基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究.pdf

总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：黄晶晶（），女，高级工程师，硕士。通信作者：廖亚雄（），男，工程师，硕士。基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究黄晶晶袁盛杰廖亚雄魏威（湖北省交通规划设计院股份有限公司武汉 ）摘要为研究基于双层联铺工艺上、下沥青面层形成整体后的油石比确定方法，采用 法成型 双层联铺沥青混合料试件，分析该试件的压力参数，通过试件的体积参数研究双层联铺沥青混合料试件的最佳油石比。结果表明，当 法竖向压力取 时，分形维数与原级配最接近；法与马歇尔法相比，上、下面层最佳油石比分别降低了 和 ，降幅分别为，双层沥青路面油石比至少可降低；相比于传统摊铺工艺，采用双层联铺高温性能、低温性能与水稳定性能分别提升，；通过室内试验与现场芯样，验证了双层联铺工艺的优越性。关键词双层联铺沥青路面分形维数 最佳油石比路用性能中图分类号 目前我国高速公路总里程已突破 万，而沥青路面的早期破坏却随着交通量和重载车辆的增加而愈加普遍，如何实现路面的长寿命使用、发挥经济效益，双层联铺工艺是解决方案之一。该工艺可使上、下沥青面层同步摊铺成型，不仅使面层结构形成良好的整体性，而且可节省黏层油、降低施工成本，相比于传统分层摊铺工艺，一次性成型的大厚度沥青路面温度散失慢，拥有更好的压实特性。因双层联铺工艺具有良好的工程特性与经济效益，国内外学者展开了一系列研究。等提出，双层联铺技术具有较好的环境与气候适应能力，并可以达到较高的压实度。穆柯研究了层间黏结强度的变化规律，基于试验段提出双层联铺的不同压实厚度的机械组合。王朝辉等建立双层联铺技术的温度散失预估模型，通过试验段验证了模型的可靠性，在此基础上提出不同温度的有效碾压时间。刘刚等通过试验段检测发现，双层联铺技术具有更好的水稳定性、抗变形能力，利于提高路面的施工质量与寿命。陈豫、李寿伟等 研究了结构层厚度对压实特性与温度稳定性的影响，发现“”结构具有较好的压实特性与高温稳定性。上述研究成果对于双层联铺技术的推广应用起到了一定推动作用，该技术旨在将上、下面层通过一次性摊铺、碾压成型而形成一体，但在混合料设计过程，依然将上、下面层混合料分开设计，仍采用马歇尔法分别确定上、下面层的最佳油石比，而未将双层沥青路面结构视为整体考虑。因此，本文在现有研究的基础上，采用 成型方法，提出将上、下沥青面层结构作为整体的油石比确定方法，并通过路用性能验证可靠性，结构层的厚度采用已有研究和已成功实践的双层 厚度。原材料与级配上面层 采用 （）改性沥青，下面层 采用级 号道路石油沥青，沥青技术指标见表。粗集料采用江苏某石材厂生产的玄武岩碎石，细集料采用石灰岩机制砂，矿粉采用当地石灰岩碎石自行加工生产的石灰岩矿粉，原材技术指标符合相应规范要求。混合料的矿料级配见表。先采用马歇尔法进行沥青混合料配合比设计，作为 法研究最佳油石比的基础，马歇尔试验结果见表。其中 为最佳沥青用量；为沥青混合料空隙率；为沥青混合料的沥青饱和度；为沥青混合料的矿料间隙率；为马歇尔稳定度；为流值。表沥青技术性质试验项目测定值 规范要求级 号沥青 改性沥青级 号沥青 改性沥青针入度（，）延度（，）延度（，）软化点 闪点 沥青相对密度（）实测实测溶解度（三氯乙烯）旋转薄膜老化（，）质量损失 残留针入度比 延度（）表上、下面层矿料级配混合料类型通过下列筛孔（）集料的质量分数 表最佳油石比下的马歇尔试验结果混合料类型 毛体积密度（）试验方法研究 试件制作 试件已知德纳派克双层摊铺机在预压时能达到 的压实度，并将上、下沥青面层形成整体，因此制作试件时先装入下面层混合料，采用较低的竖向压力通过调整高度来控制压实度，达到 压实度的高度后装入上面层混合料开始旋转压实。