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摘要:本文主要针对沥青混凝土路面压实影响因素及压实质量控制展开了分析,对沥青混合料压实工艺及压实设备作了系统概述,并在分析了沥青混合料压实质量影响因素的基础上,给出了一系列相应有效的加强措施,以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词:沥青混合料;路面压实;影响因素;质量控制
在沥青混凝土路面施工中,对沥青混凝土必须进行压实,才能提高沥青混凝土混合料的强度、稳定性以及疲劳特性。因此,压实质量的好坏直接影响到沥青路面的平整度、密实度。但在实际的压实过程中,存在着一定的影响因素,干扰着压实质量,需要我们及时采取有效措施做好应对,以保障路面压实的质量,从而确保沥青混凝土路面的施工质量。
1 沥青混合料压实工艺及压实设备
我国常用型号的双钢轮静力压路机的吨位一般为:8~10t,10~15t,15~18t,18~21t等。静压钢轮压路机在铺筑层上滚动时,自重和荷载所产生的静压力通过混合料颗粒相互传递,使颗粒发生相互靠近和嵌挤,少量的小颗粒进人大颗粒之间,大颗粒的重新排列受到颗粒之间摩擦阻力的阻碍作用而移动困难,由于混合料颗粒之间内摩阻力的反作用,实际作用在混合料颗粒上的静压力强度由上层到下层依次降低,随压实遍数的增加,上层的密实度明显要大于下层,上层混合料的内摩阻力也会增大,这影响了静压力的向下传递,导致作用在下层混合料颗粒上的静压力较小,密实度没有上层混合料好。这使得静压钢轮压路机的压实厚度受到一定限制。
振动压路机主要通过振动轮高频振动对路面材料进行压实,目前应用于沥青混合料压实主要为8~10t,10~15t,15~18t,18~21t等钢轮振动压路机。振动压实能够使被压实沥青混合料颗粒由静止状态转变为运动状态,混合料中颗粒间的摩擦状态也由初始的静摩擦变化为滑动摩擦状态,而混合料中的自由沥青充当了颗粒间的润滑剂,为矿料颗粒的相互运动提供了有利条件。此外,振动冲击作用可使混合料颗粒间相对位置发生改变,并相互填充,促进孔隙率减小,密实度增大。当振动轮的振动频率接近材料的自身频率时,材料与碾压轮就能形成共振,加大被压混合料振动,激振力的纵深传播可使深层材料也能得到较好的压实,从而提高了压实效果和压实速度,其压实能力明显优于静力压路机。
与钢轮压路机不同,轮胎压路机的压实轮为充气轮胎,其充气压力一般为0.2~0.8MPa。目前使用较多主要有9~16t、6~25t、20~30t等系列的轮胎压路机,其工作装置是两排并列的充气轮胎,并有驱动轮和从动轮之分。轮胎压路机的揉压作用不仅可以使沥青混合料得到良好的压实效果,而且还有助于将混合料中多余的沥青结合料返到表层,提高表面的密封效果。其次,轮胎压路机还能消除路面表面由于静力钢轮压路机和振动钢轮压路机碾压时由于混合料推移等原因而造成的热裂缝,从而阻止水、空气和泥浆等进人路面沥青混合料内部,能有效防止路面过早地出现病害。
由于不同压路机的压实原理不同,因而使用条件也不相同。静力压路机主要适用于初压和终压阶段,而振动压路机能增大压实深度,有利于被压实材料形成“骨架-密实”结构,主要用于复压阶段,轮胎压路机独有的揉搓作用能够进一步促进沥青混合料的密实状态和均匀性,主要用于复压阶段。虽然规范中对压实工艺有较为明确的规定,而且压实机械吨位越来越大,功能越来越多,但在实际工程中,由于压实质量引起的路面损坏仍然屡见不鲜。
2 影响沥青混合料压实质量的因素
(1)材料组成。沥青混合料的压实过程实质上是通过压实机械施加外力,克服混合料中的抗剪切力和粘结力,排出空气,促进矿料颗粒相互嵌挤,以混合料达到密实的过程。沥青混合料种类繁多,由于混合料级配、沥青含量、沥青标号、添加剂使用情况等的不同,新拌沥青混合料的粘结力和抗剪强度有很大差异。一般而言,流动性好的混合料相对容易压实,流动性差的混合料较难压实。
