瀝青路面碾壓施工膠輪初壓工藝

巫益寶 WU Yi-bao；陳飛 CHEN Fei；宗煥清 ZONG Huan-qing

（①常州市市政工程設計研究院有限公司，常州213000；②江蘇城鄉建設職業學院，常州213000；③常州領航工程科技有限公司，常州213000）

1 研究背景

瀝青路面碾壓程序分初壓、復壓、終壓三個階段，傳統施工碾壓工藝采用鋼輪壓路機進行初壓、復壓根據情況可采用鋼輪也可采用膠輪，傳統工藝有粘料、泛油、表面不夠粗糙、壓實不均勻、面層嵌擠不夠導致承載力低等缺陷，其中最突出的就是輪胎壓路機碾壓時輪胎粘料，目前解決輪胎壓路機粘料的唯一辦法，就是向輪胎噴擦柴油，每臺輪胎壓路機每臺班噴擦的量，春夏季40 公升，秋冬季80 公升。2004 年國內出版的“瀝青路面施工手冊”中規定，嚴禁向輪胎噴擦柴油，直至今天，現在為解決輪胎粘料還在用。國外的做法是：給膠輪壓路機輪胎穿圍裙，保溫，向輪胎涂擦隔離劑，但效果不理想，粘料成為瀝青碾壓的施工難題。筆者自2000 年開始探索膠輪初壓工藝，力求解決傳統工藝帶來的主要問題。

目前在國內高速公路瀝青路面的施工中，壓實不足是一個比較突出的問題，主要原因是片面追求平整度和表面構造深度。這些項目通車以后路面平整度衰減較快，面層受行車荷載碾壓后變形較明顯。

2 創新工藝——膠輪初壓原理

瀝青混合料路面的性能主要取決于施工機械的壓實效果，與標準壓實度對應的空隙率增加1%會導致路面疲勞壽命降低35%。傳統瀝青混合料路面碾壓通常采用鋼輪壓路機初壓和復壓，只在復壓的后期采用膠輪壓路機，終壓再用鋼輪壓路機靜壓。

傳統工藝采用鋼輪初壓膠輪復壓存在下列問題：

①由于鋼輪初壓大量灑水，溫度下降快，不能確保高溫下完成復壓；②膠輪復壓時，混合料料溫低，造成了輪胎粘料；③鋼輪初壓易造成混合料推移，折返處形成橫??；④鋼輪初壓帶振動路面已成型，到膠輪復壓時溫度較低無法充分發揮輪胎的揉搓擠壓功效；⑤膠輪復壓時混合料溫度低，輪胎印跡不易消除。

2.1 輪胎壓路機的碾壓機理

輪胎式壓路機的工作裝置是兩排并列布置的充氣輪胎，同時輪胎也是它的行駛機構。當壓路機在混合料上駛過時，機械整個重量通過兩排輪子作用于被壓混合料。此時輪子對被壓混合料有兩種作用力：其一是垂直向下的靜作用力，具有一定級配的混合料在垂直靜載荷的作用下集料重新分布，小顆粒擠入大顆?？障吨袕亩够旌狭系拿芏仍黾硬l生永久變形，經多次碾壓混合料的密度最后達到實際殘留變形等于零，這一作用過程和靜力鋼輪壓路機相似；其二是水平方向作用力，水平作用力由兩部分組成，驅動輪轉動力矩所產生的切向力向后水平作用于混合料，機械推著從動輪前進產生一向前的水平力作用于混合料，這一水平作用力也與靜力鋼輪壓路機相似；第二部分是輪胎壓路機特有的輪胎變形產生的水平擠壓力，輪胎在垂直靜荷載與混合料垂直反力作用下變形（其變形量的大小與垂直靜荷載及垂直反力成正比而與輪胎氣壓大小成反比），使輪胎與被壓混合料在瞬時的接觸面成為如圖2 所示的形狀。由于輪胎處于滾動狀態，在各種力作用下產生變形給混合料水平向外作用力；再恢復變形使混合料在輪胎寬度方向受到向內的水平作用力和向后的水平作用力。這些交替變化的水平作用力和垂直向下的靜作用力就形成了對混合料的擠壓作用。