为便于体积参数测试，拟成型的试件尺寸为直径 高度 ，上面层为 ，下面层为 。马歇尔试件马歇尔试件尺寸同为直径 高度 ，先装入下面层 混合料，双面击实 次后装入上面层混合料，再次双面击实 次成型。旋转压实次数采用 方法设计沥青混合料配比时，根据 线马鬃山至桥湾公路附近交通量确定压实次数，依据当前交通量预估道路建成后的交通量，采用 中的轴载换算确定通车后的交通量约为 次，服役期间内出现的最大交通量 次。由文献 可知，旋转压实次数的增加可明显提升混合料的抗车辙性能，而对抗水损坏能力提升较小，因此根据 线的设计要求，确定基础旋转压实次数为 次，并以达到拟成型试件高度为止。旋转压实竖向压力沥青混合料的设计不仅要求混合料的密度与设计交通量下最终的密度相等，还要求成型过程中模拟振动压路机的压实效果，而双层联铺技术一次性摊铺的沥青面层厚度较大，因此碾压成型时需要更大的压实功，粗集料在竖向压力作用下会发生破碎，从而改变级配、影响沥青混合料的路用性能。通过抽提试验可以检验压实后沥青混合料级配的变化情况，而每个筛孔通过率的改变无法直观地知道粗集料的破碎程度，根据已有研究可知分形维数与集料整体的破碎程度有着很好的相关性，整体破碎程度随着分形维数的增大而增大，分形维数计算方法参考文献 。试验方法竖 向 压 力 拟 选 取 ，每个压力制作个平行试件。为了区分界面结合处的混合料类型，上面层 从顶面向下切割 ，下面层 由底面向上切割 ，分别进行抽提、筛分，确定每档集料的通过率。试验结果与分析 原级配的分形维数为 ，原级配的分形维数为 。研究竖向压力对破碎程度的影响时，上、下面层混合料的油石比采用马歇尔法得到的最佳油石比，不同竖向压力下的分形维数计算见表，分形维数随竖向压力的黄晶晶等：基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究 年第期变化趋势见图。表上、下面层混合料在不同竖向压力下的分形维数混合料类型竖向压力 斜率分形维数判定系数 图分形维数随竖向压力的变化趋势由图和表可知，分形维数随着竖向压力的增加，呈先减小后增大趋势。当竖向压力较小时，需要更多的压实次数以达到最终高度，因此破碎较高；而当竖向压力较大时，将直接压碎相互嵌挤的粗集料。综上所述，当竖向压力为 时，分 形 维 数 与 原 级 配 较 为 接 近，因 此 取 。旋转角与旋转速率本节在借鉴 计划研究成果的基础上取适宜的竖向压力范围，压实机旋转压实时旋转角为 ，旋转速率为 。最佳油石比确定采用分别固定一个结构层的油石比，通过双层马歇尔试件的最佳油石比确定方法，得出另一结构层的最佳油石比。上面层最佳油石比固定下面层 的油石比为马歇尔法确定的最佳油石比，拟定上面层 的油石比为，以此成型试件测定体积参数，结果见表，体积参数随油石比的变化曲线见图。表不同油石比的体积参数上面层油石比毛体积密度（）图不同上面层油石比的体积参数曲线根据图、表确定上面层最佳油石比为 ，低于马歇尔法 ，降幅为。下面层最佳油石比固定上面层 的油石比为 ，拟定下面层 的油石比为，以此体积参数随油石比的变化见图，成型试件测定体积参数，结果见表。年第期黄晶晶等：基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究图不同下面层油石比的体积参数曲线表不同油石比的体积参数下面层油石比毛体积密度（）根据图、表确定上面层最佳油石比为 ，低于马歇尔法 ，降幅为。性能验证 室内试验采用 法成型双层联铺沥青混合料圆柱体试件，其最佳油石比低于马歇尔成型方法，路用性能的变化通过室内试验测定，为了在试验中体现摊铺工艺与成型方法，性能评价均采用尺寸为直径 高度 的双层沥青圆柱体试件。