轮胎压路机在沥青混合料摊铺层碾压中的作用探讨

摘 要：应用力学原理，研究了轮胎压路机在碾压热拌沥青混合料时充气轮胎与沥青混合料的相互作用，进一步分析了充气轮胎在压实过程中的揉压机理和作用，并对轮胎压路机与光轮压路机及振动压路机，在压实沥青混合料摊铺层时的性能进行了对比研究。结果表明，轮胎压路机压实沥青混合料摊铺层能得到更高的压实质量，应选用轮胎压路机作为沥青混合料复压的主要机械。

关键词：道路工程；轮胎压路机；沥青混合料；揉压；机理

中图分类号：U213.3+4文献标识码：A

沥青路面的压实一般分为：初压、复压和终压三道工序。初压的目的是整平和稳定混合料，同时为复压创造条件，是压实的基础，采用轻型静力压实；复压的目的是使混合料密实、稳定、成型，混合料的密实程度取决于这道工序，采用振动压实和轮胎式揉压；终压的目的是消除轮迹，最后形成平整压实面，采用轻型静压。在这三道压实工序中，复压起着非常关键的作用，而采用轮胎压路机进行复压有着其它压路机不可取代的作用。本文将通过对轮胎压路机在碾压热拌沥青混合料时充气轮胎与沥青混合料作用的理论分析，探讨轮胎压路机压实沥青混合料时的揉压机理和作用,为沥青混合料压实机械的选型提供理论根据。

1轮胎压路机的揉压机理

轮胎式压路机的工作装置是两排并列布置的充气轮胎，该两排充气轮胎也是它的行驶机构。当压路机按照一定行驶路线、规律和速度在被压的混合料上行驶时，整机的重量G通过两排轮子(前4后5或前5后6)作用于被压混合料，此时，轮子对被压混合料有两种作用力：其一是垂直向下的静作用力,具有一定级配比的混合料在垂直静载荷的作用下,颗粒重新排列和互相靠近，小颗粒进入大颗粒的空隙中，从而使混合料的密度增加，发生永久变形，随着滚压次数的增多，混合料的密度进一步增加，最后达到实际残留变形等于零，这一作用过程和静力光轮压路机相同；其二是水平方向的作用力，水平作用力由两部分组成，可分析如下：设每个轮的垂直静载荷为Q ，此作用力作用于混合料上，实现垂直压实,同时，混合料给轮胎一垂直反力R0第一部分，对于驱动轮，驱动转矩MK所产生的圆周力向后水平作用于混合料，该力在数值上等于切线牵引力FK，对于从动轮，机架推力FC推着从动轮前进，产生一向前的水平力F′fc作用于混合料，如图1 所示。这一水平作用也与静力光轮压路机相同。第二部分是充气轮胎变形产生的水平作用力，充气轮胎在垂直静荷载Q与混合料垂直反力R作用下(Q与R大小相等方向相反) 变形(其变形量的大小与Q和R成正比,与充气气压大小成反比) ，使轮胎与被压混合料在瞬时的接触面成为如图2所示的形状。

由于轮胎是处于滚动状态，在进入结合区，轮胎在Q 和R 作用下产生变形，给混合料水平向外作用力；在离开结合区，由于气压力轮胎恢复变形，恢复力使混合料在轮胎宽度方向受到向内的水平作用力和向后的水平作用力。这些交替变化的水平作用力和垂直向下的静作用力就形成了对混合料的揉压作用。另外，由于轮胎的变形，使实际的结合区面积大,虽然单位面积上的压力降低，但是作用力的持续时间长，有助于压实。揉压作用将使混合料获得最佳的压实效果，是轮胎压路机的特点。

