沥青路面碾压施工胶轮初压工艺

巫益宝 WU Yi-bao；陈飞 CHEN Fei；宗焕清 ZONG Huan-qing

（①常州市市政工程设计研究院有限公司，常州213000；②江苏城乡建设职业学院，常州213000；③常州领航工程科技有限公司，常州213000）

1 研究背景

沥青路面碾压程序分初压、复压、终压三个阶段，传统施工碾压工艺采用钢轮压路机进行初压、复压根据情况可采用钢轮也可采用胶轮，传统工艺有粘料、泛油、表面不够粗糙、压实不均匀、面层嵌挤不够导致承载力低等缺陷，其中最突出的就是轮胎压路机碾压时轮胎粘料，目前解决轮胎压路机粘料的唯一办法，就是向轮胎喷擦柴油，每台轮胎压路机每台班喷擦的量，春夏季40 公升，秋冬季80 公升。2004 年国内出版的“沥青路面施工手册”中规定，严禁向轮胎喷擦柴油，直至今天，现在为解决轮胎粘料还在用。国外的做法是：给胶轮压路机轮胎穿围裙，保温，向轮胎涂擦隔离剂，但效果不理想，粘料成为沥青碾压的施工难题。笔者自2000 年开始探索胶轮初压工艺，力求解决传统工艺带来的主要问题。

目前在国内高速公路沥青路面的施工中，压实不足是一个比较突出的问题，主要原因是片面追求平整度和表面构造深度。这些项目通车以后路面平整度衰减较快，面层受行车荷载碾压后变形较明显。

2 创新工艺——胶轮初压原理

沥青混合料路面的性能主要取决于施工机械的压实效果，与标准压实度对应的空隙率增加1%会导致路面疲劳寿命降低35%。传统沥青混合料路面碾压通常采用钢轮压路机初压和复压，只在复压的后期采用胶轮压路机，终压再用钢轮压路机静压。

传统工艺采用钢轮初压胶轮复压存在下列问题：

①由于钢轮初压大量洒水，温度下降快，不能确保高温下完成复压；②胶轮复压时，混合料料温低，造成了轮胎粘料；③钢轮初压易造成混合料推移，折返处形成横埂；④钢轮初压带振动路面已成型，到胶轮复压时温度较低无法充分发挥轮胎的揉搓挤压功效；⑤胶轮复压时混合料温度低，轮胎印迹不易消除。

2.1 轮胎压路机的碾压机理

轮胎式压路机的工作装置是两排并列布置的充气轮胎，同时轮胎也是它的行驶机构。当压路机在混合料上驶过时，机械整个重量通过两排轮子作用于被压混合料。此时轮子对被压混合料有两种作用力：其一是垂直向下的静作用力，具有一定级配的混合料在垂直静载荷的作用下集料重新分布，小颗粒挤入大颗粒空隙中从而使混合料的密度增加并发生永久变形，经多次碾压混合料的密度最后达到实际残留变形等于零，这一作用过程和静力钢轮压路机相似；其二是水平方向作用力，水平作用力由两部分组成，驱动轮转动力矩所产生的切向力向后水平作用于混合料，机械推着从动轮前进产生一向前的水平力作用于混合料，这一水平作用力也与静力钢轮压路机相似；第二部分是轮胎压路机特有的轮胎变形产生的水平挤压力，轮胎在垂直静荷载与混合料垂直反力作用下变形（其变形量的大小与垂直静荷载及垂直反力成正比而与轮胎气压大小成反比），使轮胎与被压混合料在瞬时的接触面成为如图2 所示的形状。由于轮胎处于滚动状态，在各种力作用下产生变形给混合料水平向外作用力；再恢复变形使混合料在轮胎宽度方向受到向内的水平作用力和向后的水平作用力。这些交替变化的水平作用力和垂直向下的静作用力就形成了对混合料的挤压作用。

图2 胶轮初压工艺

《公路沥青路面施工技术规范》5.7.6.l 条规定：对摊铺后初始压实度较大，经实践证明采用振动压路机或轮胎压路机直接碾压无严重推移而有良好效果时，可免去初压直接进入复压工序。

2.2 胶轮初压的原理

胶轮初压工艺利用轮胎的可变形和温度窗口大的特点，有效地解决了钢轮初压的痛点。

由表1 可见传统工艺从钢轮初压至钢轮终压温度区间只有10℃，而胶轮初压至钢轮终压的胶轮初压工艺温度区间有30℃，这就为路面压实创造了更有利的温度窗口。

表1 传统工艺与胶轮初压工艺温度要求

与钢轮压路机相比胶轮压路机有以下特点：

①可以通过增减配重和轮胎气压调节接地比压，以适应于不同材料的压实；②采用动力强劲型发动机，可适用各种施工工况；③前进三档、后退二档，速度可在5.33-22.05km/h 变换，方便施工和转场；④前轮采用机械摇摆式悬挂装置；⑤具有行车制动、停车制动，制动性能可靠；⑥视野开阔的全景式驾驶室，具有较好的隔音、减振效果。顶式排风和收放机使驾驶更加舒适；⑦根据用户需要，可装备空调。