圖2 膠輪初壓工藝

《公路瀝青路面施工技術規范》5.7.6.l 條規定：對攤鋪后初始壓實度較大，經實踐證明采用振動壓路機或輪胎壓路機直接碾壓無嚴重推移而有良好效果時，可免去初壓直接進入復壓工序。

2.2 膠輪初壓的原理

膠輪初壓工藝利用輪胎的可變形和溫度窗口大的特點，有效地解決了鋼輪初壓的痛點。

由表1 可見傳統工藝從鋼輪初壓至鋼輪終壓溫度區間只有10℃，而膠輪初壓至鋼輪終壓的膠輪初壓工藝溫度區間有30℃，這就為路面壓實創造了更有利的溫度窗口。

表1 傳統工藝與膠輪初壓工藝溫度要求

與鋼輪壓路機相比膠輪壓路機有以下特點：

①可以通過增減配重和輪胎氣壓調節接地比壓，以適應于不同材料的壓實；②采用動力強勁型發動機，可適用各種施工工況；③前進三檔、后退二檔，速度可在5.33-22.05km/h 變換，方便施工和轉場；④前輪采用機械搖擺式懸掛裝置；⑤具有行車制動、停車制動，制動性能可靠；⑥視野開闊的全景式駕駛室，具有較好的隔音、減振效果。頂式排風和收放機使駕駛更加舒適；⑦根據用戶需要，可裝備空調。

膠輪初壓工藝具有與傳統工藝明顯不同的特點：

①輪胎接觸面凹凸不平，對不同粒徑集料施加均勻的壓實功（圖2），而鋼輪接觸面非常平整粗集料承受的壓力大易造成集料游移和泛油（圖1）；②膠輪初壓接觸面更大，粗糙度更好；③膠輪初壓工藝是利用輪胎的揉搓擠壓作用使混合料中的集料重新分布并處于易壓實狀態，在膠輪壓路機的揉搓擠壓和振動壓路機交變壓力的交替作用下，達到最佳的壓實效果。

圖1 鋼輪初壓工藝

膠輪初壓用自身的水箱的容量把每只輪胎的壓實重量調至1.8-2.0 噸。膠輪初壓時，輪胎的壓力不需要和膠輪復壓時相同，不是輪胎越重越好。造成輪印的原因，是輪胎過重。造成輪胎痕跡的原因，是輪胎胎面無弧度。優化車輛組合，發揮各自的功能，經過初壓、復壓和終壓，一個工作循環，終壓溫度控制在100℃以上，輪印自然消失。

輪胎的噸位不是越重越好。無胎面弧度的輪胎不能用作面層料的碾壓。其原因在碾壓過程中不會產生平滑曲線，容易產生輪胎痕跡，只能用于下面層和中面層瀝青混合料碾壓。

膠輪初壓的工藝程序為：

①初壓——輪胎——復壓；

②復壓——鋼輪——終壓。

輪胎壓路機一次完成初壓、復壓兩道工序。鋼輪一次完成復壓、終壓兩道工序，延長碾壓長度簡化工藝流程，減少折返點，以免形成橫梗。

膠輪初壓適用范圍比較廣，攤鋪厚度在4cm 以下壓實效果更佳。對于攤鋪厚度與最大粒徑比例在1:1 較好，例如 AC-20 采用 2cm 厚 AC-13 采用 1.3cm 厚。

如果是中下面層混合料采用膠輪壓路機可一次完成初壓、復壓和終壓整個碾壓流程，無需鋼輪壓路機。

膠輪初壓對施工氣溫要求較低，傳統工藝要求不低于5℃（高速公路不低于10℃），膠輪初壓工藝可以在零下5℃施工，在南方地區基本全年可以施工。

采用膠輪初壓工藝，路面壓實度可達98%（馬歇爾標準壓實度）以上，遠高于規范要求的95%-96%，由于混合料空隙率大大降低增強了面層抵抗變形的性能和抗滲性能，對瀝青路面延壽非常有益。

