专利名称：沥青压实方法和压实装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种沥青压实方法和压实装置。更具体地说，本发明涉及一种热沥青混合物的压实方法和装置，压实条件是在压实过程中在沥青中使结合剂的流动最优化。
本说明书中的术语“结合剂”是指可用于热沥青混合物的任何热塑粘弹性材料。一般地说，结合剂是沥青或含沥青的材料，如聚合改进剂。另外，热混合沥青还可包含没有沥青基结合剂的聚合结合剂，本发明可压实所有这样的热沥青混合物。
承载量大的现代的沥青混合物都采用这样的成分(粒料和结合剂)，选择这样的成分是为了在大承载量下抗压和防止变形。一般地，这些特性阻碍了在铺设沥青过程中实现理想的压实。
为了在大承载量下抗压，沥青混合物的主要成分是采用极其粗糙和立体形状的粒料，以在粒料结构中提供大的抗剪能力。简单地说，其目的是保证防止粒料移动的物理特性，在所承受的载荷应力作用下改善结构的“锁定”性能。正在广泛大量使用的是刚度结合剂，如聚合物改进的结合剂，既提高了混合物的剪切强度，又改善了混合物的疲劳性能。
粒料的“锁定”、压实混合物和铺设过程中的气穴决定了铺设的整个范围内沥青的耐久性和总体性能。在压实沥青层的过程中，结合剂的粒料发生位移，粒料的“锁定”性能被改善。
沥青混合物的特性还由其结合剂的粘弹性决定。在环境温度下，结合剂可作为硬弹性固体；对沥青混合物中的载荷的反应很接近于弹性，迅速的载荷脉冲导致瞬间的弹性变形，载荷一消失，弹性变形也随之消失。因此，在本质上没有粘性流动和永久性塑性应变。在铺设和压实沥青的高温状态下，混合物中的结合剂可粘性弹性流动。温度越高，结合剂的粘性越低，结合剂越容易在应力下变形。
铺路机在准备好的基础上铺设热沥青，然后开始压实处理，之前通常用刮板(有振动或无振动)在热沥青层上施加压力。该刮板是由铺路机携带的板或滑板，以铺设沥青层的温度或接近于该温度在沥青层的表面上滑动。该刮板进行初步的压实，但其滑动可在沥青层中造成不理想的剪切应力，导致沥青层裂纹。刮板所施加的静态压力通常在10至20kPa，加载时间可达10至15秒。
传统的方法是，压实沥青所采用的设备本来是压实非粘性材料的，以发挥最大的压实能力，主要采用大型和重型钢辊，通常伴随有高能量的激励或振动。橡胶轮胎辊通常和钢辊结合使用进行压实，这在下文要进行说明。
辊和沥青层之间的接触应力通常取决于沥青层的刚度，沥青层的刚度又受到结合剂的刚度的重大影响。钢辊和沥青之间的接触面积，即接触长度乘以辊的宽度，将最小化，原因是压实的增强和随着沥青层的冷却沥青层的刚度增加。在铺设混合物时，混合物的温度通常在150℃左右。在不利条件如刮强风时的低温环境下，沥青底层混合物可冷却至140℃，在第一次压实通过之前，表面温度可冷却至120℃。
最大的双钢辊振动压路机的静态质量通常在16吨左右，每个辊的轴向长度在2m左右。假定沿滚动方向的接触长度是100mm(初次压实通过大，最后的压实通过小)，每个辊所施加的接触应力在静态下为400kPa左右，在动态振动下要大得多。事实上，随着沥青混合物刚度和接触面积的减小，每个辊所施加的接触应力可从第一次静态压实通过时的100kPa左右增加至1000kPa以上。由辊式压路机进行的压实操作与铺路机的后面的距离通常是可变的，可达数百米，压实的速度为1.1m/s(4km/h)或更快。辊式压路机的两个辊的接触长度大约是100mm，因此，辊与沥青层任何部分在每次压实通过中的接触时间大约为0.2秒。通常，如果采用四次辊压实通过的话，总的加载时间大约为0.8秒。
辊式压路机通常以20Hz振动，在140℃和120℃时，结合剂的刚度(由Van der Poel图表所示)分别为0.2kPa和1kPa左右(温度每下降20℃，沥青刚度增加5倍)。
如上所述，在辊压实过程开始之前，沥青层的表面温度可下降至120℃。辊压实过程通常需要四次压路机的辊压实通过，每次辊压实通过时，沥青层的表面温度在80至90℃的范围内。在沥青层的温度低于120℃时，在高接触应力特别是由振动引起的应力状态下，沥青层内可出现裂纹。当结合剂中所施加的应力导致的应变超过了屈服强度时，沥青层内通常就出现裂纹。在沥青层的温度高于120℃时，根据沥青混合物的类型，传统的辊压实过程可导致沥青层内明显的剪切破坏。这可导致沥青层横向位移，失去水平和形状，最终破坏了沥青层的压实。