(2)压实设备。用于沥青混合料压实的设备主要包括静压钢轮压路机、振动压路机和轮胎压路机。压实过程中,静压钢轮压路机和轮胎压路机的主要压实参数为压路机的吨位和行驶速度,相较而言,振动压路机的压实参数更为复杂一些,除了上述吨位和行驶速度之外,振动频率、振幅以及激振力的大小对压实效果有明显的影响。在沥青混合料压实过程中,压路机吨位越大,压实能力越强,但吨位过大,会在压实过程中使混合料内部造成损伤;一般,较慢的行驶速度,能够获得较好压实效果,但较慢速度同时也会影响施工效率。对于振动压路机来说,工作频率过高,会造成钢轮跳离地面后,在空中停留的时间过长,形成所谓“失偶”现象,频率过低,达不到振动压实的效果。
(3)碾压流程。沥青混合料碾压流程主要涉及不同阶段压路机的配置和压实遍数。按照目前普遍的认识,随着现场沥青混合料温度从高到低,沥青混合料的压实被分为:初压阶段、复压阶段和终压阶段。为了在混合料温度持续下降的过程中争取充足的时间,通常在进行沥青混合料压实过程中需要配备足够数量的压实机械,同时设备的搭配要根据需要进行调整。压实机械数量不足或搭配不当会严重影响压实效果。压实机械的碾压遍数对压实度会产生直接影响,因此无论在压实的那个阶段都应有足够的压实遍数以保证混合料能被良好压实,一般在碾压初始阶段,压实度会明显增长,当压实度增长到一定程度后,便增长缓慢。
(4)施工时混合料温度的影响。沥青混合料的流动性和可压性受温度的影响极为显著。摊铺温度、初压温度、复压温度、终压温度四个阶段温度指标的变异对压实度的影响很大。沥青混合料作为一种粘弹性感温体,温度越高,其可塑性越大。在一定范围内,温度越高,混合料越容易压实,压实度均值越高。但随着温度的增高,混合料温度本身的变异性增大,导致压实度的变异性也随着增大。
(5)压实层厚度的影响。当碾压工艺、碾压温度相同时,较厚的沥青混合料摊铺层可使材料的热度保持比较长久,能为碾压提供更充裕的时间。沥青混合料的压实同其它土工材料如路基土、水泥稳定碎石基层等压实规律不同。一般的路面材料,压实度随着压实层厚度的增大而减少,但沥青混合料情况有所不同,当沥青混合料压实厚度较小时,沥青混合料温度散失快,并且沥青混合料没有足够的可移动空间达到颗粒的嵌挤,压实效果变差。但压实层厚度也不宜过大,否则会减小有效的压实功,压实度也会下降。 (6)下承层。在我国目前半刚性基层沥青路面为主要路面结构的情况下,沥青混合料压实成型过程中,下承层有可能是刚度较大的半刚性基层,也可能是刚度相对较小的沥青混合料下面层、中面层。研究发现,当外界温度相同时,由于黑色易于吸收阳光的热量,沥青混合料下承层的温度比半刚性材料下承层的温度略高,在摊铺和压实过程中,有利于沥青混合料维持较高的温度,此外,由于更接近路面表层,结构层平整度要求越来越高,沥青混合料下承层往往比半刚性材料下承层具有更好的平整度,有利于被压实层沥青混合料摊铺过程中厚度的均匀性的控制,进而有利于压实。
(7)环境条件对压实度的影响。环境条件主要包括施工现场的气温、风力和阳光强度。在其他条件相同的情况下,环境条件影响沥青混合料温度下降速度,进而影响沥青混合料的压实效果。环境温度低,则摊铺,碾压过程中沥青混合料温度损失较大,温度下降较快混合料碾压时必然要消耗更多的压实功,更难以压实。若温度损失过大,可能会造成空隙率过大,压不实的情况。
(8)混合料离析对压实度变异性的影响。在热拌沥青混合料中由于粗、细集料在拌和、运输、摊铺过程运动过程中的动力特性存在差异,或多或少存在粗、细集料分布不均的情况,并形成级配离析。粗骨料集中区域沥青路面的沥青含量低、空隙率较大;而细集料集中区域沥青路面的沥青含量大、空隙率较小。这两种情况均会增大压实特性出现变异性,影响压实效果。除了混合料出现离析以外,由于热拌沥青混合料在运输、摊铺的过程中,不同位置的混合料温度下降不一致造成的温度离析也越来越受到重视。温度离析造成的不同部位置沥青混合料温度差异,同样导致压实特性的变化,最终影响沥青混合料的压实质量。
3 提高沥青混合料压实质量措施
(1)调整压实机械参数。沥青混合料压实需要多种压路机的配合,其中包括静压压路机、振动压路机和轮胎压路机。静压压路机和轮胎压路机结构简单,压实参数的确定相对简单。相比之下,振动压路机运行过程中涉及到频率、振幅和激振力,确定合理压实参数相对复杂一些。
研究表明,由于沥青混合料本身的粘滞作用,振动压路机振幅大小对沥青混合料中集料颗粒运动位移影响不大。因此,用于压实沥青混凝土材料的振动压路机的工作振幅可以选择小一些,过大的振幅会造成沥青混合料“过压实”的现象,形成压实后的路面疏松、材料级配失调等现象,降低了路面质量,对于压实沥青混凝土面层,名义振幅可取值为0.4~0.8mm。
