论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了振荡压实原理和优势，通过试验总结了影响振荡压实效果的因素，提出了振荡压实沥青路面的控制要点。
关键词：振荡压实；优势；影响；压实效果；因素
1. 振荡压实机理
振荡压路机产生振荡压实方法有多种，常见有以下两种方法：一是在滚轮内装二根转动方向相同，同步旋转的偏心轴，两偏心轴上相对安装有互成180°的偏心块，且偏心质量和偏心距均相等，保证了激振力的合力沿滚轮圆周径向始终为零。但偏心轴旋转时的离心力能产生按正弦曲线的交变扭矩并施加滚轮上，使它产生一种绕滚轮轴心的振荡运动，滚轮作用并传递给压实材料使其密实。
二是在压路机的振动轮上与镶板平行地安装着一对在两端具有偏心块的旋转轴，通过锥齿轮传动，两根旋转轴能作反方向旋转，上下偏心块分别在相对方向配置。这两轴旋转时产生的离心力合力为零，但可获得沿滚轮切线方向作用的正弦交变扭矩，并使滚轮对地面产生振荡运动。
2. 振荡压实和振动压实效果比较
我们在陕西凤永高速公路桥面沥青铺装施工中，对振荡压实和振动压实的效果进行了对比试验，压实试验是在同一台压路机、碾压速度、线压力处于相同的条件下，分振荡压实和振动压实两种工况下进行的，根据压实的遍数及检测的压实度数据，我们绘制压实度随压实遍数而变化的回归曲线。
从试验的结果来看，振荡压实的碾压效率比振动压实的效率明显要高，振荡压实压实度的增长率较高，而振动压实压实度的增长率相对较低。
这说明振荡压实的作业方式与振动压实具有本质的区别，从压实机理上来说，被压实材料吸收的能量是不同的。当压路机在振荡工况下碾压时，其水平振动波在一定厚度的表层内传播，振荡压实的能量较好地被压实材料所吸收；而振动工况下，其压实能量以垂直振动波的形式传递给下层和周围环境，由于反射等原因，而不是全部被压实材料所吸收。因此，振荡压实具有更高的碾压效率。
从图可见，当最终的压实度为98%时，振荡压实仅需碾压3.9遍，而振动压实工况下，其碾压遍数需要达到6遍，振荡压实比振动压实的压实效率可提高30%以上。这充分说明：振荡压实是一种压实效率较高的压实方式，适合于桥面铺装和沥青混合料的碾压，特别是改性沥青、SMA沥青混合料、AK型级配沥青混合料等压实难度较大的混合料的碾压。
3. 振荡频率对振荡压路机压实效果的影响
为撑握振荡频率对振荡压实效果的影响，我们在相同的压实遍数下，采用不同振荡频率进行沥青面层的压实试验，根据检测数据，绘制了压实度-频率曲线。
从图中可以总结出以下几点：
（1）从第一遍到第六遍压实的频率曲线来看在20至27 Hz的频率范围内压实度均有一最低点，而使频率曲线在这一频率范围内形成一凹谷。因此，在频率曲线上应该有两个高峰，使压实度-频率曲线形成一驼峰状的形态，这表明将振荡轮的动力学模型为两个自由度的系统。
（2）上述凹谷的特征在第一遍压实时最为明显，而随着混合料压实度的增大，这一凹谷逐渐变得愈来愈平坦。这表明随着混合料刚度的增大，它在滚轮切向作用下的剪切变形也变得愈小，所以当混合料的压实度增大到一定程度时振荡轮切向振幅的大小对混合料的压实作用已经没有多大意义了，滚轮对沥青混合料施加的振荡能量大部分无法为被压材料所吸收而转变成了滚轮在路面上的滑转损失。
（3）从图中的压实度-频率曲线来看，曲线的两个高峰一个应该在低于20 Hz的部位（由于振荡压路机振荡频率的调整范围最低频率为20 Hz，所以20 Hz压实度无法试验），另一高峰初看起来似乎从第一遍至第六遍都是在30 Hz处，但这显然是不正确的。因为试验的频率间隔较宽，所以我们只能说各遍频率曲线的第二高峰都是落在27～33 Hz的范围内。
