碾压遍数和碾压温度对SMA-13沥青路面压实度的影响

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[2] 赵晨阳 . 建筑施工扬尘监测与危害程度评价研究[D]. 北京：首都经济贸易大学，2015.
[3] 刘智民 . 建筑施工扬尘控制技术研究与应用[J]. 中国标 准化，2019（24）：64-65.
[4] 南开大学 . 防治城市扬尘污染技术规范：HJ/T 393— 2007[S]. 北京：中国环境科学出版社，2007.
长过程发生在碾压第 1 遍至第 3 遍，17.0% 的增长过程发生在
第 3 遍至第 4 遍，第 4 遍之后压实度的增长空间仅剩余 4.3%。
结合图 4 中数据，同时构建了碾压遍数与对应碾压温度
的关系模型，见式 （4）：
T = 150.62e-0.057Nr, R2 = 0.94
（4）
式 （4） 中：D 为实测压实度 （%）；T 为碾压温度 （℃）。
见式 （7）：
{ } Nr = -17.54ln
T 150.62
（7）
进而可得到同时考虑碾压温度与碾压遍数的简化压实
度关系模型，见式 （8）：
{ { }} D = -0.23T2 - 2092.03 ln T
2
+ 2.39T
150.62
{ }T
-3.86ln 150.62 + 76
（8）
参考文献： [1] 邱渝峰，杨博，聂现会，等 . 沥青路面施工温度影响
碾压温度通过影响沥青的黏度和沥青混合料的施工和 易性，进而影响沥青混合料的压实过程。以碾压遍数和碾 压温度作为自变量，PQI 压实度作为因变量可根据现场碾压过程中 实测的碾压温度数据，用于推测碾压现场实时压实度水平， 指导现场碾压质量的控制。
3 结论 （1） 当沥青温度低于 110℃时，随着温度的降低，改性
构造大，连通孔隙偏多，容易造成摊铺后路面表面出现泛
白、泛碱现象。因此，在低温碾压时，需注意保持压路机
的 紧 跟 慢 压 ， 改 善 提 浆 效 果 ， 减 少 过 多 的 开 口 空 隙 [6] 。
1.2.2 配合比设计
根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中热拌沥
青混合料配合比设计方法[5，] 确定SMA-13的矿料级配为10～15mm∶5
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碾压遍数和碾压温度对 SMA-13 沥青 路面压实度的影响
赵强
（天津市公路工程总公司，天津 300200）
摘要：结合某项目上面层 SMA-13 试验段施工，采用无核密度仪实测不同碾压遍数和碾压温度下沥青路面的压实度状况，构建 了压实度与碾压遍数和碾压温度的关系模型。试验结果显示，该模型可以用于指导 SMA-13 沥青路面碾压施工和质量控制。 关键词：碾压遍数；碾压温度；SMA-13 沥青路面；压实度 中图分类号：U416 文献标识码：B
（3） 压实度 78.7% 的增长过程发生在碾压第 1～3 遍， 17.0% 的增长过程发生在第 3～4 遍，第 4 遍之后压实度的增 长空间仅剩余 4.3%。
（4） 压实度与碾压遍数和碾压温度之间存在相应关系， 采用相应的数学模型，可指导现场碾压施工方案的确定和 对现场碾压施工质量进行有效指导。
图 5 碾压遍数和碾压温度对压实度的影响
沥青的黏度增长迅速，沥青胶浆无法在钢轮压路机振压作 用下顺利提到沥青层表面，最终造成沥青层表面缺少沥青 胶浆和细集料而构造偏大现象。
（2） 压实度随碾压遍数的梯度方向存在一个拐点，在 第 5 遍之前，压实度正增长，但增长速率随碾压遍数的增加 逐渐降低，在第 5 遍时，增长速率接近 0，第 5 遍之后，压 实度为负增长，且随碾压遍数的增加负增长速率变大。
碾压施工过程中，采用 PQI快速检测得到随着碾压遍数增
图 3 碾压遍数和碾压温度对压实度的影响
由图 3可知，压实度随碾压遍数增加呈先增加后平稳降低
的趋势。构建了压实度与碾压遍数的关系模型，见式 （2）：
D = -0.003Nr 4 + 0.081Nr 3 - 0.937Nr 2 + 4.676Nr +90.993, R2 = 0.94
表观相对密度 吸水率（%） 坚固性（%）
针片状颗粒含量（混合料）（%） 其中粒径大于 9.5mm（%） 其中粒径小于 9.5mm（%）
水洗法＜0.075mm 颗粒含量（%） 软石含量（%）
与改性沥青的黏附性/级 磨光值
≤18 ≤20 ≥2.60 ≤1.5 ≤12
≤10 ≤12 ≤0.8 ≤2
5 ≥42
0 引言 沥青混合料摊铺碾压过程中普遍存在温度离析，碾压
后路面压实度不符合要求，某些区域的空隙率较大，进而 影响路面的使用寿命，因此，确定合理的沥青路面碾压温 度范围十分重要。不同种类沥青混合料的碾压温度不同， 现行规范对路面碾压温度及碾压遍数未作具体要求。以某 项目上面层 SMA-13 试验段为依托，基于红外探测仪的温度 数据与无核密度仪 （PQI） 的压实密度检测结果，分析沥青 混合料摊铺温度的变化对路面压实效果的影响，以此确定 沥青混合料合适的摊铺温度范围。