振动压路机频率过低,无法发挥振动压路机的优势。工作频率选择过高,振动压路机对地面的作用力与振动器所产生的激振力之比很小,会一部分激振力不能充分发挥作用,造成能量损耗。此外,过髙的工作频率,也会造成下车跳离地面后,在空中停留的时间过长,形成所谓“失偶”现象,引起路面出现“搓板形”。综合考虑在沥青混合料做的压实过程中,振动压路机的工作频率一般取40~50Hz为宜。
振动压路机工作速度是指振动压路机在进行压实作业时的行走速度,与静作用压路机相比,振动压路机的工作速度对压实效果的影响特别明显。根据经验,工作质量大于5t的振动压路机的工作速度应在4~6km/h的范围内。
振动压路机分为单轮驱动和双轮驱动,单轮驱动的振动压路机在压实过程中,其压实轮属于“被动滚动”。双轮驱动的振动压路机两个压实轮在工作时均为“主动滚动”。研究表明,压实过程中。在抑制被压沥青混合料产生推挤、表层位移和出现微裂的现象方面,压实轮采取“主动滚动”方式明显好于“被动滚动”的压实轮。此外,双轮振动压路机的压实功能是单轮振动压路机的两倍。两轮同时振动的串联式振动压路机与只有单轮振动的串联式的振动压路机相比,为达到同一密实度,前者需要的碾压遍数少。因此,在压实沥青混合料做的过程中应将可能的使用双轮驱动的钢轮振动压路机。
胶轮压路机的胶轮气压对胶轮压路机的压实效果很重要。增加气压,轮胎接地面积减小,传递到铺层上的压力变大,因此,在复压阶段,轮胎气压应维持在较高的状态。减小胶轮的气压会造成轮胎底部鼓胀,接地面积增加,而接触压力减小,此时压实功减小,搓揉作用增强,所以低气压胶轮适用于终压阶段。另外,从目前实际应用来看,大吨位重型胶轮压路机越来越受到重视,特别是对于一些压实特性比较特殊的沥青混合料,大吨位的重型胶轮压路机更为有效。
(2)优化压实机械组合。一般情况下,在沥青混合料铺筑刚开始的时候,合理碾压工艺难以得知。当压路机类型及组合选定之后,需要根据经验初步确定压实速度、振频振幅、碾压作业段长度、有效压实时间等,最后通过试验路段来最终确定碾压工艺。我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)推荐了普通沥青路面的典型碾压工艺,但实践证明,这种压实工艺并不适宜于所有的沥青混合料,特别是沥青混合料表现出“干硬性”状态的情况下。除了规范中推荐的压实工艺以外,根据以往高速公路修筑实践,还有不同的压实工艺,其中2种方式可供参考。
第一种压路机组合方式为:在初压阶段采用轮胎压路机碾压,振动压路机紧跟在轮胎压路机后进行“复压”,振动压路机压实过程中,尽量提高振动频率,而振幅根据压实厚度进行相对调整。由于轮胎压路机在路表面留下的轮迹可以被振动压路机消除,所以采用这种组合方式压实沥青混合料一般不需要进行终压。此外,充气轮胎对沥青混合料良好的搓揉作用,可以使面层获得更好的密实性能,有效地减少上面层的渗水问题。
第二种推荐的压路机组合方式为:初压阶段和复压阶段均选用振动压路机,且压路机紧跟摊铺机,选择振动模式进行压实,如果路表面出现轮迹,可将压路机设置成静态模式进行消除。这种方式的特点是在混合料摊铺完成后直接用振动压路机振动碾压,不采用静力压路机进行初压,做到了在高温条件下进行碾压,充分发挥了集料颗粒间沥青的润滑作用。
当沥青混合料被摊铺机大面积摊铺并暴露在外界环境中后,沥青混合料温度下降非常快,而且此时也无法采取任何措施对其保温,需要抓紧时间尽快进行压实工作,在规定的压实温度范围内完成压实对确保压实质量至关重要。 (3)控制压实温度。新拌沥青混合料通常具有较高的温度,在运输、摊铺过程中,受气温、下承层温度、风的影响,温度会逐渐下降,于此同时,温度离析也会越来越严重。控制压实温度的核心是“保温”。通过合理的保温措施可以减少温度下降速度,同时促进沥青混合料温度的均匀性。对于混合料在运输过程中采取覆盖物保温的做法已被广泛的认可和采用,在环境温度较低的情况下能够有效地减少混合料运输过程中的温度散失。运输车辆不但是沥青混合料做的运输工具,同时也是沥青混合料临时的保温场所。在这方面仍需要进一步改善,例如,除了沥青混合料顶部采取覆盖措施,运输车辆车厢的四周同样可以粘贴隔热材料,阻止枥青混合料的温度散失。