（4）虽然由于试验点过少而未能精确地确定出各压实遍数下的高峰频率，但它随压实遍数的增加而变化的趋势是可以得到的。这一趋势可以从频率曲线在30 Hz两侧的斜率的变化来判断。从图中可以看出，在压实第一遍时，从27 Hz到30 Hz的压实度上升率和从30 Hz到33 Hz的下降率都很大而且比较对称，因此可以判断第一遍压实时的频率高峰就在30 Hz附近，最大的可能是在29～31 Hz的范围内。而随着压实遍数的增加，30 Hz两侧的变化率都在减少，但从30 Hz 至33 Hz的下降率变化更大，而至第六遍压实时下降率已很小了。因此可以肯定这样的一种趋势，即随着沥青混合料压实度的增加，第二高峰的频率将向增大的方向移动。
（5）从图中还可以看到频率对压实度的影响是相当敏感的，特别是对于开始碾压的较松的沥青混合料它的敏感性更大。例如，当压实第一遍时频率在27 Hz时，压实度为91.70，当频率为30 Hz时同样是压实第一遍，但压实度一下子就可达94.77，提高了3.07%，而当频率提高至33Hz时压实度又下降至92%，减少了2.7%。即使在压第六遍时，频率27 Hz时的压实度仍要比30Hz时低2.66%。就频率对压实效果影响的敏感性而言振荡压实要比振动压实大得多，这表明为充分发挥振荡压实的优势，在压实不同的层厚、不同的沥青混合料时应采用不同的振荡频率。
4. 碾压速度对振荡压路机压实效果的影响
为撑握碾压速度对振荡压实效果的影响，我们让振荡压路机分别以3Km/h、5Km/h、7Km/h的碾压速度进行沥青面层的压实试验，根据检测数据，绘制了压实度-压实遍数回归曲线图。见“图5”。
从图来看，以压实度达到98%来比较，当碾压速度为3Km/h时，需要4.2遍；当碾压速度为5Km/h时，需要7.35遍。由于压路机的生产率，所以是与生产率成正比的。从图5中还可见碾压速度为3Km/h、5Km/h时密实度的增长率比较接近，而碾速度达到7Km/h时，其增长率较缓慢。另外，开始碾压时的压实曲线增长很快。因此，在沥青路面碾压时，当需要达到设计密实度而同时又保持较高的碾压效率时，碾压速度宜选为3～5Km/h。
为了更好地揭示碾压速度的影响，可以将上图压实遍数的坐标变换为对数坐标，见图6。
从图中可见，对数函数拟合变成了线性拟合，碾压速度为3 km/h和5 km/h的二条直线基本上是平行的，而碾压速度为7 km/h的直线其斜率则明显变小。上述试验数据表明，在3～5 km/h的速度范围内，压实度随压实遍数的增长率基本上是不变的。振荡压实的这种在一定速度范围内压实度增长速率基本不变的特点为进一步优化碾压工艺提供了可能，也就是说可以在不同的压实遍数下选择不同的碾压速度，可获得最高的压实效率（生产率最大）。
当碾压长度L为一定时，达到规定压实度所需的碾压时间t是和碾压遍数成正比的，而与碾压速度成反比的，并可按下式来计算：
t = （ L / v ）×n （min）；
式中L—每遍碾压长度（m），v—碾压速度（m/min）， n—碾壓遍数
当碾压长度L为30m时，采用以下5种压实方案，均能达到压实度>98%的要求，根据上面公式可计算所需的碾压时间，详见表1：
从表1中可见方案⑸所需碾压时间最长为3 min，而方案⑷最小只需2.52 min，方案⑶其次需2.64 min。因此，如采用⑶、⑷两种方案则碾压时间分别比方案⑸缩短12%和16%，亦即生产率可提高12～16%。
结论
以上主要讲述振荡压实技术是一项新的压实方法和技术，它是用一种全新的思路来考虑振动压实工艺的，这就是利用激发被压材料颗粒发生水平振动，它与垂直振动一样可以削弱颗粒之间的联系，使之重新排列而变得更加密实，这就从根本上克服了垂直振动会给上部机架及周围和下层建筑结构带来的有害振动，由于更为充分地利用了振动能量，因而能降低能源消耗，提高压实效率。
