专题研究 SPECIAL RESEARCH 振动与振荡压路机对沥青面层的压实特点分析 张夫刚 ,邓庆生。,郭荣国 ,张建光。,董九洋 (1.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,陕西2.中铁七局集团第三工程公司,陕西成阳西安710064 712000) [摘要]为选择合理的压实机械来压实沥青面层,本文对振动和振荡压路机的压实机理和压实特性 进行分析,并对压实试验数据进行数据拟合得出:在压实沥青面层时,振荡压实效率高于振动压实,振 荡压实适用于薄沥青面层、桥面铺装层等场合。 [关键词]机械工程;振动压路机;振荡压路机;数据拟合;特.陛分析 [中图分类号]U415.52+1 [文献标识码]B [文章编号]1001--554X(2017)09—0047—03 The compaction analysis of asphalt pavement between vibration roller and oscillatory roller ZHANG Fu-gang,DENG Qing-sheng,GUO Rong-guo,ZHANG Jian—guang,DONG Jiu—yang 压实是沥青路面施工的重要工艺,合理的 荡(见图1)。由图l可知,两侧的偏心轴旋转方向 压实机械对施工质量的影响重大。欠压会导致沥 相同,但相位角相差180。,并且偏心块的质量和 青混合料的空隙率过大,表面的空气和水容易进 偏距分别相等,从而保证激振力的合力在滚筒的 入到路面内部的空隙中,使路面出现水损害等病 害¨ ;过压会导致沥青面层出现裂纹,甚至出 和Y方向上为零,但产生附加激振力偶 。 M(t)=21meoJ sintot (1) 现物料被压碎的现象,容易使路面出现泛油、失稳 式中 等病害,从而影响面层的强度和稳定性 。 卜 心块偏心距,m; 心轴与中心轴的距离,m; 在沥青面层的复压过程中,传统的压实工艺 主要采用振动压实…。振动压路机的激振力较 大,故其压实深度也较大,但过大的激振力会导 致表面的松散,降低压实度 J。近年来,随 着新的压实机械的出现,振荡压路机以其独特的 压实机理,良好的压实效果,在施工中得到了应 用 10--12]。为了深入了解振动压实与振荡压实的适 应性,本文对振动与振荡两种压路机压实机理进行 理论分析,通过对试验数据进行拟合对比出两种压 路机的压实效果,为今后沥青面层的压实的设备选 型和工艺制定提供指导。 ∞——偏心轴角速度,rad/s。 { /// 0 一\ / )\\/ I /7 图1振荡轮结构原理图 由式(1)可知,当偏心轴的角速度一定时, 激振力偶呈正弦波变化。振荡轮在变化的力偶作 用下产生振动,在其前后方向产生振荡波(见图 1 振荡压路机振荡轮结构与压实机理 振荡压路机的主要工作装置为振荡轮 , 工作原理为中间的滚筒通过同步齿形带来带动两侧 DOI:IO.14189/j.cnki.cm1981.2017.09.001 收稿日期]2017—05—10 的偏心轴,偏心轴上装有偏心块,偏心轴的旋转带 [基金项目】中铁七局科技项目(16A25) [通讯地址]张夫刚,陕西省西安市南二环中段长安大学 动偏心块,使其产生离心力,从而使振荡轮产生振 交通科技J1908研究室 CONSTRUCTION MACHINERY 47 专题研究 SPEClAL RESEARCH 2),对被压材料产生交变的剪应变,所以振荡轮 对地面产生“揉搓”效果。同时,由于自身的重力 对被压材料产生垂直方向位移。因此,压实材料在 振荡轮交变力偶和垂直静载荷的综合作用下,产生 共振、位移,材料中颗粒位置得到重新排列,颗粒 之间的空隙降低,提高了材料的压实度。 Y / r l , 振荡压力波 图2振荡压力波 2振动压路机振动轮结构与压实机理 振动压路机的主要工作装置为振动轮,振动 轮由行走支撑1、偏心块2、振动轴3组成(见图 3)。偏心块装在振动轴上,在工作过程中,振动 轴高速旋转带动偏心块,使其产生激振力,故对地 面产生冲击力。振动轮每次冲击会对被压实材料产 生脉冲(见图4),因此材料中的颗粒由静止状态 变成运动状态。当激振力的频率接近被压材料的固 有频率时,材料出现共振现象,较小的颗粒填充到 较大的颗粒之间,颗粒之间相互移动减小了颗粒之 间的间隙,因此材料的空隙率降低。颗粒之间经过 图3振动轮结构原理图 t:,/ —-一 振荡压力波 图4振动压力波 48建筑机械 压实相互挤压,压实材料之间的内摩擦阻力也随之 增大,从而压实材料的承载能力随之提高。 3振动压路机与振荡压路机压实特性比较 振荡压路机对沥青面层的压实特性:(1)振 荡压实通过静压与剪切组合来实现压实,对面层产 生“搓揉”的效果,因此压实均匀,避免表面出现 波纹,可以获得较好的压实度、平整度。(2)振 荡压路机主要在水平方向产生振荡,不会对沥青面 层产生上下垂直的振动,因此避免压碎沥青混合料 的骨料,保证表面的致密性。(3)振荡压路机总 体能量损失小,由于能量波衰减很快,故压实厚度 小,因而适于在薄层、桥面铺装层等施工场合,通 常压实厚度不大于50mm。 振动压路机对沥青面层的压实特性:(1)振 动压路机具有垂直往复的激振力,压实深度较大。 当振动压路机过压时,振动轮与被压实层为非紧密 性接触,容易使表面材料受冲击的影响变得松散, 从而降低了表面的压实度。(2)振动压路机激振 力较大,适用于大厚度沥青面层、半刚性基层等施 工场合 4振荡压路机与振动压路机沥青路面压实 效果对比试验 振动与振荡压路机对沥青面层的压实效果,可 通过现场试验数据进行对比。