专利名称：沥青路面真空压路机及其路面压实方法
技术领域：
本发明属于公路施工领域，具体涉及一种浙青路面真空压路机及其路面压实方法。
背景技术：
由于浙青混凝土路面固有的诸多良好性能，当前世界各国的高等级公路大多采用浙青路面。一般来看，浙青混凝土路面的孔隙率为3 5%，仍存在着减少的余地。众所周知，压路机滚轮的接地压力应接近压实材料的强度极限，但不应该超过它，最好是强度极限的0. 8 0. 9倍。因此，依靠增加压路机质量或线压力来强化压实过程的方法受到限制。压实是通过施加外力使被压材料提高压实度的过程。铺筑材料的压实过程，是向被压材料加载，克服松散多相材料中固体颗粒间的摩擦力、粘着力，排除固体颗粒间的空气和水分，使各个颗粒发生位移、互相靠近。铺筑材料经压实后，压实度增加。压实的第一个必要条件是使被压材料的颗粒重新排列，施加必要的外力和功，以克服其内部阻力，使颗粒发生相对滑移，压实的第二个必要条件是被压材料必须在压实过程中保持必需的稳定结构而不在外力作用下发生“流动”。浙青混合料是由气相(空气)、液相(浙青)和固相(集料)组成的三相体系。其压实过程主要是借助一些压实设备对已摊铺好的浙青混合料进行某种形式的加载，克服浙青混合料的内摩擦力、粘聚力，使大小集料发生位移而互相靠近，通过排出内部气体来减少空隙，从而使浙青混合料发生塑性变形而密实。在此过程中，浙青混合料状态发生变化，从松散、塑态逐步过渡到高抗拉强度粘聚态。压实的实质是移除气相，使液相和固相发生重新排列而空隙率减少。目前，浙青路面压实常用的压实设备主要有静作用钢轮压路机(光轮压路机)、 双钢轮振动压路机(串联振动压路机)、轮胎压路机等。近几年出现了振荡压路机、高频振动压路机和智能压路机等新型压实设备。静作用钢轮压路机主要是对浙青混合料施加重力使其发生塑性变形、将空气“挤出”而密实。但静作用钢轮压路机是一种效率较低的压实设备，靠增加重量提高压实度能耗较大，静作用力只能使集料发生较小的相对滑移，浙青混合料塑性变形较小，仅“挤出”少部分空气。双钢轮振动压路机可以有效解决静作用钢轮压路机效率较低的问题，但由于两个圆形钢轮与浙青混合料为“线”接触，这就使得压实力较大而作用时间较短，一方面在轮前形成推料，另一方面轮后产生回弹和微裂纹。回弹降低了压实效率，且圆钢轮和浙青混合料线接触作用时间较短，难以保证空气“挤出”时间，空气“挤出”不彻底。因此，研究一种效果好且效率高的浙青路面压路机及其路面压实方法是十分有必要的
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种浙青路面真空压路机及其路面压实方法，本发明通过在真空条件下对浙青路面进行压实，节省了人力物力，生产率得到显著提高。一种浙青路面真空压路机，包括压路机，其特征在于，还包括安装在驾驶室内的控制板以及位于前轮和后轮之间的真空室，真空室通过两个真空室举升油缸安装在机架的下方；真空室包括真空室支架、上密封圈和下密封圈，其中，真空室支架是底部敞开的中空长方体，真空室支架的前后两端均通过真空室举升油缸连接到机架；真空室支架的下边沿连接上密封圈，上密封圈的下边沿连接下密封圈；下密封圈的下边沿与前轮、后轮的下边沿处于同一水平面；真空室内安装有碾压轮，碾压轮的宽度与前轮相同；碾压轮的轮轴两端均连接碾压轮支架，该碾压轮支架通过穿过真空室支架的连杆与真空室支架上方的调节油缸中的活塞连接，真空室支架与调节油缸的外壳焊接；连杆和调节油缸以及真空室之间通过密封圈进行密封；真空室连接真空泵，真空泵固定在机架上；真空室上安装有温度传感器和真空度传感器，碾压轮的轮轴处安装有速度传感器；真空室举升油缸、调节油缸、温度传感器、真空度传感器和速度传感器均连接至控制板。进一步的，所述上密封圈的上下宽度为25-50mm;下密封圈的上下宽度为
