基于沥青路面坑槽修复的振荡压实应用研究
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引言

30年来,中国道路施工方式从纯人力发展到机械化,施工材料也得到巨大突破,具有减振、降噪特性的沥青混合料被广泛使用;与此同时,公路病害屡见不鲜,路面坑槽作为一种常见的路面早期损坏,严重影响车辆行驶的舒适性和安全性,折损道路使用寿命。

大量研究表明,坑槽现象与压实效果不佳密切相关。静力压实深度有限,振动压实也因冲击效应往往造成集料破碎、路面不平及裂缝等现象,得不到令人满意的压实效果。

材料能否被压实与所受碾压力的作用方向无关,因此振荡压实技术被提出并得到发展。振荡压实平缓无冲击,能够适应特殊区域的压实,而且其揉搓作用能够避免冲击产生的缺陷,压实效果良好。

本文以沥青路面坑槽修复工程为依托研究振荡压实,不仅能够验证振荡压实的优越性,还可通过记录过程的资料和数据对振荡压实及坑槽修复工艺进行理论分析。

沥青路面振荡压实机理

振荡压路机普遍采用的双轴机构:在工作过程中发动机除提供行进驱动力外,同时将扭矩通过副齿轮箱传递给振荡轮上的液压发动机,从而驱动双轴带动偏心质量块旋转;旋转过程中,偏心质量块将产生总是处于水平方向的离心力,使得振荡轮由水平往复位移。

振荡轮中心以一定的振幅和频率进行水平振荡。

异于冲击作用,振荡压路机产生的水平激振力将通过其在沥青混合料面上产生的摩擦力传递给钢轮,这样就在混合料面上产生水平方向的连续搓揉作用。压实过程中钢轮与混合料连续接触,解决了振动压路机冲击力作用下引起的集料破碎、路面裂缝等问题,其激振力沿行进方向传播,对道路周围的结构体影响小,适用于特殊区域压实。

随着压实的进行,沥青混合料的刚度增加,阻尼系数减小,若摩擦力不足以将激振力完全传递给沥青混合料,系统将会出现滑转,从而导致有用功率下降,激振能量不能得到较好利用。因此,有必要合理地调节振荡频率和振幅等参数,以输出最佳激振力。

坑槽修复试验方案

根据试验要求和实际条件,选取某段乡镇道路进行坑槽修复,该地区按中国气候分区为2-4,年降雨量大于1000mL

坑槽修复准备

沥青路面如果压实不佳,或在水作用、交变车辆载荷的作用下,将会产生坑槽损害,同等载荷作用下坑槽边缘外将会产生510倍于正常路面的应力,加剧路面破坏。采用挖填法进行修复,能够彻底解决坑槽问题,同时采用振荡压实能保证路面压实效果。

开槽是挖填法修复坑槽的首要环节,本试验选取的坑槽深度为4.16.3cm,以正方形加圆角的形式,分别选择III型坑槽进行平行试验。

得到基本坑槽模型后,需要对坑内破碎的旧料进行处理,并吹干其中积水,接着喷洒适量的粘接剂(如沥青),为后续工艺做好准备。

材料及设备

选用90#沥青拌和的AC-13混合料。

压实设备采用同等级hAmA hD 12VV振动压路机和hAmA hD 12VO振荡压路机,这2款小型压路机的工作质量和静线压力相同,适用于试验对比。

路面指标及要求

根据《公路工程质量检验评定标准》的要求检测路面路用指标,检测设备均来自重庆交通大学道路检测中心,经重庆计量检测局检验合格。

采用压实度沥青混合料最大理论密度试验器实测压实后最大理论密度为2.552g·cm-3,检测使用的电子天平和计时器满足要求,并严格控制温度。

振荡压实参数的选择

对本次振荡、振动压实对比试验进行压实工艺及压实参数控制,使其在最佳状态下工作。鉴于振动压实技术较为成熟,可参考相关资料选取参数,而对振荡压实则需要对其参数和工艺进行试验讨论。

压实频率及遍数

在沥青混合料受压的初始阶段,密度低、温度高,混合料具有较大的变形能力,此时激振力的频率变化对混合料压实密度大小有显著影响;随着碾压的进行,混合料刚性得以提高,阻尼系数降低,抗变形能力增加,此时频率对压实密度影响甚微。

为选取最适于试验的振荡频率,以0.52mm为振幅,分别在6种频率(252831343740hz)6种压实遍数下进行压实,记录原始资料并采用mATLAB进行分析。

可知,压实作业超过4次后检测到的沥青混合料密度变化不大,曲线平缓,故选取频率为30hz左右进行4次碾压能够得到较好的压实效果,同时控制碾压次数能够保证经济指标。

行进速度及遍数

若以压实带内某个点或线的受压时间(T)考虑,碾压次数(m)、行进速度(v)与受压时间的关系大致可以表示为

但这并不表示碾压次数越多、压实速度越慢,效果就越好,必须考虑各个轮次压实温度的损失,过慢过多的压实将会导致后续工艺无法在正常温度下进行,降低施工效率。

为选取最适于试验的行进速度,以0.52mm的振幅分别在6种速度(33.544.555.5km·h-1)6种压实遍数下进行压实,得到压实密度数据经mATLAB处理的结果。

可知,行进速度为34.5km·h-1时进行4次压实能够得到较好的效果,同时保证后续工作温度可控,提高效率。

振荡压实与振动压实的对比

参照相关标准,对试验路路用性能指标进行检测,得到振荡压实与振动压实修复坑槽的结果。可知:振荡压实所修复的坑槽路用性能指标满足检验标准且优于振动压实。压实度对路面承载能力和使用寿命有显著影响,挑选表58个坑槽的压实度进行对比研究。

坑槽KC4KC8施工过程中AC-13沥青混合料用料量不足,从拌和站补运进行压实,使得压实度不达标。除此之外,试验选取的其他坑槽压实度均达到最大理论密度的92%以上,相比振动压实得到的KC1KC3号坑槽而言,振荡压实得到的KC5KC7号坑槽修复效果较好。

振荡压实后的坑槽平整度既可以保证行车过程平稳,又能降低道路受到的峰值应力,延长使用寿命。坑槽KC3的平整度为6.6mm,未达到标准,这是因为振动冲击力对被压介质的作用力不平稳,难以得到平整的路面;而在振荡压路机的静压、搓揉作用下,坑槽的平整度更好且较为均匀,保持在3.5mm左右。

振荡压实得到的坑槽,其渗水系数均值为220.5mL·min-1,比振动压实低65.75mL·min-1,能够较好保护路面及下面的结构层(特别是在高寒地区),防止水的侵害。

振荡压实得到的坑槽,摩擦系数为107.25,较振动压实提高了13.79%,能保证车辆在湿滑的道路上行驶时有足够的摩擦力;对构造深度进行分析,同样可以看出振荡压实能获得较好的效果。

结语

在本次坑槽修复试验中,当振荡压实振幅为0.52mm时,该型振荡压路机在频率为30hz左右、速度为34.5km·h-1及碾压次数为4遍时接近最佳工作状态。在进行振荡压实时应该根据施工环境选取合适的工艺,使振荡压路机的效率和优势得到充分发挥。

振荡压实在5cm左右深的沥青路面坑槽修复中能够得到较好的压实效果,可用于相应情形,特别应在市区、桥梁等特殊环境推广使用。澳门皇冠官网注册

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