胶轮初压工艺具有与传统工艺明显不同的特点：

①轮胎接触面凹凸不平，对不同粒径集料施加均匀的压实功（图2），而钢轮接触面非常平整粗集料承受的压力大易造成集料游移和泛油（图1）；②胶轮初压接触面更大，粗糙度更好；③胶轮初压工艺是利用轮胎的揉搓挤压作用使混合料中的集料重新分布并处于易压实状态，在胶轮压路机的揉搓挤压和振动压路机交变压力的交替作用下，达到最佳的压实效果。

图1 钢轮初压工艺

胶轮初压用自身的水箱的容量把每只轮胎的压实重量调至1.8-2.0 吨。胶轮初压时，轮胎的压力不需要和胶轮复压时相同，不是轮胎越重越好。造成轮印的原因，是轮胎过重。造成轮胎痕迹的原因，是轮胎胎面无弧度。优化车辆组合，发挥各自的功能，经过初压、复压和终压，一个工作循环，终压温度控制在100℃以上，轮印自然消失。

轮胎的吨位不是越重越好。无胎面弧度的轮胎不能用作面层料的碾压。其原因在碾压过程中不会产生平滑曲线，容易产生轮胎痕迹，只能用于下面层和中面层沥青混合料碾压。

胶轮初压的工艺程序为：

①初压——轮胎——复压；

②复压——钢轮——终压。

轮胎压路机一次完成初压、复压两道工序。钢轮一次完成复压、终压两道工序，延长碾压长度简化工艺流程，减少折返点，以免形成横梗。

胶轮初压适用范围比较广，摊铺厚度在4cm 以下压实效果更佳。对于摊铺厚度与最大粒径比例在1:1 较好，例如 AC-20 采用 2cm 厚 AC-13 采用 1.3cm 厚。

如果是中下面层混合料采用胶轮压路机可一次完成初压、复压和终压整个碾压流程，无需钢轮压路机。

胶轮初压对施工气温要求较低，传统工艺要求不低于5℃（高速公路不低于10℃），胶轮初压工艺可以在零下5℃施工，在南方地区基本全年可以施工。

采用胶轮初压工艺，路面压实度可达98%（马歇尔标准压实度）以上，远高于规范要求的95%-96%，由于混合料空隙率大大降低增强了面层抵抗变形的性能和抗渗性能，对沥青路面延寿非常有益。

采用胶轮初压工艺可使沥青混合料面层承载能力、使用年限与道路基层协调，减少或避免设计年限内路面大修，节省路面养护费用的同时也减少大修对路面交通的干扰。

3 创新工艺——轮胎初压实施情况

传统的观点认为使用轮胎压路机初压会破坏沥青混合料路面平整度，实际上在控制好压实参数前提下轮印是不会破坏平整度的。沥青混合料刚摊牌后温度较高粘度较低，应趁此机会进行充分压实。尤其是改性沥青，粘度较普通沥青大，更应该在高温区段碾压，否则温度一旦降低，则很难压实。采用胶轮初压工艺极大地拓宽了沥青混合料碾压的温度窗口，使兼顾压实度、平整度、构造深度以及抗变形能力成为可能。

在这二十年中，胶轮初压工艺施工的道路有很多成功的案例；常州市东恒印染有限公司的厂区道路2005 年施工的，劳动东路支路2010 年元旦施工，当天温度为摄氏零下五度，交通流量大，超载量大，十多年过去了，道路质量完好。360 省道溧阳段于2017 年12 月施工，2 台摊铺机同时摊铺，用4 台轮胎压路机碾压，检测结果，不用钢轮压路机，达到碾压质量标准，钢轮压路机，轮胎压路机的每台班总用油520 公升，现在每台班的总用油量只要120 公升。2021 年8 月建成的中天钢铁集团厂内道路至目前为止经重载交通使用3 个月以上未见任何病害发生。

3.1 胶轮初压的装备要求

胶轮初压对压路机要求主要是重量和胎形，重量太重会产生较深轮印太轻则压实不足；胎形对搭接处是否平滑非常重要。

胶轮压路机装备要求：①保证做上面层料压路机每只轮胎的负荷为1.8-2.0 吨；②确保轮胎的气压正常，冷胎气压不小于0.55MPa；③做上面层料轮胎胎面弧度要求良好。

3.2 胶轮初压的注意事项

为确保混合料碾压质量胶轮初压有以下3 个重点事项需要注意：

①胶轮压路机要紧跟摊铺机碾压，轮胎压热后不粘料时应进20m 退40m；②钢轮要紧跟胶轮压路机，只要够钢轮碾压宽度就要开始碾压，应进40m，退40m；③钢轮要与胶轮串联交替碾压，不能分段碾压。