20-25mmo进一步的，所述下密封圈的材料采用橡胶。进一步的，所述上密封圈的材料采用弹簧密封圈。进一步的，所述前轮采用静钢轮，碾压轮采用小型碾压钢轮，后轮采用一排并列的橡胶轮胎。应用上述浙青路面真空压路机的路面压实方法，其特征在于，在浙青面层摊铺结束时，立即进行如下步骤I)启动真空室举升油缸使真空室下降，直至下密封圈与地面接触；然后启动调节油缸对真空室的高度进行微调，直至真空室底部的下密封圈的变形为8 10_，此时真空室与浙青路面之间形成一密闭的工作腔；2)驾驶员通过控制板打开温度传感器、速度传感器和真空度传感器，实时采集工作腔内的温度、真空度以及压路机的行驶速度；3)当温度为70 150°C时，驾驶员打开真空泵对工作腔抽真空，真空室内部压强为-0. 5 OMP时，驾驶压路机以I 5km/h的速度行驶；4)压路机行驶过程中需要停机时，将真空室内部压力调节到OMP ；5)路面压实结束后，关闭真空泵、速度传感器、真空度传感器和温度传感器，并调整真空室举升油缸使真空室脱离路面。进一步的，所述真空室内部温度为120°C，压强为-0. IMP,压路机行驶速度为3km/ h0本发明的特点和有益效果如下
I、本发明在普通压路机机场桑增加了真空室，真空条件有利于混凝土内部结构的改善，为浙青混合料中孔隙率数量和尺寸的减少都创造了条件；真空室外表面的大气压和室内的真空压力差，通过真空室与下密封圈给路面施加了附加压力，且该压力随真空室压力的变化而变化。这为路面压实中，根据浙青混凝土温度、材料特性、压实遍数等调节滚轮的接地压力，提高压实效率提供了方便。2、真空室上装有温度传感器、速度传感器和真空度传感器，并在驾驶室内装有控制板；驾驶员可根据显示在控制板上的真空室内温度和真空度的测试结果调整压路机的行驶速度和真空泵的工作。3、在真空室上采用双层调整密封圈，其上层为弹簧密封圈可发生大变形，下层为普通橡胶密封圈发生小变形；两密封圈同时工作以适应路面凹凸变形的需要。4、真空室由两个真空室举升油缸直接连接在压路机的机架上；调节油缸由于微调真空室高度来控制下密封圈合适的变形量，使大气压力经由下密封圈直接作用到路面上的压力不至于过大。5、传统的浙青路面压实方法是先用静钢轮压路机进行I 2遍初压，4 6遍复压，再用橡胶轮压路机进行I 2遍终压，因此需要采用至少3种压路机按顺序重复碾压； 由于本发明的前轮采用碾压钢轮，中部在真空室内采用碾压轮，后轮采用橡胶轮，因此，仅需使用一台本发明的浙青路面真空压路机，且用本发明的浙青路面真空压实方法碾压3 4遍即可达到相同的碾压质量。6、通过试验得知，与传统的压路机相比，本发明碾压后的浙青路面的变形效率提高，节省了人力物力，生产率得到显著提高。
图I是本发明的浙青路面真空压路机的结构示意图。图2是施工现场测试的浙青路面结构变形示意图。其中，左图是采用本发明的真空压路机压实后的浙青路面；右图是采用普通压路机压实后的浙青路面。图3是真空状态和非真空状态下，浙青混合料样品被压实的变形量对比图。以下通过附图和具体实施方式
对本发明作进一步解释说明。
具体实施例方式如图I所示，本发明的浙青路面真空压路机，包括一台普通的压路机以及位于该压路机的前轮和后轮之间的真空室3，真空室3通过两个真空室举升油缸4安装在压路机的机架的下方，真空室举升油缸4用于调节真空室3的升降；真空室3包括真空室支架5、上密封圈6和下密封圈7，其中，真空室支架5是底部敞开的中空的金属长方体，真空室支架5的前后两端均通过真空室举升油缸4连接到机架； 真空室支架5的下边沿连接上密封圈6，上密封圈6的下边沿连接下密封圈7 ;上密封圈6 的上下宽度为25-50mm ;下密封圈7的上下宽度为20_25mm，下密封圈7的下边沿与前轮I、 后轮2的下边沿处于同一水平面；下密封圈7采用硬度较低的材料，如橡胶，其作用是在真空室3经过较小的障碍物时产生变形，保持真空室3的密封性；上密封圈6采用弹簧密封圈，能产生大的变形，其作用是在真空室3经过路面的较大的障碍物时，上密封圈6和下密封圈7共同变形越过障碍，保持真空室的密封性。