等待几分钟,使摊铺料冷却。应当尽可能早开始碾压。通常容易出现的问题是开始碾压之前等待时间太长。
(2)复压。
复压在初压后进行,静作用钢轮、胶轮与振动压路机均应用于复压,振动压路机通常采用低幅(与初压相比较),复压是获取压实度的最后一步,也是获取路面平整度的第一步。对于较难压实的混合料,根据需要可选用重型压路机进行复压。
(3)终压。
终压可以提高路面平整度,在路面温度尚能消除轮迹时进行,通常采用静作用钢轮压路机和胶轮压路机,振动压路机以静压的方式也可以用于终压。一般来说,终压应在混合料低于80℃前完成。低于此温度,就变得很难压实。不同的混合料有不同的最低压实温度要求,一些较高,一些低于经验值,必须区别对待。
4. 典型路面的压实
4.1 薄层路面的压实。
当路面的厚度小于4cm被认为是薄层。薄层通常作罩面或新建面层的磨耗层。为了避免过压或破坏集料,通常采用略小的压实功,压实薄层混合料常需要采用静作用压路机,振动压路机应采用静压的模式或较小的振幅。碾压薄层混合料需特殊小心,以下是一些有益的经验:
(1)当压路机停在薄层上时不要在路面上转向。这条原则适用于各种厚度的铺层,但对薄层来说更重要,因为它们易于损坏或扭曲变形。(2)碾压薄层铺面时,可以关闭钢轮的振动系统,进行静作用碾压,或者用单轮、小振幅振动。操作手应当试验在各种参数下碾压,从中选择最佳方案。(3)当改变方向或停止时,一定要关闭振动系统,这可以防止轮子总在同一点振动,这条原则也适用于所有层厚的情况。有些压路机有自动关闭振动系统的功能,在薄层上工作更容易。如果铺层为斜坡,应从新铺层的低位处开始碾压。(4)尽可能地紧跟摊铺机碾压,记住薄层降温很快,只有较短的时间可以达到所需的压实度。另外,低温碾压容易压碎集料。
4.2 厚层路面压实。
厚层的路面(厚度大于7cm)易于压实,主要因为厚层保温时间长,碾压工作的时间长一些。同时由于厚层不易过压,压碎集料少一些,因此可以采用更大的压实功。振动压路机可以采用较高的振幅。因此与薄层同样的压实次数就可能得到所需的压实度。
碾压厚层路面需注意的一点是:初压时轮前的混合料可能会推移,如果这种现象发生,可以采用两种解决办法:改变碾压的模式,使压路机远离摊铺机(使混合料稍许冷却),或者初压采取静压或者低振幅的方式。对于较厚的摊铺层,可能只选择前钢轮振动压实效果最好。启动钢轮振动会将钢轮下的混合料卷起,而不是像静作用碾压那样向前推混合料而形成波形。同样需要试验几种不同的振幅或频率,以便达到双钢轮压路机的最佳效果。
5. 结语
路面的压实是路面施工的最后一道工序,也是影响沥青路面施工质量的关键工序。实践表明:大多数路面病害都与路面压实不足有关,如:水损坏、压实型车辙等。因此,路面压实已逐渐被人们所重视。影响路面压实的因素很多,简单来说,包括:材料、设备、工艺、环境因素等。本文针对路面压实设备进行了介绍,对各种类型设备的压实特性进行了分析,从而使工程技术人员能够合理选择及运用。
[文章编号]1006-7619(2010)05-11-411
[作者简介]
王慧斌(1982.10-),男,汉族,四川南充人,工程师。
王火明(1982.10-),男,汉族,助理工程师。
蔡丽(1980.9-),女,工程师,大学本科。
【关键词】沥青路面;压路机;压实度;压实特性;轮胎压路机
Type of pavement and working characteristics of compaction equipment
Wang Hui-bin 1, Wang Huo-ming2, Cai Li1
(1. Guangdong Great Highway Engineering Co., Ltd. Guangzhou Guangdong 511431;2. Chongqing Transportation Research and Design Institute Chongqing 400067)
【Abstract】This article introduced the road compaction equipment, compaction equipment, compaction of various characteristics, for occasions, the selection of technical parameters and processes in problems needing attention were discussed.