4 加强沥青混合料压实过程质量控制及评价检测
(1)沥青混合料压实度快速检测。在沥青路面施工过程中,沥青混凝土面层压实度是一个重要控制指标。传统的沥青混合料密实程度评价主要有钻芯(表干法、蜡封法、水中重法)和核子密度仪法等。钻芯法通常是先通过在施工现场钻芯取样,然后将样芯送往实验室。采用表干法、水中重法、蜡封法等进行测定。钻芯取样费时费力,试验结果受人为因素和设备等影响较大,准确性和可靠性难以保证且具滞后性,同时,过多的钻芯取样对路面会造成不同程度的破坏。
核子密度仪利用同位素放射原理实时检测土工建筑材料的密度和湿度的电子仪器。具有速度快、结果准确等优点在国外使用广泛,研究表明,核子密度仪虽然了采用放射性元素,但只要严格遵守放射防护法规,执行放射防护标准,按照放射防护三要素进行合理防护,不会给放射工作人员和公众健康与安全带来危害,应该得到推广使用,但由于各种原因,国内使用很少。出于对辐射的忧虑,近年出现了无核密度仪。无核密度仪利用发射的电磁波在材料中的能量吸收和损耗来检测材料的密度。沥青混合料中沥青、集料、空气和水都有不同的介电常数。当沥青混合料被碾压后,混合料中各种成分的相互比例发生变化,材料的总介电常数发生改变,从而对电磁波的能量吸收的能力产生变化。无核密度仪通过检测电磁波能量的吸收和损耗的程度来反映材料的密度变化,为沥青混合料的压实控制提供了新方法。
(2)沥青混合料温度监控。沥青混合料成型过程中对温度有较为严格的要求,因此在铺筑、压实阶段的温度监控对保证压实质量有非常重要的作用。多年来,沥青混合料温度的现场测试多采用温度计、红外温度计,但温度计只能对测量“点温”。在成型过程中,沥青混合料的温度随着时间和位置随时变化,点温测量最大的缺点在于无法对大面积的沥青混合料进行有效监测,因此施工人员也不能真正了解某个时段沥青混合料的整体温度状况。红外热成像技术通过非接触方式探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,具有非接触、远距离、大面积扫查、结果直观等优点。目前的红外热象仪探测变化温度的精度高,温度分辨率高达0.1~0.02℃,能够探测的测温范围在-50~2000℃之间。通过应用证明了红外热成像技术在全面监控沥青混合料成型过程中温度变化方面远好于传统的点温检测,值得推广。
(3)压实机械工作情况控制。摊铺后的沥青混合料达到规定的密实状态,离不开压实机械有效合理的压实。按照规范规定,在沥青混合料铺筑开始阶段,都必须进行试验段的铺筑。通过试验段铺筑确定正常施工过程中的压实机械数量、配置以及压实工艺。其中,各型压路机在沥青混合料规定温度下的压实遍数和压实速度是正常施工过程中压实质量控制的重要指标。以往这两项指标主要依靠压实机械操作手自行控制,但实际中由于各种原因这项重要的工作做的并不好。为了防止施工过程中压路机压实变数和压实速度失控造成的压实质量,近年来,一些单位尝试在压路机上安装“黑匣子”,“黑匣子”内部的主要器件为GPS定位仪。通过远程监控安装在压路机上的GPS定位仪,就能够有效地得到现场压实机械的压实遍数和行进速度,从而避免了压实遍数和压实速度不满足要求造成的压实质量失控。
5 结语
综上所述,沥青路面的压实质量对路面的强度和耐久性能有很大影响,为使沥青路面适应交通荷载的需求及周围环境的变化,应保证沥青路面具备良好的压实效果。因此,我们要认真分析影响压实的因素,采取有效措施保障路面压实的质量,从而进一步提高沥青混凝土路面的施工质量。
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? t ? ? ?o? ? ? 1;工艺,解决了多年来困扰隧道的渗漏水难题。隧道防排水新技术的普遍应用,由于其独特的防排水功能和方便的施工特点,能确保隧道结构内部防水可靠、排水系统永久畅通,尽可能减少和消除了隧道衬砌结构外围的水压。
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【2】陈国举.关于山区公路隧道防排水施工技术分析[J].价值工程,2011,(2):159.