真空室3内安装有碾压轮8，碾压轮8的宽度与前轮相同，碾压轮8用于对浙青路面进行复压，并起到承重及限制上密封圈6、下密封圈7变形的作用；碾压轮8的轮轴两端均连接碾压轮支架9，该碾压轮支架9通过穿过真空室支架5的连杆10与真空室支架5上方的调节油缸11中的活塞连接，真空室支架5与调节油缸11的外壳焊接从而使得真空室3 和调节油缸11成为一体；连杆10和真空室3以及调节油缸11之间通过密封圈12进行密封；调节油缸11用于微调真空室3距离路面的高度，调节油缸11通过调整输入到油缸腔中液压油的多少使得真空室3与调节油缸11的外壳整体相对于调剂油缸的活塞以及连杆10 上下运动，从而微调真空室3相对于路面的高度，使得下密封圈与地面的接触力得到调整， 从而使得通过连杆10、碾压滚轮8作用到路面的大气压力得到调整。真空室3通过管路连接用于将真空室抽真空的真空泵13，真空泵13固定在机架上；真空室3上方安装有用于测量真空室3内部温度和真空度的温度传感器14和真空度传感器15，碾压轮8的轮轴处安装有速度传感器17 ；本发明还包括安装在压路机驾驶室的控制板16，控制板16包括仪表盘和控制按钮，控制板16用于显示各传感器采集的数据，并用于控制各传感器以及真空室举升油缸4 和调节油缸11开启；真空室举升油缸4、调节油缸11、温度传感器14、真空度传感器15和速度传感器 17均连接至控制板16，驾驶员通过控制板16查看温度传感器14、真空度传感器15和速度传感器17采集的数据，通过控制板16控制真空室举升油缸4和调节油缸11的工作状态。前轮I采用静钢轮，碾压轮8采用小型碾压钢轮，后轮2采用一排并列的橡胶轮月台。应用本发明的浙青路面真空压路机进行工作时，首先按常规方法完成道路路基和基层的施工，在道路基层的表面摊铺浙青面层，立即在待压实路面区域使用本发明的浙青路面真空压路机进行压实，具体步骤如下I、启动真空室举升油缸4使真空室3下降，直至下密封圈7与地面接触；然后启动调节油缸11对真空室3的高度进行微调，直至真空室3底部的下密封圈7的变形为8 10mm，此时真空室3与浙青路面之间形成一密闭的工作腔；2、驾驶员通过控制板16打开温度传感器14、速度传感器17和真空度传感器15， 实时采集工作腔内的温度、真空度以及压路机的行驶速度；3、当温度为70 150°C时，驾驶员打开真空泵13对工作腔抽真空，真空室3内部压强为-0. 5 OMP时，驾驶员驾驶压路机以I 5km/h的速度行驶；由于采用真空压实时浙青混合料的最佳压实温度在100 120°C，因此浙青面层摊铺结束时立即进行真空压实； 经测试，真空室3内部最佳温度为120°C，压强为-0. 1MP，压路机行驶速度为3km/h ；4、压路机行驶过程中需要停机时，将真空室3内部压力调节到-0. 035MP ;这是为了避免局部路面的真空压力过大导致压实路面被破坏；5、路面施工完成之后，关闭真空泵13、速度传感器17、真空度传感器15和温度传感器14，调整真空室举升油缸4使真空室脱离路面。本发明的设计原理如下压路机行驶的过程中，压路机的前轮首先对浙青路面进行初压整平和稳定混合料，然后真空室到达初压后的浙青路面，大气压向下作用到真空室顶板，其对于真空室向下的作用力使真空室下部的上、下密封圈随路面情况发生变形，始终保持真空室的底部与路面紧密接触。