【Key words】Asphalt pavement; Roller; Compaction; Compaction properties; Tire roller
1. 引言
路面压实是沥青路面质量的关键,不同的混合料和路面结构类型有不同的压实工艺,SMA和Superpave混合料碾压应紧跟摊铺,而普通AC型混合料却有不同,改性沥青的压实也不同于普通沥青。一个工程成功的压实工艺并不一定适用于其它工程,应根据环境、条件等变化而变化,不同的压路机有不同的功能。本文在综合国内外碾压技术研究的基础上,分析研究了压路机的工作过程,指出了压路机操作的一些关键环节。通过本文的介绍让施工人员充分了解压实原理,选择合理的压实设备及碾压参数,充分利用压路机的性能,确保路面的密实性及平整度的要求。
2. 压实的设备类型
四种类型的压路机经常用来获得沥青混合料所需的压实度,分别是:静作用钢轮压路机、轮胎压路机、振动压路机、组合压路机。
2.1 静作用钢轮压路机。
静作用压路机利用其自重将铺层中的空气挤出,减少空隙率,使矿料颗粒靠近,达到增加路面密实度的目的。许多年以来,静作用钢轮压路机是作为沥青材料的标准压实设备。钢轮压路机的压实层厚度一般小于5～7.5 cm。静作用钢轮压路机难以鉴别局部软弱点,限制了其应用。
静作用钢轮压路机适用于终压,用振动压路机压实到规定密实度以后,路面可能留有压痕,可以用静作用压路机消除压痕。它可以提高平整度,消除初压及复压的轮印。当遇到下卧层阻力和混合料内部边界限制力时,静作用钢轮压路机下面的压力线变成U型。在压路机的外部边缘,一些混合料会凸起,形成“驼峰”。相连的两遍碾压重叠15cm即可消除驼峰,获取较好的平整度。静作用压路机可以调节的参数一个是碾压速度,另一个则是压实功。大部分的静作用压路机通过配载来增加接触压力,从而提高压实效果。
2.2 胶轮压路机。
胶轮压路机可用于沥青路面的初压和复实,这种压路机通过搓揉的方式作用于路面。用作终压时,轮胎压路机对密实度的提高,并不比钢轮或振动压路机明显,但有利于提高路面平整度。胶轮给路面施加搓揉的作用力,给路面作用一个变化的接地压力,胶轮压路机的这种特点使得胶轮之间及胶轮之下的混合料处于一种受限制的状态,结果使沥青路面更稳定、更密实。胶轮的气压对胶轮压路机的压实效果很重要,气压越高,接地面积越小,传递到铺层上的压力越大,当用于复压时,轮胎气压维持在较高的状态。减小胶轮的气压会造成轮胎底部鼓胀,接地压力减小,因此,压实功减小了,搓揉的作用增强了。低气压胶轮适用于终压。
胶轮压路机的洒水系统很重要,当压路机开始压实时,胶轮是冷的,热沥青会粘结到轮胎上,只有水或洒水机构工作时才可避免。当压路机工作时,胶轮热起来,沥青粘轮就不会发生了,洒水系统则可停止工作了。施工中还可以给压路机增设裙子,用以减少降温的影响。
2.3 振动压路机。
振动压路机现在应用比较广泛,这是因为除了静重外,振动压路机通过振动冲击力来增加混合料的压实,同时大大减小压实的遍数。这种振动在频率及振幅上有一个较大的范围。通过关闭振动系统,可以以静压方法进行终压。双钢轮振动压路机可以用于各种条件的沥青路面压实,如:初压、复压和终压。离心力是通过振动压路机鼓内的偏心重物旋转产生的,它产生一系列的冲击力,并将冲击力传递到铺层中。鼓移动上下的距离称为振幅,振幅越大,压实功越大,鼓每秒种作用的次数称为频率。频率越大,压实功越大。
一个好的经验表明压路机操作手应调整碾压速度,确保每行走1米振动大约33次,例如,如果一台压路机的振动频率是2000次/min,那么其碾压速度应为60m/min,如果频率为3000次/min,工作速度为90m/min,每米33次的比率可以保证路面平整度。现在大多的振动压路机均可以调整振幅。进行试验路时,需要确定适宜的振幅从而保证路面以最少的次数压实。表1指出了选择压路机振幅时需要考虑的因素,仅供施工参考。
2.4 组合压路机。
组合压路机采用一个振动鼓外加三个或四个充气轮胎(轮胎位于压路机后部),这种压路机试图将轮胎压路机和振动压路机的优点结合起来,组合压路机的应用可以减少需要的压实设备,适用于那些振动及轮胎压路机均需要的场合,或无严格规范控制的地方。然而组合压路机的效果没有独立的振动或轮胎压路机效果好。因此,组合压路机目前仍未推广应用。
