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基于瀝青路面坑槽修復的振蕩壓實應用研究,瀝青網,sinoasphalt.com
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基于瀝青路面坑槽修復的振蕩壓實應用研究
2018年12月29日    閱讀量:37633    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

引言

近30年來,中國道路施工方式從純人力發展到機械化,施工材料也得到巨大突破,具有減振、降噪特性的瀝青混合料被廣泛使用;與此同時,公路病害屢見不鮮,路面坑槽作為一種常見的路面早期損壞,嚴重影響車輛行駛的舒適性和安全性,折損道路使用壽命。

大量研究表明,坑槽現象與壓實效果不佳密切相關。靜力壓實深度有限,振動壓實也因沖擊效應往往造成集料破碎、路面不平及裂縫等現象,得不到令人滿意的壓實效果中國瀝青網sinoasphalt.com

材料能否被壓實與所受碾壓力的作用方向無關,因此振蕩壓實技術被提出并得到發展。振蕩壓實平緩無沖擊,能夠適應特殊區域的壓實,而且其揉搓作用能夠避免沖擊產生的缺陷,壓實效果良好。

本文以瀝青路面坑槽修復工程為依托研究振蕩壓實,不僅能夠驗證振蕩壓實的優越性,還可通過記錄過程的資料和數據對振蕩壓實及坑槽修復工藝進行理論分析。

瀝青路面振蕩壓實機理

振蕩壓路機普遍采用的雙軸機構:在工作過程中發動機除提供行進驅動力外,同時將扭矩通過副齒輪箱傳遞給振蕩輪上的液壓發動機,從而驅動雙軸帶動偏心質量塊旋轉;旋轉過程中,偏心質量塊將產生總是處于水平方向的離心力,使得振蕩輪由水平往復位移。

振蕩輪中心以一定的振幅和頻率進行水平振蕩。

異于沖擊作用,振蕩壓路機產生的水平激振力將通過其在瀝青混合料面上產生的摩擦力傳遞給鋼輪,這樣就在混合料面上產生水平方向的連續搓揉作用。壓實過程中鋼輪與混合料連續接觸,解決了振動壓路機沖擊力作用下引起的集料破碎、路面裂縫等問題,其激振力沿行進方向傳播,對道路周圍的結構體影響小,適用于特殊區域壓實。

隨著壓實的進行,瀝青混合料的剛度增加,阻尼系數減小,若摩擦力不足以將激振力完全傳遞給瀝青混合料,系統將會出現滑轉,從而導致有用功率下降,激振能量不能得到較好利用。因此,有必要合理地調節振蕩頻率和振幅等參數,以輸出最佳激振力。

坑槽修復試驗方案

根據試驗要求和實際條件,選取某段鄉鎮道路進行坑槽修復,該地區按中國氣候分區為2-4,年降雨量大于1000mL。

坑槽修復準備

瀝青路面如果壓實不佳,或在水作用、交變車輛載荷的作用下,將會產生坑槽損害,同等載荷作用下坑槽邊緣外將會產生5~10倍于正常路面的應力,加劇路面破壞。采用挖填法進行修復,能夠徹底解決坑槽問題,同時采用振蕩壓實能保證路面壓實效果。

開槽是挖填法修復坑槽的首要環節,本試驗選取的坑槽深度為4.1~6.3cm,以正方形加圓角的形式,分別選擇I、II型坑槽進行平行試驗。

得到基本坑槽模型后,需要對坑內破碎的舊料進行處理,并吹干其中積水,接著噴灑適量的粘接劑(如瀝青),為后續工藝做好準備。

材料及設備

選用90#瀝青拌和的AC-13混合料。

壓實設備采用同等級hAmA hD 12VV振動壓路機和hAmA hD 12VO振蕩壓路機,這2款小型壓路機的工作質量和靜線壓力相同,適用于試驗對比。

路面指標及要求

根據《公路工程質量檢驗評定標準》的要求檢測路面路用指標,檢測設備均來自重慶交通大學道路檢測中心,經重慶計量檢測局檢驗合格。

采用壓實度瀝青混合料最大理論密度試驗器實測壓實后最大理論密度為2.552g·cm-3,檢測使用的電子天平和計時器滿足要求,并嚴格控制溫度。

振蕩壓實參數的選擇

對本次振蕩、振動壓實對比試驗進行壓實工藝及壓實參數控制,使其在最佳狀態下工作。鑒于振動壓實技術較為成熟,可參考相關資料選取參數,而對振蕩壓實則需要對其參數和工藝進行試驗討論。