作者简介：
王鹏程（1976-），男，山东日照人，工程师，主要从事公路工程管理。
关键词：振荡压实；优势；影响；压实效果；因素
1. 振荡压实机理
振荡压路机产生振荡压实方法有多种，常见有以下两种方法：一是在滚轮内装二根转动方向相同，同步旋转的偏心轴，两偏心轴上相对安装有互成180°的偏心块，且偏心质量和偏心距均相等，保证了激振力的合力沿滚轮圆周径向始终为零。但偏心轴旋转时的离心力能产生按正弦曲线的交变扭矩并施加滚轮上，使它产生一种绕滚轮轴心的振荡运动，滚轮作用并传递给压实材料使其密实。
二是在压路机的振动轮上与镶板平行地安装着一对在两端具有偏心块的旋转轴，通过锥齿轮传动，两根旋转轴能作反方向旋转，上下偏心块分别在相对方向配置。这两轴旋转时产生的离心力合力为零，但可获得沿滚轮切线方向作用的正弦交变扭矩，并使滚轮对地面产生振荡运动。
2. 振荡压实和振动压实效果比较
我们在陕西凤永高速公路桥面沥青铺装施工中，对振荡压实和振动压实的效果进行了对比试验，压实试验是在同一台压路机、碾压速度、线压力处于相同的条件下，分振荡压实和振动压实两种工况下进行的，根据压实的遍数及检测的压实度数据，我们绘制压实度随压实遍数而变化的回归曲线。
从试验的结果来看，振荡压实的碾压效率比振动压实的效率明显要高，振荡压实压实度的增长率较高，而振动压实压实度的增长率相对较低。
这说明振荡压实的作业方式与振动压实具有本质的区别，从压实机理上来说，被压实材料吸收的能量是不同的。当压路机在振荡工况下碾压时，其水平振动波在一定厚度的表层内传播，振荡压实的能量较好地被压实材料所吸收；而振动工况下，其压实能量以垂直振动波的形式传递给下层和周围环境，由于反射等原因，而不是全部被压实材料所吸收。因此，振荡压实具有更高的碾压效率。
从图可见，当最终的压实度为98%时，振荡压实仅需碾压3.9遍，而振动压实工况下，其碾压遍数需要达到6遍，振荡压实比振动压实的压实效率可提高30%以上。这充分说明：振荡压实是一种压实效率较高的压实方式，适合于桥面铺装和沥青混合料的碾压，特别是改性沥青、SMA沥青混合料、AK型级配沥青混合料等压实难度较大的混合料的碾压。
3. 振荡频率对振荡压路机压实效果的影响
为撑握振荡频率对振荡压实效果的影响，我们在相同的压实遍数下，采用不同振荡频率进行沥青面层的压实试验，根据检测数据，绘制了压实度-频率曲线。
从图中可以总结出以下几点：
（1）从第一遍到第六遍压实的频率曲线来看在20至27 Hz的频率范围内压实度均有一最低点，而使频率曲线在这一频率范围内形成一凹谷。因此，在频率曲线上应该有两个高峰，使压实度-频率曲线形成一驼峰状的形态，这表明将振荡轮的动力学模型为两个自由度的系统。
（2）上述凹谷的特征在第一遍压实时最为明显，而随着混合料压实度的增大，这一凹谷逐渐变得愈来愈平坦。这表明随着混合料刚度的增大，它在滚轮切向作用下的剪切变形也变得愈小，所以当混合料的压实度增大到一定程度时振荡轮切向振幅的大小对混合料的压实作用已经没有多大意义了，滚轮对沥青混合料施加的振荡能量大部分无法为被压材料所吸收而转变成了滚轮在路面上的滑转损失。
（3）从图中的压实度-频率曲线来看，曲线的两个高峰一个应该在低于20 Hz的部位（由于振荡压路机振荡频率的调整范围最低频率为20 Hz，所以20 Hz压实度无法试验），另一高峰初看起来似乎从第一遍至第六遍都是在30 Hz处，但这显然是不正确的。因为试验的频率间隔较宽，所以我们只能说各遍频率曲线的第二高峰都是落在27～33 Hz的范围内。
