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***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***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。