见图 4。
图 4 压实度沿碾压遍数方向的梯度分布
由图 4 可知，压实度随碾压遍数的梯度存在一个拐点遍
数，拐点为第 5 遍，在第 5 遍之前，压实度正增长，但增长
速率随碾压遍数的增加逐渐降低，在第 5 遍时，增长速率接
近 0，第 5 遍之后，压实度开始变为负增长，且随碾压遍数的
增加，负增长速率变大。结合图 4 可知，压实度 78.7% 的增
-61397
（5）
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式 （5） 中：V 为沥青黏度 （cp）；Nr 为碾压遍数 （遍）。 根据 《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）
中对沥青拌和、压实黏度的要求[5]，也可将式 （5） 用于现 场指导其他项目 SMA-13 沥青路面的碾压遍数确定。 2.2 碾压温度的影响
结合式 （1），进一步得到不同碾压遍数沥青的黏度函
数，见式 （5）： V = -5.65(150.62 )6 e-0.342Nr + 232.56 (150.62 )5 e-0.285Nr -3430.6 (150.62 )4 e-0.228Nr + 23575(150.62 )3 e-0.17Nr -78977(150.62 )6 e-0.114Nr + 119654 (150.62 )6 e-0.057Nr
1.2.1 沥青黏温曲线
为更好地对 SMA13 改性沥青混合料的现场施工效果和 施工均匀性进行控制，确定施工温度。通过进行室内试验
得到沥青的黏温曲线，如图 1 所示。 建立了施工温度与沥青黏度的关系模型，见式 （1）。
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收稿日期：2020-12-23 作者简介：赵强 （1981—），男，河北三河人，高级工程师，硕士，研究方向为筑路材料、公路养护。
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大时测点压实度变化的数据。压实度与碾压遍数的关系见图 3。
图 1 改性沥青黏温曲线
V = -5.65T 6 + 232.56T 5 - 3430.6T 4 + 23575T 3 - 78977T 2
+1119654T - 61397, R2 = 0.99
（1）
式 （1） 中：V 为黏度 （cp）；T 为施工温度 （℃）；R2为方差。
9.0 10.3 2.967 0.46 2.1
3.4 0.5 0.5 5 44
1.1.3 细集料
细集料性能指标见表 3。
单项评定
合格 合格 合格 合格 合格
合格
合格 合格 合格 合格
表 3 细集料性能指标
检验指标 表观相对密度 坚固性（＞0.3mm 部分）（%）
砂当量（%） 亚甲蓝值（/ g·kg-1） 棱角性（流动时间）/s
某高速公路开展 SMA-13 上面层试验段，长度 1 042m， 设计厚度 4cm，拌和设备为 5000 型沥青拌和楼，摊铺设备 为 2 台福格勒 S2100-3L，碾压设备为 6 台双钢轮压路机。碾 压方案：初压采用双钢轮压路机 （3 台并行） 前静后振 1 遍，复压采用双钢轮压路机 （3 台并行） 前静后振 4 遍，终 压采用双钢轮压路机 （3 台并行） 前静后振 2 遍。
当沥青温度低于 110℃时，随着温度的降低，改性沥
青的黏度增长迅速，此时很难对沥青层表面形成较好的压
实效果。对应的，由于碾压阶段整体温度相对偏低，造成
SBS 改性沥青结合料黏度增长过快，沥青胶浆无法在钢轮
压路机振压作用下顺利提到沥青层表面，最终造成了沥青
层表面缺少沥青胶浆和细集料而构造偏大这一现象。表面
（2）
式 （2） 中：D 为实测压实度 （%）；Nr 为碾压遍数 （遍）。 对式 （3） 求导，可得压实度沿碾压遍数方向的梯度
（增长速率） 函数，见式 （3）：
dD dNr
=
-0.012Nr 3
+
0.243Nr 2
-
1.874Nr
+
4.676
（3）
根据式 （3） 可得到不同碾压遍数的压实度增长梯度，
≥65
试验结果 49
+0.58 33 88.0 341 99.8 0.8 96 2.42 0.68
+0.016
22
77.7
单项评定 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格
合格
合格
合格
合格
1.1.2 粗集料 粗集料性能指标见表 2。
表 2 粗集料性能指标
检验指标
高速公路技 术要求
试验结果
石料压碎值（%） 洛杉矶磨耗损失（%）
[5] 谢卓霖 . 施工扬尘的形成、扩散规律及控制研究[D].