该试验段沥青混合料 厚度为46ram,按JTJ 059—95《公路路基路面现场 测试规程》钻取路面芯样,并依据JTJ 052--2000 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中关于沥 青混合料试件密度试验方法,通过公式计算得出压 实度。采用SUM82ON带式多功能沥青摊铺机进行并 机摊铺。采用酒井sw85o ̄动压路机和酒井Sw850N 复式水平振荡压路机分别进行振动和振荡碾压,压 路机工作参数见表l,压实效果对比见表2和图5。 试验结果分析: (1)通过对采集到的数据进行数据拟合,从 图5中曲线可以看出,在沥青面层的压实过程中, 当压实遍数很少时,振荡压实的压实度增长快于振 动压实,随着压实遍数的增加,振荡压实的压实度 缓慢平稳增加,振动压实出现压实度先增加后减小 的现象。 表1压路机工作参数 质量 轮宽 静线压力 速度 频率 振幅 /kg /mm ,(N.cm- ) /(km/h) /Hz /mm 振动压 路机 12500 l700 320 4 40 0.5 振荡压 路机 10770 l700 297 4 40 0.5 表2压路机压实遍数与压实度 碾压遍数 O l 2 3 4 5 6 7 8 振动压实/% 85 91 93 94 95 96 94 93 92 振荡压实/% 84 89 95 96 98 97 98 99 98 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 碾压遍数/次 图5振动、振荡碾压遍数与压实度的关系 (2)由表2中数据可知,振动压实:当压实 遍数为5时,压实达到最佳压实效果;压实遍数大 于5时,出现过压现象。振荡压实:当压实遍数小 于3时,振荡压实度增长较快;当压实遍数大于3 时,压实度增长较慢,并且碾压遍数在4左右,振 荡压实基本上达到压实效果的要求,继续增加压实 遍数对压实度提高作用不大,但没有出现明显的过 压现象。 5结论 (1)在压实过程中,振荡压实没有垂直冲击, 振荡轮始终与面层接触,进行水平振荡,其产生的 交变扭矩对面层具有“揉搓”压实的效果,因而压 实质量较好。振动压实在压实过程中对面层有一定 的垂直冲击,当面层压实度达到一定程度时,钢轮 由于激振力作用会对表面产生很大的冲击,容易造 成过压使表面材料的松散甚至击碎石料破坏级配。 (2)振动与振荡压路机的现场试验数据表 明,振荡压路机在压实薄沥青面层时效果优于振动 压路机,因此在薄沥青面层、桥面沥青铺装层等施 2O1 7/09总第499期 工场合的复压过程中优先选择振荡压路机。 [参考文献] [1]杨瑞华,陈富坚,李素艳.高速公路沥青路面水损 坏早期破坏成因[J].桂林工学院学报,2002,22 (3):256—258. [2]李剑.高速公路沥青路面早期水损害防治措施研究 [D].西安:长安大学公路学院,2003. 【3 j Azari H,MC Cuen R H,Stuart K D.Optimum compaction temperature for modified binders[J j Journal of Transp0rtatiOn Engineering,2003, 1 29 (5):531—537. [4]American Association of State Highway and Transportation OffiCial S,Federal Aviation Administration,Federal Highway Administration,eta1. Hot-mixasphalt paving handbook【M j Washington DC,USA:Transportation Research Board,2000. [5 J Kandil K A.Analytical and experimental study of ifeld compaciton of asphalt mixes[D J.Ottawa,Canada: Department of Civil Engineering,Carleton University, 2002. [6]顾洪江,李春满,潘勐.沥青路面压实质量影响因素 的全面分[J].辽宁交通科技,2005,(10):9—12. [7]丁勇强.振荡压实技术在沥青路面施工中应用的研究 [D].长安大学,2008. [8]刘洪海,谢王宝,程永龙.轮胎压路机与振动压路 机的压实特性与效果研究[J].筑路机械与施工机械 化,2014,(2):53—61. [9]邓习树,吴运新.基于ADAMS的振动压路机动态特 性分析研究[J].建筑机械,2005,(10):63—66. [10]丁勇强,陈新轩.振荡压实技术在沥青路面施工中 可行性分析[J].压实机械与施工技术,2007, (6):5O一52. [11]冯忠绪.工程机械理论[M].北京:人民交通出版 社,2004. [12]林慕义,张福生.振动与振荡压路机压实机理对 比分析[J].太原重型机械学院学报,1992,13 (1):77—79. [13]杨土敏,傅香如.工程机械地面力学与作业理论 [M].北京:人民交通出版社,2010. [14]李白光,展朝勇 公路施工机械[M].北京:人民 交通出版社,2005. [15]许清刚.双刚轮振动压路机面层压实工艺研究 [D].长安大学,2014. [16]刘丹杰.双刚轮振动压路机性能的探讨[D].长安 大学,2011. 雷 CONSTRUCTION MACHINERY 49