关键词:沥青混合料;路面压实;影响因素;质量控制
在沥青混凝土路面施工中,对沥青混凝土必须进行压实,才能提高沥青混凝土混合料的强度、稳定性以及疲劳特性。因此,压实质量的好坏直接影响到沥青路面的平整度、密实度。但在实际的压实过程中,存在着一定的影响因素,干扰着压实质量,需要我们及时采取有效措施做好应对,以保障路面压实的质量,从而确保沥青混凝土路面的施工质量。
1 沥青混合料压实工艺及压实设备
我国常用型号的双钢轮静力压路机的吨位一般为:8~10t,10~15t,15~18t,18~21t等。静压钢轮压路机在铺筑层上滚动时,自重和荷载所产生的静压力通过混合料颗粒相互传递,使颗粒发生相互靠近和嵌挤,少量的小颗粒进人大颗粒之间,大颗粒的重新排列受到颗粒之间摩擦阻力的阻碍作用而移动困难,由于混合料颗粒之间内摩阻力的反作用,实际作用在混合料颗粒上的静压力强度由上层到下层依次降低,随压实遍数的增加,上层的密实度明显要大于下层,上层混合料的内摩阻力也会增大,这影响了静压力的向下传递,导致作用在下层混合料颗粒上的静压力较小,密实度没有上层混合料好。这使得静压钢轮压路机的压实厚度受到一定限制。
振动压路机主要通过振动轮高频振动对路面材料进行压实,目前应用于沥青混合料压实主要为8~10t,10~15t,15~18t,18~21t等钢轮振动压路机。振动压实能够使被压实沥青混合料颗粒由静止状态转变为运动状态,混合料中颗粒间的摩擦状态也由初始的静摩擦变化为滑动摩擦状态,而混合料中的自由沥青充当了颗粒间的润滑剂,为矿料颗粒的相互运动提供了有利条件。此外,振动冲击作用可使混合料颗粒间相对位置发生改变,并相互填充,促进孔隙率减小,密实度增大。当振动轮的振动频率接近材料的自身频率时,材料与碾压轮就能形成共振,加大被压混合料振动,激振力的纵深传播可使深层材料也能得到较好的压实,从而提高了压实效果和压实速度,其压实能力明显优于静力压路机。
与钢轮压路机不同,轮胎压路机的压实轮为充气轮胎,其充气压力一般为0.2~0.8MPa。目前使用较多主要有9~16t、6~25t、20~30t等系列的轮胎压路机,其工作装置是两排并列的充气轮胎,并有驱动轮和从动轮之分。轮胎压路机的揉压作用不仅可以使沥青混合料得到良好的压实效果,而且还有助于将混合料中多余的沥青结合料返到表层,提高表面的密封效果。其次,轮胎压路机还能消除路面表面由于静力钢轮压路机和振动钢轮压路机碾压时由于混合料推移等原因而造成的热裂缝,从而阻止水、空气和泥浆等进人路面沥青混合料内部,能有效防止路面过早地出现病害。
由于不同压路机的压实原理不同,因而使用条件也不相同。静力压路机主要适用于初压和终压阶段,而振动压路机能增大压实深度,有利于被压实材料形成“骨架-密实”结构,主要用于复压阶段,轮胎压路机独有的揉搓作用能够进一步促进沥青混合料的密实状态和均匀性,主要用于复压阶段。虽然规范中对压实工艺有较为明确的规定,而且压实机械吨位越来越大,功能越来越多,但在实际工程中,由于压实质量引起的路面损坏仍然屡见不鲜。
2 影响沥青混合料压实质量的因素
(1)材料组成。沥青混合料的压实过程实质上是通过压实机械施加外力,克服混合料中的抗剪切力和粘结力,排出空气,促进矿料颗粒相互嵌挤,以混合料达到密实的过程。沥青混合料种类繁多,由于混合料级配、沥青含量、沥青标号、添加剂使用情况等的不同,新拌沥青混合料的粘结力和抗剪强度有很大差异。一般而言,流动性好的混合料相对容易压实,流动性差的混合料较难压实。
(2)压实设备。用于沥青混合料压实的设备主要包括静压钢轮压路机、振动压路机和轮胎压路机。压实过程中,静压钢轮压路机和轮胎压路机的主要压实参数为压路机的吨位和行驶速度,相较而言,振动压路机的压实参数更为复杂一些,除了上述吨位和行驶速度之外,振动频率、振幅以及激振力的大小对压实效果有明显的影响。在沥青混合料压实过程中,压路机吨位越大,压实能力越强,但吨位过大,会在压实过程中使混合料内部造成损伤;一般,较慢的行驶速度,能够获得较好压实效果,但较慢速度同时也会影响施工效率。对于振动压路机来说,工作频率过高,会造成钢轮跳离地面后,在空中停留的时间过长,形成所谓“失偶”现象,频率过低,达不到振动压实的效果。