3. 碾压工艺
热拌沥青混合料施工中,很重要的一点是混合料拌和、运输正常,路面连续摊铺,在开始碾压前形成一个均匀一致的铺层。一般情况,沥青路面的碾压包括三个过程,即:初压、复压、终压。各碾压阶段对压路机有不同的要求。
(1)初压。
初压是碾压过程的第一步,通常采用振动压路机,也可以采用静作用钢轮压路机。初压宜采用双轮驱动的压路机,因为驱动轮可以减少混合料的水平推移。非驱动轮会将其前面的混合料推移变形。初压应尽可能在高温下进行,但沥青胶结料的温度也不能过高,这取决于混合料组成和层厚,温度可达到150℃。一旦混合料冷却,沥青胶结料的粘度会增大,密实度则难以达到。初压时应当使压路机尽可能靠近摊铺机,这样可以在沥青混合料温度最高时碾压。如果混合料温度太高,粘在钢轮上,应立即退回压路机,等待几分钟,使摊铺料冷却。应当尽可能早开始碾压。通常容易出现的问题是开始碾压之前等待时间太长。
(2)复压。
复压在初压后进行,静作用钢轮、胶轮与振动压路机均应用于复压,振动压路机通常采用低幅(与初压相比较),复压是获取压实度的最后一步,也是获取路面平整度的第一步。对于较难压实的混合料,根据需要可选用重型压路机进行复压。
(3)终压。
终压可以提高路面平整度,在路面温度尚能消除轮迹时进行,通常采用静作用钢轮压路机和胶轮压路机,振动压路机以静压的方式也可以用于终压。一般来说,终压应在混合料低于80℃前完成。低于此温度,就变得很难压实。不同的混合料有不同的最低压实温度要求,一些较高,一些低于经验值,必须区别对待。
4. 典型路面的压实
4.1 薄层路面的压实。
当路面的厚度小于4cm被认为是薄层。薄层通常作罩面或新建面层的磨耗层。为了避免过压或破坏集料,通常采用略小的压实功,压实薄层混合料常需要采用静作用压路机,振动压路机应采用静压的模式或较小的振幅。碾压薄层混合料需特殊小心,以下是一些有益的经验:
(1)当压路机停在薄层上时不要在路面上转向。这条原则适用于各种厚度的铺层,但对薄层来说更重要,因为它们易于损坏或扭曲变形。(2)碾压薄层铺面时,可以关闭钢轮的振动系统,进行静作用碾压,或者用单轮、小振幅振动。操作手应当试验在各种参数下碾压,从中选择最佳方案。(3)当改变方向或停止时,一定要关闭振动系统,这可以防止轮子总在同一点振动,这条原则也适用于所有层厚的情况。有些压路机有自动关闭振动系统的功能,在薄层上工作更容易。如果铺层为斜坡,应从新铺层的低位处开始碾压。(4)尽可能地紧跟摊铺机碾压,记住薄层降温很快,只有较短的时间可以达到所需的压实度。另外,低温碾压容易压碎集料。
4.2 厚层路面压实。
厚层的路面(厚度大于7cm)易于压实,主要因为厚层保温时间长,碾压工作的时间长一些。同时由于厚层不易过压,压碎集料少一些,因此可以采用更大的压实功。振动压路机可以采用较高的振幅。因此与薄层同样的压实次数就可能得到所需的压实度。
碾压厚层路面需注意的一点是:初压时轮前的混合料可能会推移,如果这种现象发生,可以采用两种解决办法:改变碾压的模式,使压路机远离摊铺机(使混合料稍许冷却),或者初压采取静压或者低振幅的方式。对于较厚的摊铺层,可能只选择前钢轮振动压实效果最好。启动钢轮振动会将钢轮下的混合料卷起,而不是像静作用碾压那样向前推混合料而形成波形。同样需要试验几种不同的振幅或频率,以便达到双钢轮压路机的最佳效果。
5. 结语
路面的压实是路面施工的最后一道工序,也是影响沥青路面施工质量的关键工序。实践表明:大多数路面病害都与路面压实不足有关,如:水损坏、压实型车辙等。因此,路面压实已逐渐被人们所重视。影响路面压实的因素很多,简单来说,包括:材料、设备、工艺、环境因素等。本文针对路面压实设备进行了介绍,对各种类型设备的压实特性进行了分析,从而使工程技术人员能够合理选择及运用。
[文章编号]1006-7619(2010)05-11-411
[作者简介]
王慧斌(1982.10-),男,汉族,四川南充人,工程师。
王火明(1982.10-),男,汉族,助理工程师。
蔡丽(1980.9-),女,工程师,大学本科。