蒙脱土改性沥青混合料碾压工艺

2014-03-20张铁军

交通运输研究 2014年11期

关键词：铺层压路机集料

张铁军

（邯郸市交通运输局，河北邯郸 056001）

1 影响路面压实的主要因素

影响路面压实的主要有材料的性质、结构层厚度、沥青混合料的温度、环境方面的原因等。

1.1 材料的性质

影响路面压实的主要因素是材料，材料主要包括集料、沥青。

集料的表面非常粗糙、纹路清晰可见，肉眼均可见每个颗粒呈与立方体相似的形状，级配的设计方面也很粗糙、不平滑。集料与集料之间无法进行移动、具有很大的摩擦力，要用相当大的能量才可压实；如果集料的表面非常平滑、级配的设计非常精细、外形美观细腻润滑、颗粒很小，那么集料与集料之间便具有很小的摩擦力，即集料间只需很小的能量就能靠拢压实在一起；如果集料的材质非常柔软并且没有过高的强度，那么这些集料经过钢轮压路机的碾压，十分容易发生破碎，如果密实性不好，则更无法进行压实等操作。集料的最大特点是吸水性强，这使沥青由表面渗透到集料中，并使混合料干燥，对压实造成很大的阻碍。

如果混合料用的材料为沥青结合料，沥青结合料的特性也制约着路面的压实。由于沥青结合料的高黏度特点将阻碍集料颗粒向各个方向移动，影响混合料的压实；如果混合料的沥青量比率较低时，混合料集料的润滑性能将很差，混合料也会变得干硬、发涩，从而制约路面的压实。

1.2 结构层的厚度

一般情况下，如果铺层比较厚、并且厚度接近压实度时，会使保温的时间很长，碾压可以有充足的时间；如果铺层较薄，会导致保温的时间短，温度很快降下来，碾压的过程可以用很少的时间完成，不利于完成铺层的压实操作。所以，如果是4cm以下的薄层混合料，可赋予其稍高的初压温度，使压实过程有充足的时间；如果是7cm以上的铺层混合料，可赋予其稍低的初压温度，使压实的过程不必太长时间完成。

沥青路面结构层的厚度要适当，一般其厚度要和混合料最大公称粒径成一定的比例。通常情况下，沥青路面结构层的厚度要大于或等于三倍的混合料的最大公称粒径。如果沥青路面结构层的厚度小于混合料的最大公称粒径，路面会出现分崩离析的现象，阻碍路面压实，甚至会压碎集料，从而无法保证路面压实操作的有效进行。

1.3 沥青混合料的温度

一般情况下，如果沥青混合料的温度过高，在压路机碾压时，沥青混合料将会发生相对位置移动；如果沥青混合料的温度过低，则混合料将被硬化，路面不能压实。能够用充足的时间完成压实操作的温度才是最适合的压实温度。

要想得到最合适的压实温度，就要注意集料与集料之间的各种性质，主要包括集料之间的摩擦阻力、沥青黏度、混合料级配、混合料的体积等。以上性质中，如果某一个参数发生改变，其压实温度也会发生相应的改变。如果想找到合适的碾压温度，可采用沥青结合料的黏温曲线加以明确。

碾压施工过程要尽量在沥青混合料温度较高时进行。如果压路机的重力能够为摊铺层所承载时，钢轮将不会黏附粒料，而且粒料的压痕不会很大，物料的位移也将不会改变，即开始碾压的操作。

1.4 环境因素

制约路面压实的环境因素包括温度、风向、速度、下铺层温度等。空气温度越低，则混合料温度也相应变低，碾压时间也变短。通常情况下，温度小于5℃时，薄层沥青的路面将无法完成施工。制约路面压实的重要环境因素是风，如果风速越大，则混合料温度降低的时间缩短，碾压的时间也相应变短。而且风向风速会使温度迅速降低，混合料的表面结成一层硬壳，将制约沥青混合料的碾压程度、速度，碾压层的压实度也无法得到保障。制约路面压实的重要环境因素是下铺层的温度，如果下铺层过冷，混合料的热量将被过快的吸收，铺层薄的时候，热量也将严重散失，不利于碾压施工，无法保障铺层的压实程度。