(3)碾压流程。沥青混合料碾压流程主要涉及不同阶段压路机的配置和压实遍数。按照目前普遍的认识,随着现场沥青混合料温度从高到低,沥青混合料的压实被分为:初压阶段、复压阶段和终压阶段。为了在混合料温度持续下降的过程中争取充足的时间,通常在进行沥青混合料压实过程中需要配备足够数量的压实机械,同时设备的搭配要根据需要进行调整。压实机械数量不足或搭配不当会严重影响压实效果。压实机械的碾压遍数对压实度会产生直接影响,因此无论在压实的那个阶段都应有足够的压实遍数以保证混合料能被良好压实,一般在碾压初始阶段,压实度会明显增长,当压实度增长到一定程度后,便增长缓慢。
(4)施工时混合料温度的影响。沥青混合料的流动性和可压性受温度的影响极为显著。摊铺温度、初压温度、复压温度、终压温度四个阶段温度指标的变异对压实度的影响很大。沥青混合料作为一种粘弹性感温体,温度越高,其可塑性越大。在一定范围内,温度越高,混合料越容易压实,压实度均值越高。但随着温度的增高,混合料温度本身的变异性增大,导致压实度的变异性也随着增大。
(5)压实层厚度的影响。当碾压工艺、碾压温度相同时,较厚的沥青混合料摊铺层可使材料的热度保持比较长久,能为碾压提供更充裕的时间。沥青混合料的压实同其它土工材料如路基土、水泥稳定碎石基层等压实规律不同。一般的路面材料,压实度随着压实层厚度的增大而减少,但沥青混合料情况有所不同,当沥青混合料压实厚度较小时,沥青混合料温度散失快,并且沥青混合料没有足够的可移动空间达到颗粒的嵌挤,压实效果变差。但压实层厚度也不宜过大,否则会减小有效的压实功,压实度也会下降。 (6)下承层。在我国目前半刚性基层沥青路面为主要路面结构的情况下,沥青混合料压实成型过程中,下承层有可能是刚度较大的半刚性基层,也可能是刚度相对较小的沥青混合料下面层、中面层。研究发现,当外界温度相同时,由于黑色易于吸收阳光的热量,沥青混合料下承层的温度比半刚性材料下承层的温度略高,在摊铺和压实过程中,有利于沥青混合料维持较高的温度,此外,由于更接近路面表层,结构层平整度要求越来越高,沥青混合料下承层往往比半刚性材料下承层具有更好的平整度,有利于被压实层沥青混合料摊铺过程中厚度的均匀性的控制,进而有利于压实。
(7)环境条件对压实度的影响。环境条件主要包括施工现场的气温、风力和阳光强度。在其他条件相同的情况下,环境条件影响沥青混合料温度下降速度,进而影响沥青混合料的压实效果。环境温度低,则摊铺,碾压过程中沥青混合料温度损失较大,温度下降较快混合料碾压时必然要消耗更多的压实功,更难以压实。若温度损失过大,可能会造成空隙率过大,压不实的情况。
(8)混合料离析对压实度变异性的影响。在热拌沥青混合料中由于粗、细集料在拌和、运输、摊铺过程运动过程中的动力特性存在差异,或多或少存在粗、细集料分布不均的情况,并形成级配离析。粗骨料集中区域沥青路面的沥青含量低、空隙率较大;而细集料集中区域沥青路面的沥青含量大、空隙率较小。这两种情况均会增大压实特性出现变异性,影响压实效果。除了混合料出现离析以外,由于热拌沥青混合料在运输、摊铺的过程中,不同位置的混合料温度下降不一致造成的温度离析也越来越受到重视。温度离析造成的不同部位置沥青混合料温度差异,同样导致压实特性的变化,最终影响沥青混合料的压实质量。
3 提高沥青混合料压实质量措施
(1)调整压实机械参数。沥青混合料压实需要多种压路机的配合,其中包括静压压路机、振动压路机和轮胎压路机。静压压路机和轮胎压路机结构简单,压实参数的确定相对简单。相比之下,振动压路机运行过程中涉及到频率、振幅和激振力,确定合理压实参数相对复杂一些。
研究表明,由于沥青混合料本身的粘滞作用,振动压路机振幅大小对沥青混合料中集料颗粒运动位移影响不大。因此,用于压实沥青混凝土材料的振动压路机的工作振幅可以选择小一些,过大的振幅会造成沥青混合料“过压实”的现象,形成压实后的路面疏松、材料级配失调等现象,降低了路面质量,对于压实沥青混凝土面层,名义振幅可取值为0.4~0.8mm。