重庆：重庆大学，2018. [6] 叶少帅 . 基于实时监测数据的施工扬尘污染风险预警
≥20
软化点 TR&B/℃
≥75
闪点/℃
≥230
溶解度（%）
≥99
软化点差/℃
≤2.0
弹性恢复（25℃）（%）
≥90
运动黏度（Pa·s）
135℃ 165℃
旋转薄膜加热试验 质量变化（%）
（RTFOT） 延度（5℃，5cm）/
残留物
cm
（163℃，85min） 针入度比（%）
≤3 未作要求
±1.0
≥15
1 材料与试验 1.1 原材料
SMA-13 沥青混合料中沥青、粗集料及细集料的性能指 标要求要满足表 1、表 2、表 3 中的要求。 1.1.1 沥青
沥青性能指标见表 1。
表 1 沥青性能指标
试验项目
技术要求
针入度（25℃，100g，5s）/0.1mm
40～60
针入度指数 PI
≥0.0
延度（5℃，5cm/min ）/cm
压实质量的敏感性分析[J]. 中外公路，2014，34（5）： 58-61. [2] 许建超 . 基于无核密度仪检测的沥青路面碾压温度确 定[J]. 北方交通，2020（8）：70-75. [3] 李红杰，虞将苗，胡思维，等 . 基于大样本密度快速 测定在路面施工压实质量控制中的研究[J]. 广东公路 交通，2017（2）：1-6，21. [4] 余代岱 . PQI 在高速公路沥青路面离析程度定量评定中 的应用[J]. 公路交通科技（应用技术版），2017，13 （8）：89-90. [5] 交通部公路科学研究所 . 公路沥青路面施工技术规范： JTG F40—2004[S]. 北京：人民交通出版社，2005. [6] 黄志勇，熊春龙，李伟雄，等 . 新建沥青路面泛碱机 理分析及控制[J]. 公路，2019，64（11）：40-47.
根据图 5 的数据，可得到压实度与碾压遍数和碾压温度
的关系模型：
D = 76 + 0.22Nr + 2.39T - 6.89Nr2 - 0.23T 2,R2 = 0.61
（6） 式 （6） 中：D 为实测压实度 （%）；Nr 为碾压遍数 （遍）；T 为碾压温度 （℃）。
结 合 式 （4）， 可 得 碾 压 遍 数 与 碾 压 温 度 的 关 系 ，
～10mm∶3～5mm∶0～3mm∶矿粉∶水泥 =39∶34∶5∶12∶9∶1，最
佳油石比为 6.2%，纤维掺量 0.35%，SMA-13 配合比矿料级配曲
线见图2。SMA13混合料各项性能指标符合要求。
图 2 SMA-13 配合比矿料级配曲线图
2 碾压温度和碾压遍数对压实度的影响 2.1 碾压遍数的影响
高速公路技术要求 ≥2.50 ≤12 ≥65 ≤2.5 ≥30
试验结果 2.947 2.7 69 0.9 38.7
单项评定 合格 合格 合格 合格 合格
1.1.4 其他
SMA-13 所用矿粉、水泥、纤维等材料均符合 《公路沥 青路面施工技术规范》（JTG F—40—2004） 的相关要求[5]。 1.2 试验