2 Superpave混合料特性的决定性因素

沥青混合料的压实特性由材料的内摩擦力、黏性阻力、黏附性所决定。骨料的形状、表面结构决定集料内摩阻力的大小，强度、耐磨性、颗粒间的嵌挤决定集料内摩阻力的性质。如果混合料的骨料自然而圆润，那么在路面压实过程中颗粒的内摩阻力小，颗粒之间易产生滑动；如果颗粒容易破碎、表面不平滑、并且混合料骨料棱角多，产生的摩擦阻力将很大，造成压实困难，骨料破碎的比例将很高，如果混合料存在较大的内摩阻力，将阻碍压实的操作。沥青结合料的特点是具有一定的黏性、弹性，高温时沥青结合料是黏性液体，低温时沥青结合料是弹性固体。所以，沥青的黏性阻力最敏感，而对其影响最大的是温度。如果温度低，则沥青黏性阻力大，压实过程中颗粒不易被重新排列；沥青黏度大时，则需要的压实温度较高，沥青黏性阻力小，有利于压实。

Superpave混合料的特点是，级配时粗集料多、细集料少，选择原材料时注意集料对破碎的相关要求、集料的棱角等特点。为了适应压实的特性，采用细集料；同时，如果中、粗集料所占的比率较高，将使混合料的温度下降速度快，碾压时间也相应缩短，使压实的程度难以得到保障。

Superpave混合料中含有少量的沥青，碾压过程中，混合料骨料之间的抗滑阻力增大，影响混合料的压实程度。

Superpave混合料最重要的特点是具有温度的敏感区。对施工的具体过程，Superpave混合料碾压不稳定区的温度在93~115℃。如果在93~115℃碾压Superpave混合料，将使混合料发生重大位移，路面也会产生发丝形状的裂纹，如图1所示。

图1 温度敏感区的路面裂纹形状

因此，碾压Superpave混合料时，一定要避开93~115℃的温度敏感区。要符合上述条件，将面临两种情况：（1）将混合料的温度降到115℃之前，进行碾压操作，同时增加压路机数量、制定相应的工艺，使路面达到一定的压实程度；（2）温度在115℃以上时，使用振动压路机碾压道路。如果温度在95℃以下，采用静压的方式进行碾压操作，如果温度在93~115℃的敏感区之内，则用轮胎压路机进行碾压操作。

3 蒙脱土改性沥青混合料的碾压工艺

3.1 蒙脱土改性沥青混合料碾压存在的问题

（1）本文的研究是Superpave12.5型混合料的设计配比、级配（见表1）。

表1 蒙脱土改性沥青混合料的材料与配比

（2）路面上面层结构为4cm，层面很薄，降温速度快。因为压实沥青路面受混合料的温度影响，所以在一定的温度下碾压才会有较好的压实效果。如果在适宜的温度下进行碾压，会磨掉骨料表面的沥青膜，压实程度也会相应增加，尽管增加的幅度略小。一系列的研究数据显示，如果沥青混合料的温度小于90℃时，会影响压实的程度。所以，混合料的出料温度、环境温度以及摊铺的厚度决定了碾压的时间，即一定的环境温度、出料温度下，碾压的时间将受铺层厚度的影响与制约。碾压时间、碾压温度根据铺层厚度不同而相应的有所不同，如表2、表3及图2所示。

表2 在气温16℃时，层厚不同所允许的碾压时间

表3 在气温12℃时，层厚不同所允许的碾压时间

图2 不同层厚下的允许碾压时间

根据上述的图表所示（表2、表3、图2），如果铺层较薄，则允许的碾压时间相应变少。在较少的时间里将很难完成碾压过程。

3.2 碾压工艺、质量的控制

碾压沥青路面主要涵盖三个过程，见图3。

图3 沥青路面的碾压阶段

由于蒙脱土改性沥青混合料路面在压实方面存在工艺、流程的不足，要采用相应的工艺、同时对质量进行相应控制，使路面达到一定的压实程度。

初压时，采用的设备是2台英格索兰DD110压路机、每台压路机都跟随一台摊铺机。碾压的方式是从低到高。其中一台碾压的路径要沿着接缝，不推移、黏轮的情况下进行振动；如果与上述情况不符，则需先静止、后振动。参数设置：静压重叠占轮宽的1/2，振动碾压要重叠30cm，碾压要在4~6遍之间，静压的速度达到2~3km/h，振动碾压的速度达到4~5km/h。

复压时，采取的硬件是两台徐工XP261胶轮压路机（其碾压速度达到3~5km/h），和初压的DD110压路机一起行动，并跟随DD110压路机，一起进行三次碾压。

终压时，采用的设备是一台DD110压路机，在复压后进行碾压，速度达到3~5km/h，共进行两次碾压，直到路面没有轮迹则停止。

碾压的模式是阶梯式的，位置是压路机每次由两端折回处，紧跟着摊铺机向前往后推进。在折回的位置不要出现在同一个横断面，而且在已碾压的层面再向纵向重叠1~1.5m，如图4所示。