振动压路机频率过低,无法发挥振动压路机的优势。工作频率选择过高,振动压路机对地面的作用力与振动器所产生的激振力之比很小,会一部分激振力不能充分发挥作用,造成能量损耗。此外,过髙的工作频率,也会造成下车跳离地面后,在空中停留的时间过长,形成所谓“失偶”现象,引起路面出现“搓板形”。综合考虑在沥青混合料做的压实过程中,振动压路机的工作频率一般取40~50Hz为宜。
振动压路机工作速度是指振动压路机在进行压实作业时的行走速度,与静作用压路机相比,振动压路机的工作速度对压实效果的影响特别明显。根据经验,工作质量大于5t的振动压路机的工作速度应在4~6km/h的范围内。
振动压路机分为单轮驱动和双轮驱动,单轮驱动的振动压路机在压实过程中,其压实轮属于“被动滚动”。双轮驱动的振动压路机两个压实轮在工作时均为“主动滚动”。研究表明,压实过程中。在抑制被压沥青混合料产生推挤、表层位移和出现微裂的现象方面,压实轮采取“主动滚动”方式明显好于“被动滚动”的压实轮。此外,双轮振动压路机的压实功能是单轮振动压路机的两倍。两轮同时振动的串联式振动压路机与只有单轮振动的串联式的振动压路机相比,为达到同一密实度,前者需要的碾压遍数少。因此,在压实沥青混合料做的过程中应将可能的使用双轮驱动的钢轮振动压路机。
胶轮压路机的胶轮气压对胶轮压路机的压实效果很重要。增加气压,轮胎接地面积减小,传递到铺层上的压力变大,因此,在复压阶段,轮胎气压应维持在较高的状态。减小胶轮的气压会造成轮胎底部鼓胀,接地面积增加,而接触压力减小,此时压实功减小,搓揉作用增强,所以低气压胶轮适用于终压阶段。另外,从目前实际应用来看,大吨位重型胶轮压路机越来越受到重视,特别是对于一些压实特性比较特殊的沥青混合料,大吨位的重型胶轮压路机更为有效。
(2)优化压实机械组合。一般情况下,在沥青混合料铺筑刚开始的时候,合理碾压工艺难以得知。当压路机类型及组合选定之后,需要根据经验初步确定压实速度、振频振幅、碾压作业段长度、有效压实时间等,最后通过试验路段来最终确定碾压工艺。我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)推荐了普通沥青路面的典型碾压工艺,但实践证明,这种压实工艺并不适宜于所有的沥青混合料,特别是沥青混合料表现出“干硬性”状态的情况下。除了规范中推荐的压实工艺以外,根据以往高速公路修筑实践,还有不同的压实工艺,其中2种方式可供参考。
第一种压路机组合方式为:在初压阶段采用轮胎压路机碾压,振动压路机紧跟在轮胎压路机后进行“复压”,振动压路机压实过程中,尽量提高振动频率,而振幅根据压实厚度进行相对调整。由于轮胎压路机在路表面留下的轮迹可以被振动压路机消除,所以采用这种组合方式压实沥青混合料一般不需要进行终压。此外,充气轮胎对沥青混合料良好的搓揉作用,可以使面层获得更好的密实性能,有效地减少上面层的渗水问题。
第二种推荐的压路机组合方式为:初压阶段和复压阶段均选用振动压路机,且压路机紧跟摊铺机,选择振动模式进行压实,如果路表面出现轮迹,可将压路机设置成静态模式进行消除。这种方式的特点是在混合料摊铺完成后直接用振动压路机振动碾压,不采用静力压路机进行初压,做到了在高温条件下进行碾压,充分发挥了集料颗粒间沥青的润滑作用。
当沥青混合料被摊铺机大面积摊铺并暴露在外界环境中后,沥青混合料温度下降非常快,而且此时也无法采取任何措施对其保温,需要抓紧时间尽快进行压实工作,在规定的压实温度范围内完成压实对确保压实质量至关重要。 (3)控制压实温度。新拌沥青混合料通常具有较高的温度,在运输、摊铺过程中,受气温、下承层温度、风的影响,温度会逐渐下降,于此同时,温度离析也会越来越严重。控制压实温度的核心是“保温”。通过合理的保温措施可以减少温度下降速度,同时促进沥青混合料温度的均匀性。对于混合料在运输过程中采取覆盖物保温的做法已被广泛的认可和采用,在环境温度较低的情况下能够有效地减少混合料运输过程中的温度散失。运输车辆不但是沥青混合料做的运输工具,同时也是沥青混合料临时的保温场所。在这方面仍需要进一步改善,例如,除了沥青混合料顶部采取覆盖措施,运输车辆车厢的四周同样可以粘贴隔热材料,阻止枥青混合料的温度散失。