（4）虽然由于试验点过少而未能精确地确定出各压实遍数下的高峰频率，但它随压实遍数的增加而变化的趋势是可以得到的。这一趋势可以从频率曲线在30 Hz两侧的斜率的变化来判断。从图中可以看出，在压实第一遍时，从27 Hz到30 Hz的压实度上升率和从30 Hz到33 Hz的下降率都很大而且比较对称，因此可以判断第一遍压实时的频率高峰就在30 Hz附近，最大的可能是在29～31 Hz的范围内。而随着压实遍数的增加，30 Hz两侧的变化率都在减少，但从30 Hz 至33 Hz的下降率变化更大，而至第六遍压实时下降率已很小了。因此可以肯定这样的一种趋势，即随着沥青混合料压实度的增加，第二高峰的频率将向增大的方向移动。
（5）从图中还可以看到频率对压实度的影响是相当敏感的，特别是对于开始碾压的较松的沥青混合料它的敏感性更大。例如，当压实第一遍时频率在27 Hz时，压实度为91.70，当频率为30 Hz时同样是压实第一遍，但压实度一下子就可达94.77，提高了3.07%，而当频率提高至33Hz时压实度又下降至92%，减少了2.7%。即使在压第六遍时，频率27 Hz时的压实度仍要比30Hz时低2.66%。就频率对压实效果影响的敏感性而言振荡压实要比振动压实大得多，这表明为充分发挥振荡压实的优势，在压实不同的层厚、不同的沥青混合料时应采用不同的振荡频率。
4. 碾压速度对振荡压路机压实效果的影响
为撑握碾压速度对振荡压实效果的影响，我们让振荡压路机分别以3Km/h、5Km/h、7Km/h的碾压速度进行沥青面层的压实试验，根据检测数据，绘制了压实度-压实遍数回归曲线图。见“图5”。
从图来看，以压实度达到98%来比较，当碾压速度为3Km/h时，需要4.2遍；当碾压速度为5Km/h时，需要7.35遍。由于压路机的生产率，所以是与生产率成正比的。从图5中还可见碾压速度为3Km/h、5Km/h时密实度的增长率比较接近，而碾速度达到7Km/h时，其增长率较缓慢。另外，开始碾压时的压实曲线增长很快。因此，在沥青路面碾压时，当需要达到设计密实度而同时又保持较高的碾压效率时，碾压速度宜选为3～5Km/h。
为了更好地揭示碾压速度的影响，可以将上图压实遍数的坐标变换为对数坐标，见图6。
从图中可见，对数函数拟合变成了线性拟合，碾压速度为3 km/h和5 km/h的二条直线基本上是平行的，而碾压速度为7 km/h的直线其斜率则明显变小。上述试验数据表明，在3～5 km/h的速度范围内，压实度随压实遍数的增长率基本上是不变的。振荡压实的这种在一定速度范围内压实度增长速率基本不变的特点为进一步优化碾压工艺提供了可能，也就是说可以在不同的压实遍数下选择不同的碾压速度，可获得最高的压实效率（生产率最大）。
当碾压长度L为一定时，达到规定压实度所需的碾压时间t是和碾压遍数成正比的，而与碾压速度成反比的，并可按下式来计算：
t = （ L / v ）×n （min）；
式中L—每遍碾压长度（m），v—碾压速度（m/min）， n—碾壓遍数
当碾压长度L为30m时，采用以下5种压实方案，均能达到压实度>98%的要求，根据上面公式可计算所需的碾压时间，详见表1：
从表1中可见方案⑸所需碾压时间最长为3 min，而方案⑷最小只需2.52 min，方案⑶其次需2.64 min。因此，如采用⑶、⑷两种方案则碾压时间分别比方案⑸缩短12%和16%，亦即生产率可提高12～16%。
结论
以上主要讲述振荡压实技术是一项新的压实方法和技术，它是用一种全新的思路来考虑振动压实工艺的，这就是利用激发被压材料颗粒发生水平振动，它与垂直振动一样可以削弱颗粒之间的联系，使之重新排列而变得更加密实，这就从根本上克服了垂直振动会给上部机架及周围和下层建筑结构带来的有害振动，由于更为充分地利用了振动能量，因而能降低能源消耗，提高压实效率。
作者简介：
王鹏程（1976-），男，山东日照人，工程师，主要从事公路工程管理。