采用膠輪初壓工藝可使瀝青混合料面層承載能力、使用年限與道路基層協調，減少或避免設計年限內路面大修，節省路面養護費用的同時也減少大修對路面交通的干擾。

3 創新工藝——輪胎初壓實施情況

傳統的觀點認為使用輪胎壓路機初壓會破壞瀝青混合料路面平整度，實際上在控制好壓實參數前提下輪印是不會破壞平整度的。瀝青混合料剛攤牌后溫度較高粘度較低，應趁此機會進行充分壓實。尤其是改性瀝青，粘度較普通瀝青大，更應該在高溫區段碾壓，否則溫度一旦降低，則很難壓實。采用膠輪初壓工藝極大地拓寬了瀝青混合料碾壓的溫度窗口，使兼顧壓實度、平整度、構造深度以及抗變形能力成為可能。

在這二十年中，膠輪初壓工藝施工的道路有很多成功的案例；常州市東恒印染有限公司的廠區道路2005 年施工的，勞動東路支路2010 年元旦施工，當天溫度為攝氏零下五度，交通流量大，超載量大，十多年過去了，道路質量完好。360 省道溧陽段于2017 年12 月施工，2 臺攤鋪機同時攤鋪，用4 臺輪胎壓路機碾壓，檢測結果，不用鋼輪壓路機，達到碾壓質量標準，鋼輪壓路機，輪胎壓路機的每臺班總用油520 公升，現在每臺班的總用油量只要120 公升。2021 年8 月建成的中天鋼鐵集團廠內道路至目前為止經重載交通使用3 個月以上未見任何病害發生。

3.1 膠輪初壓的裝備要求

膠輪初壓對壓路機要求主要是重量和胎形，重量太重會產生較深輪印太輕則壓實不足；胎形對搭接處是否平滑非常重要。

膠輪壓路機裝備要求：①保證做上面層料壓路機每只輪胎的負荷為1.8-2.0 噸；②確保輪胎的氣壓正常，冷胎氣壓不小于0.55MPa；③做上面層料輪胎胎面弧度要求良好。

3.2 膠輪初壓的注意事項

為確?；旌狭夏雺嘿|量膠輪初壓有以下3 個重點事項需要注意：

①膠輪壓路機要緊跟攤鋪機碾壓，輪胎壓熱后不粘料時應進20m 退40m；②鋼輪要緊跟膠輪壓路機，只要夠鋼輪碾壓寬度就要開始碾壓，應進40m，退40m；③鋼輪要與膠輪串聯交替碾壓，不能分段碾壓。

3.3 膠輪初壓工法

經多年實踐和逐步完善，膠輪初壓的碾壓流程推薦采用：①膠輪一次完成初壓復壓，進20m 是初壓，退40m20m是復壓；②鋼輪一次完成復壓終壓，進40m20m 是復壓，退40m20m 是終壓；③膠輪、鋼輪各工作一次，完成一個工作循環，初壓，復壓，終壓；④冬天進20m 退40m，夏天可進30m 退60m，增加了碾壓長度減少折返點，提高了平整度；⑤膠輪初壓工藝壓一段路面碾壓2 遍12 個折回點，增加了一半以上的有效壓實時間與溫度。

利用膠輪壓路機對攤鋪后的瀝青混合料進行碾壓的步驟之前還包括：向膠輪壓路機的輪胎上涂覆防粘結劑。

初壓利用膠輪壓路機對瀝青混合料進行揉壓，碾壓速度為2.5-3.0km/h；復壓時利用膠輪壓路機對瀝青混合料進行揉壓，碾壓速度為3.5-4.0km/h；終壓利用雙鋼輪壓路機分別對瀝青混合料進行靜壓至無輪胎印跡，碾壓速度為3.0-4.0km/h。