3.3 胶轮初压工法

经多年实践和逐步完善，胶轮初压的碾压流程推荐采用：①胶轮一次完成初压复压，进20m 是初压，退40m20m是复压；②钢轮一次完成复压终压，进40m20m 是复压，退40m20m 是终压；③胶轮、钢轮各工作一次，完成一个工作循环，初压，复压，终压；④冬天进20m 退40m，夏天可进30m 退60m，增加了碾压长度减少折返点，提高了平整度；⑤胶轮初压工艺压一段路面碾压2 遍12 个折回点，增加了一半以上的有效压实时间与温度。

利用胶轮压路机对摊铺后的沥青混合料进行碾压的步骤之前还包括：向胶轮压路机的轮胎上涂覆防粘结剂。

初压利用胶轮压路机对沥青混合料进行揉压，碾压速度为2.5-3.0km/h；复压时利用胶轮压路机对沥青混合料进行揉压，碾压速度为3.5-4.0km/h；终压利用双钢轮压路机分别对沥青混合料进行静压至无轮胎印迹，碾压速度为3.0-4.0km/h。

上述双钢轮压路机上设置有自动喷水装置用于向轮胎喷射水雾。

沥青混合料在初压时的温度不低于150℃，在复压时的温度不低于90℃。

复压采用轮胎压路机的轮胎充气气压处于冷态时不小于0.55MPa，发热后不小于0.6MPa。

使用双钢轮压路机对沥青混合料进行复压时，采用振动碾压。振频不小于35-50Hz，振幅不小于0.3-0.8mm。

传统工艺压4 遍48 个折回点，多了36 个停车起步折回点，新工艺。省工、省时、省钱、高效。

沥青路面施工手册中要求，如提高碾压温度则碾压遍数可以减少，轮胎初压遍数只要2-3 遍，就可以达到碾压质量要求，这只有轮胎初压才能做到，由此产生了创新性生产力。温度决定碾压质量，压实度单靠吨位大压实力强不容易达到，只有综合有效的压实时间、温度、碾压幅度和一定的压实力才能达到压实效果。

3.4 胶轮初压经济效益显著

通过实践证明，胶轮初压工艺可以减少一半压路机，减少一半人工，用油减少一多半，并增加了一半以上的有效压实时间与温度窗口。按配备2 台摊铺机计，压路机从8 台（耗油 520L）减少到 4 台（耗油 120L）；加水车及人工减少1000 元/日；节省喷擦轮胎用柴油60L。

胶轮初压工艺不仅可以省工省料还节能环保、延长路面寿命，综合各方面体现其经济性。

采用胶轮初压工艺，在沥青混合料路面碾压质量要素方面实现8 项可控：

①洒水量；②有效压实时间；③有效压实温度；④碾压幅度；⑤混合料与最大粒径比例；⑥压实度；⑦避开混合料不稳定温度区间；⑧低温施工。

以上8 项可控导致最终的结果是碾压质量可控，胶轮初压工艺的创新使沥青混合料路面施工质量产生革命性的飞跃，该碾压工艺为国内首创。

4 几点建议

作者历经二十余年的时间研究沥青路面碾压工艺，用十五年时间进行胶轮初压工艺验证并获得国家发明专利（专利号：ZL 2010 1 0561526.9）。

4.1 胶轮初压工艺实施建议

①采用胶轮初压工艺可适当减薄面层厚度，特别是对于不连续级配胶轮压路机的摩擦易使粗骨料浮起，导致结构深度减小甚至出现泛油，因此适当减薄面层厚度不但不会导致道路面层承载力降低反而压实度更好承载力更高；②推荐施工方法：压路机进20m，退40m，夏季可采用进30m，退60m，具体以轮胎不粘料为标准，此方法也叫搭积碾压法；③SMA 改性沥青完全可采用轮胎初压，但混合料温度必须130℃以上；④终压温度越接近摄氏100℃轮印越少，不粘料且路面抗渗性能好。

4.2 胶轮初压改进的方向

①对重载沥青路面的胶轮初压进行专项研究，逐步解决重交通沥青路面车辙和横向变形等通病；②可针对摊铺厚度与集料最大粒径比例进行进一步实验以找到最佳适配比例。

轮胎压路机在沥青混合料路面碾压上具有其它类型压路机无法比拟的优势，因此在沥青路面压实机具选配时应将轮胎压路机作为首选。胶轮初压工艺，已得到了很好的实践，随着该技术的推广应用，必将产生巨大的经济与社会效益，是一项利国利民的新工艺。

5 结束语

胶轮初压核心是解决了沥青路面碾压的温度窗口问题，传统工艺按照钢轮-胶轮-钢轮的流程进行碾压容易导致后期压实效果不佳。温度决定碾压质量，胶轮初压工艺避开沥青混合料温度不稳定区，轮印可控、不粘料且压实效果更佳，压实度达到98%，还可以节省施工机械台班和人工。与钢轮初压工艺相比胶轮初压更具有科学性、先进性、合理性和实用性。