壓實頻率及遍數

在瀝青混合料受壓的初始階段,密度低、溫度高,混合料具有較大的變形能力,此時激振力的頻率變化對混合料壓實密度大小有顯著影響;隨著碾壓的進行,混合料剛性得以提高,阻尼系數降低,抗變形能力增加,此時頻率對壓實密度影響甚微。

為選取最適于試驗的振蕩頻率,以0.52mm為振幅,分別在6種頻率(25、28、31、34、37、40hz)、6種壓實遍數下進行壓實,記錄原始資料并采用mATLAB進行分析。

可知,壓實作業超過4次后檢測到的瀝青混合料密度變化不大,曲線平緩,故選取頻率為30hz左右進行4次碾壓能夠得到較好的壓實效果,同時控制碾壓次數能夠保證經濟指標。

行進速度及遍數

若以壓實帶內某個點或線的受壓時間(T)考慮,碾壓次數(m)、行進速度(v)與受壓時間的關系大致可以表示為

但這并不表示碾壓次數越多、壓實速度越慢,效果就越好,必須考慮各個輪次壓實溫度的損失,過慢過多的壓實將會導致后續工藝無法在正常溫度下進行,降低施工效率。

為選取最適于試驗的行進速度,以0.52mm的振幅分別在6種速度(3、3.5、4、4.5、5、5.5km·h-1)、6種壓實遍數下進行壓實,得到壓實密度數據經mATLAB處理的結果。

可知,行進速度為3~4.5km·h-1時進行4次壓實能夠得到較好的效果,同時保證后續工作溫度可控,提高效率。

振蕩壓實與振動壓實的對比

參照相關標準,對試驗路路用性能指標進行檢測,得到振蕩壓實與振動壓實修復坑槽的結果。可知:振蕩壓實所修復的坑槽路用性能指標滿足檢驗標準且優于振動壓實。壓實度對路面承載能力和使用壽命有顯著影響,挑選表5中8個坑槽的壓實度進行對比研究。

坑槽KC4、KC8施工過程中AC-13瀝青混合料用料量不足,從拌和站補運進行壓實,使得壓實度不達標。除此之外,試驗選取的其他坑槽壓實度均達到最大理論密度的92%以上,相比振動壓實得到的KC1~KC3號坑槽而言,振蕩壓實得到的KC5~KC7號坑槽修復效果較好。

振蕩壓實后的坑槽平整度既可以保證行車過程平穩,又能降低道路受到的峰值應力,延長使用壽命。坑槽KC3的平整度為6.6mm,未達到標準,這是因為振動沖擊力對被壓介質的作用力不平穩,難以得到平整的路面;而在振蕩壓路機的靜壓、搓揉作用下,坑槽的平整度更好且較為均勻,保持在3.5mm左右。

振蕩壓實得到的坑槽,其滲水系數均值為220.5mL·min-1,比振動壓實低65.75mL·min-1,能夠較好保護路面及下面的結構層(特別是在高寒地區),防止水的侵害。

振蕩壓實得到的坑槽,摩擦系數為107.25,較振動壓實提高了13.79%,能保證車輛在濕滑的道路上行駛時有足夠的摩擦力;對構造深度進行分析,同樣可以看出振蕩壓實能獲得較好的效果。

結語

在本次坑槽修復試驗中,當振蕩壓實振幅為0.52mm時,該型振蕩壓路機在頻率為30hz左右、速度為3~4.5km·h-1及碾壓次數為4遍時接近最佳工作狀態。在進行振蕩壓實時應該根據施工環境選取合適的工藝,使振蕩壓路機的效率和優勢得到充分發揮。

振蕩壓實在5cm左右深的瀝青路面坑槽修復中能夠得到較好的壓實效果,可用于相應情形,特別應在市區、橋梁等特殊環境推廣使用。


標簽:綜合論文技術專利技術中心
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