2 揉压作用分析

2．1获得高的密实度

热拌沥青混合料是由不同粒径的破碎石、砂、石粉和沥青按照一定的设计配合比拌和而成的，在碾压时，不同压路机的压实过程如下。

静力光轮压路机压实。混合料在静荷载的作用下只是发生颗粒的靠近，只有少量的小颗粒进入大颗粒的孔隙之间，大颗粒的重新排列受到了它们之间摩擦阻力的作用移动困难，虽然有热沥青的润滑作用，但这种重新排列由于只有静压力作用而受到限制，使最终的压实密度不高。

振动压路机压实。混合料在振动力的作用下重新排列和互相靠近，小颗粒进入大颗粒之间空隙要比静作用好的多，但振动力只是上下作用，况且混合料的大颗粒是破碎石，形状很不规则，虽然有振动力作用，也会存在镶嵌卡制现象，从而使密实度不能达到最好。

轮胎压路机压实。混合料在上述揉压作用下颗粒之间的摩擦力大大减小，重新排列、互相靠近,小颗粒进入大颗粒之间的空隙容易，可使压实密度达到设计要求。如某路段采用三种不同压路机进行压实，碾压速度为5km■h ，压实度比较见表1[1]。

2．2有利于返油

沥青混合料的沥青结合料有如下作用：①润滑每一粒集料，减少内摩擦，降低压实功；②有助于密封摊铺层表面，防止水、泥浆和空气侵入；③起粘接剂作用，沥青冷却后将集料颗粒粘接在一起。因此,压实过程不仅只是使混合料颗粒互相靠拢、填塞达到密实，还要使沥青结合料进入颗粒之间的空隙，将集料粘接在一起，多余的要返到表面填充表面空隙,以达到密封表层，防止水、泥浆和空气侵入。轮胎压路机的揉压作用有助于将多余的沥青结合料返到表层，以密封表层。

2．3能消除热裂纹

采用静力光轮压路机和振动压路机碾压热拌沥青混合料时，由于推移等原因会造成碾压热裂纹，该裂纹一旦形成，靠垂直静压力和垂直振动力不能消除，也就是说静力光轮压路机和振动压路机是不能消除热裂纹的。如果不消除该裂纹，水、泥浆和空气就会从裂纹处侵入，造成路面早期破坏。轮胎压路机具有揉压作用，在合适的碾压温度下用轮胎压路机碾压，轮胎的揉压力可使裂纹处的集料水平移动、热沥青被挤压到裂纹中填补了裂纹空隙，消除了裂纹。

2．4能保证均匀压实

静力光轮和振动压路机均采用钢轮，而且钢轮较宽，钢轮的接触线在沥青混合料的大颗粒之间就形成了“过桥”现象，这种“过桥”留下的空隙，就会产生不均匀的压实。另外，在摊铺宽度方向也不会完全均匀平整，同样存在高低不平现象，由于钢轮较宽,当沿着摊铺方向压实时，同样存在过桥现象，压实不均匀。相反，橡胶轮胎柔曲且单个轮胎较窄并沿着这些轮廓压实，从而产生较好的压实表面和较好的密实性。

2．5能消除压实层的内应力

热拌沥青混合料铺层，经钢轮压实后会存在内应力，该内应力要经过一段时间的时效才能消除，这对于改建道路或修补道路，铺层碾压好后，在短时内就要通车的情况将会造成应力裂纹而早期破坏。轮胎压路机的揉压作用可以消除内应力，通过轮胎压路机压实后，这种内应力非常小，可以满足短时间内

通车的需要，不会造成应力裂纹。

结语

通过对轮胎压路机压实热拌沥青混合料压实机理和作用的研究分析，认为轮胎压路机在压实沥青混合料摊铺层方面有着其它类型压路机无法比拟的优点。因此，在沥青路面压实的机械选型和配置时,选用轮胎压路机作为复压的主要机型。另外，轮胎压路机还可广泛用于压实各类建筑基础。在对两侧边做最后压实时，能使整个铺层表面均匀一致，而对路缘石的擦边碰撞破坏比钢轮压路机要小得多。总之,轮胎压路机在道路施工中有着广泛的用途，关于其它方面机理和用途有待进一步研究和探讨。

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