遇到较小的障碍物(如浙青混合料大颗粒)时，下密封圈发生较小的变形时刻保持真空室密闭；遇到较大的障碍物(如井盖)时，上密封圈和下密封圈同时变形时刻保持真空室密闭；真空状态破坏了浙青混合料内部相互作用的汽、液、固体三相间不稳定的力平衡，使其内部应力下降；此时，作用在真空室支架上的向下的大气压力通过与该真空室支架焊接在一起的调节油缸外壳，再通过液压油、活塞、连杆和碾压轮作用到浙青路面上，因此， 碾压滚轮作用到地面上的碾压力一部分来自滚轮自身的重力，另一部分是经过连杆传递过来大气压力。碾压轮对浙青路面进行复压，克服了浙青混合料的内摩擦力和粘聚力，使液相和固相发生相互滑移、嵌锁，开口孔隙和闭口孔隙随之发生变化，浙青填充到集料的空穴及缝隙中去；同时由于真空室内的压力小于大气压力，存在于混合料开口孔隙与大气连通的自由气体就会朝压力较小的真空室方向移动自由排出孔隙，存在于混合料闭口孔隙中的封闭气体因小型碾压钢轮的碾压一部分气泡破裂而变成自由气体排出，其余部分则因受挤压而分裂为多个更小气泡。随着压实的进行，气体不断被排出，浙青混合料持续发生塑性变形而密实。最后，压路机后轮对复压后的浙青路面进行终压，消除浙青面层的细小纹理，减小变形，改善路面面层的表面平整度。本发明完全根据浙青混合料密实需要排出内部空气的基本要求进行设计，一方面，通过真空室实现浙青混合料内部气体主动溢出，破坏浙青混合料原先的气相、液相和固相间稳定的力平衡，消除“气体弹簧”效应(当压实到一定程度，自由气体变得很少，剩下难于溢出存在于闭口孔隙的封闭气体，这些被浙青包裹的大量气泡形成了数量可观的“气体弹簧”)，为压实创造有利条件；另一方面，真空室外表面的大气压力与真空室内的真空压力差通过碾压轮作用在浙青混合料表面，形成有效的压实力，全部用于克服浙青混合料的内摩擦力和粘聚力，液相和固相发生互相滑移、嵌锁而密实。此外，与以往传统压路机和路面压实方法相比，本发明跳出了 “为保证碾压温度提高浙青混合料初始温度”的思路，通过提高压实效率减少压实遍数，从而缩短降温时间、保证碾压温度。即由于真空压实效率高于普通压实方法，虽然降温速度快，但压实时间短(降温时间短)，自然能保证碾压温度。在真空室附加检测仪表，由于压实度与空隙率的紧密联系，空隙率又与真空室压力变化有直接联系，因此，可通过检测真空度实现压实度的在线检测，使压实质量具有可控性，避免了压实不足引起的各种问题。同时，根据浙青混合料种类、铺层厚度等选择合适的真空度，避免了过压实引起的“集料破碎”问题。如图2所示，为了验证本发明的效果，选取某浙青路面施工现场，分别确定两个相同的待压实浙青路面区域，采用本发明的压路机和压实方法以及传统的压路机对浙青路面进行压实。采用普通压路机进行碾压时，先用钢轮压路机进行2遍初压，4遍复压，再用橡胶轮压路机进行2遍终压；采用本发明的压路机进行了 3遍碾压；之后，分别用GB50092-96 《浙青路面施工及验收规范》对压实后的浙青路面进行测试。其中，左图为本发明压实过的浙青路面，经测量，浙青路面中的孔隙小于0.015mm，右图为普通压路机的压实效果，经测量，浙青路面中的孔隙达0.3_;并且，压实效果仅从图中即可明显看出。该结果说明，在真
7空条件下，采用本发明的方法对浙青路面进行压实，不但减少了压路机数量，同时减少了压实遍数，最终还能达到更好的压实效果。如图3所示，在实验室内对浙青样品进行真空压实试验，与非真空状态的压实试验相比较，测得的真空加载时浙青混合料变形速率较大，累计变形量大。
权利要求