路用性能评价包括温度稳定性与水稳定性，其中高温稳定性通过单轴贯入试验评价，低温抗开裂性能通过 劈裂试验评价，水稳定性通过冻融劈裂强度比来评价，试验结果见表。表不同摊铺工艺下的路用性能成型方法 抗剪强度 劈裂强度 冻融劈裂强度比 马歇尔 由表可知，采用 成型方法的双层联铺试件路用性能均优于马歇尔法，其中以高温性能最为突出，相比于马歇尔法提升约，低温性能提升约，水稳定性提升约。这是因为双层联铺技术能提高上、下面层的层间结合，使得不同层位的混合料相互嵌挤形成整体。在压实功提高后，油石比均有所降低，富余沥青的减少使得混合料拥有更优的性能。现场验证为了验证双层联铺的应用效果，依托 线马鬃山至桥湾公路取 试验段与传统分层摊铺路面进行对比，该路段路面结构为三层沥青层结构，上面层采用 ，中面层采用 ，下面层采用 ，拟取上面层与中面层采用双层联铺工艺，不同摊铺工艺路段的芯样检测结果见表。表不同试验段芯样检测结果参数双层联铺传统分层摊铺 抗剪强度 渗水系数（）芯样压实度 由表可知，双层联铺工艺的现场检测结果均优于传统分层摊铺工艺，满足该地区沥青路面的抗车辙性能与水稳定性。并且节省了黏层油、降低了施工成本，压实度满足要求。结论）采用了 法成型 双层联铺沥青混合料试件，上面层为 ，下面层为 。研究了 法成型双层联铺沥青混合料试件的压力参数，当 法竖向压力取 时，分形维数与原级配最接近。）基于 成型方法确定了双层联铺工艺的最佳油石比，与马歇尔方法相比，上、下面层分别降低了 和 ，降幅分别为，黄晶晶等：基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究 年第期，双层沥青路面油石比至少可降低。）基于双层联铺工艺成型的试件验证了路用性能，相比于传统摊铺工艺，采用双层联铺高温性能、低温 性 能 与 水 稳 定 性 能 分 别 提 升，。）通过试验段室内试验与现场芯样试验，验证了双层联铺工艺的优越性。双层联铺技术在室内试验与现场检测中均表现出优于传统分层摊铺工艺的特性，有待从微观层面揭示双层联铺使上、下面层形成整体的机理过程。参考文献朱梦良，郁飞沥青路面双层联铺技术的应用中外公路，（）：，：，穆柯沥青路面面层双层一体摊铺技术研究西安：长安大学，王朝辉，穆柯，赵娟娟，等双层摊铺热量散失规律及有效碾压时间长安大学学报（自然科学版），（）：刘刚，谭国湖双层摊铺在浏醴高速公路沥青路面施工中的应用公路工程，（）：陈豫，谭云鹏，蒋应军，等双层沥青路面压实特性的影响因素筑路机械与施工机械化，（）：余永飞，王栋，张征，等双层一次摊铺工艺沥青路面结构层厚度分析交通科学与工程，（）：赵延庆，潘友强，谭忆秋旋转压实次数对 混合料设计和性能的影响交通运输工程学报，（）：朱朝辉，甘文宁，詹炳根，等 在 成型中集料破碎分形研究公路交通科技，（）：宿秀丽，李波，刘建勋，等密级配沥青混合料矿料分布分形特征长安大学学报（自然科学版），（）：魏明华，徐洋，吴少鹏，等高掺量再生钢渣沥青混合料组成与设计研究武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺狅 狀犇 狅 狌 犫 犾 犲 犾 犪 狔 犲 狉犆 狅 狆 犪 狏 犻 狀 犵犗 犻 犾 狊 狋 狅 狀 犲犚 犪 狋 犻 狅犅 犪 狊 犲 犱狅 狀犛 犌 犆犉 狅 狉 犿 犻 狀 犵犕 犲 狋 犺 狅 犱犎犝 犃犖犌犑 犻 狀 犵 犼 犻 狀 犵，犢 犝 犃犖犛 犺 犲 狀 犵 犼 犻 犲，犔 犐 犃 犗犢 犪 狓 犻 狅 狀 犵，犠犈 犐犠 犲 犻（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；年第期黄晶晶等：基于旋转压实法的双层联铺路面油石比研究