4 加强沥青混合料压实过程质量控制及评价检测
(1)沥青混合料压实度快速检测。在沥青路面施工过程中,沥青混凝土面层压实度是一个重要控制指标。传统的沥青混合料密实程度评价主要有钻芯(表干法、蜡封法、水中重法)和核子密度仪法等。钻芯法通常是先通过在施工现场钻芯取样,然后将样芯送往实验室。采用表干法、水中重法、蜡封法等进行测定。钻芯取样费时费力,试验结果受人为因素和设备等影响较大,准确性和可靠性难以保证且具滞后性,同时,过多的钻芯取样对路面会造成不同程度的破坏。
核子密度仪利用同位素放射原理实时检测土工建筑材料的密度和湿度的电子仪器。具有速度快、结果准确等优点在国外使用广泛,研究表明,核子密度仪虽然了采用放射性元素,但只要严格遵守放射防护法规,执行放射防护标准,按照放射防护三要素进行合理防护,不会给放射工作人员和公众健康与安全带来危害,应该得到推广使用,但由于各种原因,国内使用很少。出于对辐射的忧虑,近年出现了无核密度仪。无核密度仪利用发射的电磁波在材料中的能量吸收和损耗来检测材料的密度。沥青混合料中沥青、集料、空气和水都有不同的介电常数。当沥青混合料被碾压后,混合料中各种成分的相互比例发生变化,材料的总介电常数发生改变,从而对电磁波的能量吸收的能力产生变化。无核密度仪通过检测电磁波能量的吸收和损耗的程度来反映材料的密度变化,为沥青混合料的压实控制提供了新方法。
(2)沥青混合料温度监控。沥青混合料成型过程中对温度有较为严格的要求,因此在铺筑、压实阶段的温度监控对保证压实质量有非常重要的作用。多年来,沥青混合料温度的现场测试多采用温度计、红外温度计,但温度计只能对测量“点温”。在成型过程中,沥青混合料的温度随着时间和位置随时变化,点温测量最大的缺点在于无法对大面积的沥青混合料进行有效监测,因此施工人员也不能真正了解某个时段沥青混合料的整体温度状况。红外热成像技术通过非接触方式探测红外能量(热量),并将其转换为电信号,进而在显示器上生成热图像和温度值,具有非接触、远距离、大面积扫查、结果直观等优点。目前的红外热象仪探测变化温度的精度高,温度分辨率高达0.1~0.02℃,能够探测的测温范围在-50~2000℃之间。通过应用证明了红外热成像技术在全面监控沥青混合料成型过程中温度变化方面远好于传统的点温检测,值得推广。
(3)压实机械工作情况控制。摊铺后的沥青混合料达到规定的密实状态,离不开压实机械有效合理的压实。按照规范规定,在沥青混合料铺筑开始阶段,都必须进行试验段的铺筑。通过试验段铺筑确定正常施工过程中的压实机械数量、配置以及压实工艺。其中,各型压路机在沥青混合料规定温度下的压实遍数和压实速度是正常施工过程中压实质量控制的重要指标。以往这两项指标主要依靠压实机械操作手自行控制,但实际中由于各种原因这项重要的工作做的并不好。为了防止施工过程中压路机压实变数和压实速度失控造成的压实质量,近年来,一些单位尝试在压路机上安装“黑匣子”,“黑匣子”内部的主要器件为GPS定位仪。通过远程监控安装在压路机上的GPS定位仪,就能够有效地得到现场压实机械的压实遍数和行进速度,从而避免了压实遍数和压实速度不满足要求造成的压实质量失控。
5 结语
综上所述,沥青路面的压实质量对路面的强度和耐久性能有很大影响,为使沥青路面适应交通荷载的需求及周围环境的变化,应保证沥青路面具备良好的压实效果。因此,我们要认真分析影响压实的因素,采取有效措施保障路面压实的质量,从而进一步提高沥青混凝土路面的施工质量。
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? t ? ? ?o? ? ? 1;工艺,解决了多年来困扰隧道的渗漏水难题。隧道防排水新技术的普遍应用,由于其独特的防排水功能和方便的施工特点,能确保隧道结构内部防水可靠、排水系统永久畅通,尽可能减少和消除了隧道衬砌结构外围的水压。
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