1.一种浙青路面真空压路机，包括压路机，其特征在于，还包括安装在驾驶室内的控制板(16)以及位于前轮(I)和后轮(2)之间的真空室(3)，真空室(3)通过两个真空室举升油缸(4)安装在机架的下方；真空室(3)包括真空室支架(5)、上密封圈(6)和下密封圈(7)，其中，真空室支架(5) 是底部敞开的中空长方体，真空室支架(5)的前后两端均通过真空室举升油缸(4)连接到机架；真空室支架(5)的下边沿连接上密封圈￠)，上密封圈￠)的下边沿连接下密封圈(7);下密封圈(7)的下边沿与前轮(I)、后轮(2)的下边沿处于同一水平面；真空室⑶内安装有碾压轮(8)，碾压轮⑶的宽度与前轮相同；碾压轮⑶的轮轴两端均连接碾压轮支架(9)，该碾压轮支架(9)通过穿过真空室支架(5)的连杆(10)与真空室支架(5)上方的调节油缸(11)中的活塞连接，真空室支架(5)与调节油缸(5)的外壳焊接；连杆(10)和调节油缸(11)以及真空室(3)之间通过密封圈(12)进行密封；真空室(3)连接真空泵(13)，真空泵(13)固定在机架上；真空室(3)上安装有温度传感器(14)和真空度传感器(15)，碾压轮(8)的轮轴处安装有速度传感器(17)；真空室举升油缸(4)、调节油缸(11)、温度传感器(14)、真空度传感器(15)和速度传感器(17)均连接至控制板(16)。
2.如权利要求I所述的一种浙青路面真空压路机，其特征在于，所述上密封圈(6)的上下宽度为25-50mm ;下密封圈(7)的上下宽度为20_25mm。
3.如权利要求I所述的一种浙青路面真空压路机，其特征在于，所述下密封圈(7)的材料米用橡胶。
4.如权利要求I所述的一种浙青路面真空压路机，其特征在于，所述上密封圈(6)的材料采用弹簧密封圈。
5.如权利要求I所述的一种浙青路面真空压路机，其特征在于，所述前轮(I)采用静钢轮，碾压轮(8)采用小型碾压钢轮，后轮(2)采用一排并列的橡胶轮胎。
6.应用权利要求I所述的浙青路面真空压路机的路面压实方法，其特征在于，在浙青面层摊铺结束时，立即进行如下步骤1)启动真空室举升油缸(4)使真空室(3)下降，直至下密封圈(7)与地面接触；然后启动调节油缸(11)对真空室(3)的高度进行微调，直至真空室(3)底部的下密封圈(7)的变形为8 10mm，此时真空室(3)与浙青路面之间形成一密闭的工作腔；2)驾驶员通过控制板(16)打开温度传感器(14)、速度传感器(17)和真空度传感器 (15)，实时采集工作腔内的温度、真空度以及压路机的行驶速度；3)当温度为70 150°C时，驾驶员打开真空泵(13)对工作腔抽真空，真空室(3)内部压强为-O. 5 OMP时，驾驶压路机以I 5km/h的速度行驶；4)压路机行驶过程中需要停机时，将真空室(3)内部压力调节到0ΜΡ;5)路面压实结束后，关闭真空泵(13)、速度传感器(17)、真空度传感器(15)和温度传感器(14)，并调整真空室举升油缸(4)使真空室脱离路面。
7.应用权利要求I所述的浙青路面真空压路机的路面压实方法，其特征在于，真空室 (3)内部温度为120°C，压强为-O. 1MP，压路机行驶速度为3km/h。
全文摘要
本发明公开了一种沥青路面真空压路机及其路面压实方法，该压路机包括压路机、安装在驾驶室的控制板以及位于前轮和后轮之间的真空室，真空室通过真空室举升油缸安装在机架下方；真空室包括真空室支架、上密封圈和下密封圈，真空室支架是底部敞开的中空长方体，真空室支架的前后两端均通过真空室举升油缸连接到机架；真空室支架的下边沿连接上密封圈，上密封圈的下边沿连接下密封圈；真空室内安装有碾压轮，该碾压轮支架通过穿过真空室顶板的连杆与安装在真空室上的调节油缸相连，真空室连接真空泵，真空泵固定在机架上；本发明通过在真空条件下对沥青路面进行压实，使得碾压后的沥青路面的变形效率提高，节省了人力物力，生产率得到显著提高。
文档编号E01C19/23GK102587264SQ20121004923
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者任国涛, 冯忠绪, 姚运仕, 李奇, 李彦伟, 杜群乐, 石鑫, 赵金鹏 申请人:长安大学