上述雙鋼輪壓路機上設置有自動噴水裝置用于向輪胎噴射水霧。

瀝青混合料在初壓時的溫度不低于150℃，在復壓時的溫度不低于90℃。

復壓采用輪胎壓路機的輪胎充氣氣壓處于冷態時不小于0.55MPa，發熱后不小于0.6MPa。

使用雙鋼輪壓路機對瀝青混合料進行復壓時，采用振動碾壓。振頻不小于35-50Hz，振幅不小于0.3-0.8mm。

傳統工藝壓4 遍48 個折回點，多了36 個停車起步折回點，新工藝。省工、省時、省錢、高效。

瀝青路面施工手冊中要求，如提高碾壓溫度則碾壓遍數可以減少，輪胎初壓遍數只要2-3 遍，就可以達到碾壓質量要求，這只有輪胎初壓才能做到，由此產生了創新性生產力。溫度決定碾壓質量，壓實度單靠噸位大壓實力強不容易達到，只有綜合有效的壓實時間、溫度、碾壓幅度和一定的壓實力才能達到壓實效果。

3.4 膠輪初壓經濟效益顯著

通過實踐證明，膠輪初壓工藝可以減少一半壓路機，減少一半人工，用油減少一多半，并增加了一半以上的有效壓實時間與溫度窗口。按配備2 臺攤鋪機計，壓路機從8 臺（耗油 520L）減少到 4 臺（耗油 120L）；加水車及人工減少1000 元/日；節省噴擦輪胎用柴油60L。

膠輪初壓工藝不僅可以省工省料還節能環保、延長路面壽命，綜合各方面體現其經濟性。

采用膠輪初壓工藝，在瀝青混合料路面碾壓質量要素方面實現8 項可控：

①灑水量；②有效壓實時間；③有效壓實溫度；④碾壓幅度；⑤混合料與最大粒徑比例；⑥壓實度；⑦避開混合料不穩定溫度區間；⑧低溫施工。

以上8 項可控導致最終的結果是碾壓質量可控，膠輪初壓工藝的創新使瀝青混合料路面施工質量產生革命性的飛躍，該碾壓工藝為國內首創。

4 幾點建議

作者歷經二十余年的時間研究瀝青路面碾壓工藝，用十五年時間進行膠輪初壓工藝驗證并獲得國家發明專利（專利號：ZL 2010 1 0561526.9）。

4.1 膠輪初壓工藝實施建議

①采用膠輪初壓工藝可適當減薄面層厚度，特別是對于不連續級配膠輪壓路機的摩擦易使粗骨料浮起，導致結構深度減小甚至出現泛油，因此適當減薄面層厚度不但不會導致道路面層承載力降低反而壓實度更好承載力更高；②推薦施工方法：壓路機進20m，退40m，夏季可采用進30m，退60m，具體以輪胎不粘料為標準，此方法也叫搭積碾壓法；③SMA 改性瀝青完全可采用輪胎初壓，但混合料溫度必須130℃以上；④終壓溫度越接近攝氏100℃輪印越少，不粘料且路面抗滲性能好。

4.2 膠輪初壓改進的方向

①對重載瀝青路面的膠輪初壓進行專項研究，逐步解決重交通瀝青路面車轍和橫向變形等通病；②可針對攤鋪厚度與集料最大粒徑比例進行進一步實驗以找到最佳適配比例。

輪胎壓路機在瀝青混合料路面碾壓上具有其它類型壓路機無法比擬的優勢，因此在瀝青路面壓實機具選配時應將輪胎壓路機作為首選。膠輪初壓工藝，已得到了很好的實踐，隨著該技術的推廣應用，必將產生巨大的經濟與社會效益，是一項利國利民的新工藝。

5 結束語

膠輪初壓核心是解決了瀝青路面碾壓的溫度窗口問題，傳統工藝按照鋼輪-膠輪-鋼輪的流程進行碾壓容易導致后期壓實效果不佳。溫度決定碾壓質量，膠輪初壓工藝避開瀝青混合料溫度不穩定區，輪印可控、不粘料且壓實效果更佳，壓實度達到98%，還可以節省施工機械臺班和人工。與鋼輪初壓工藝相比膠輪初壓更具有科學性、先進性、合理性和實用性。