由沥青层的低温导致的沥青层的裂纹通常表现为垂直于滚动方向的微小和平行的裂纹。在振动辊式压路机的后面，通常采用多轮橡胶轮胎辊，以至少在压实的沥青层的表面施加捏和/剪切作用，从而完成沥青层的压实。橡胶轮胎辊至少可以在沥青层的表面上封闭由钢辊导致的裂纹，通过在任何粗糙粒料颗粒之间压实沥青砂浆而改善表面组织。在滚动过程中，橡胶轮胎辊的轮胎内注入水，以减轻材料剥离。然而，尽管在表面处可以封闭裂纹，不幸的是，在裂纹封闭之前，水可能进入裂纹，形成沥青层表面之下的水疱。该水疱可障碍裂纹封闭，甚至加剧沥青层的剥离。
美国专利No.4,661,011和No.4,737,050都要求保护由如此的沥青压路机减轻沥青层的由辊压导致的裂纹的方法，该压路机由在两个辊之间延伸的无端弹性履带对沥青层施加压力。该压路机在其履带与沥青层接触的区域内可产生更加均匀的压力。
已经知道，根据本发明，粘性弹性流体，如热沥青混合物中的结合剂，对载荷的反应不仅与温度有关，而且与时间有关。因此，短时间的加载在沥青中的反应是，弹性多于粘性，原因很简单，结合剂没有时间流动。因此，振动辊式压路机在20Hz的可接受的压实加载过程中，沥青层中的结合剂的反应更象弹性固体，而不象粘性流体，压实操作通过结合剂使粒料更加密实，而不是使结合剂绕粒料流动，导致粒料的移动。
上述Van der Poel图表提供了根据载荷和温度估计标准沥青刚度的方法。尽管该图表对沥青压实领域的技术人员是熟知的，其压实载荷时间短的缺点一直没有被充分认识，采用钢辊和橡胶轮胎短时间进行振动或不进行振动的压实方法一直在使用。
已经认识到，上述美国专利采用了带式压路机，通过使结合剂的粘性流动改善了压实效果。采用带式压路机的实验结果于1992年在Nottingham举行的第7届沥青铺设国际会议上由Halim OAE等人发表，该国际会议的主题是“通过采用AMIR压路机改善沥青铺设的特性试验室和现场检验”。然而，还没有认识到更长加载时间的优点。
在静态加载条件下，所述带式压路机所产生的加载应力仅仅是上述16吨辊式压路机的大约5％，假定采用传统的前进速度，加载时间比辊式压路机要长，原因是增加了带的接触长度。上述论文中，接触长度为1.25m，压实速度通常在1.1m/s左右，加载时间大约为1.1秒。采用Van der Poel图表可以看出，加载时间延长的效果是，结合剂的刚度在120℃时从上述传统的振动辊式压路机的大约1000Pa下降至带式压路机的大约5Pa。
根据本发明的第一方面，提供了一种热沥青层混合物的压实方法，该热沥青层混合物由前进的沥青铺路机进行铺设，该方法包括使沥青压路机在铺设完的沥青上前进，使由至少一个带的下表面形成的压路机的压实表面与沥青层的任何一部分的接触时间至少为1.5秒，该压实表面在沥青层上产生的最大平均载荷应力小于50kPa。
不想受理论的限制，可以相信，本发明通过压实使沥青的强度最大化，方法上在压实过程只利用了结合剂的粘性弹性行为，即减小结合剂的刚度，当施加应力时，使结合剂从粒料颗粒上流走，使粒料颗粒在粘性弹性结合剂内重新定向，使得不用高应力也可优化粒料颗粒之间的紧密接触。另外一方面，上述传统的钢辊压实过程的注意点是粒料成分，要采用大力去克服阻力，使结合剂流动，使应力从一个粒料颗粒转移至另外一个粒料颗粒，以改善粒料颗粒之间的紧密接触。
在沥青混合物中可用来降低结合剂刚度的主要变量有1．沥青温度采用Van der Poel图表可以看出，在压实时沥青温度增加大约10℃，结合剂的刚度就降低一半以上；和2．加载时间采用Van der Poel图表还可以看出，压路机对道路的加载时间增加10％，结合剂的刚度就减小大约10％。通过改变压实表面的长度和压路机在沥青层上的压实通过速度其中之一或同时改变这两个参数，可以改变加载时间。
从上文可容易看出，压实温度是降低所选择的结合剂刚度的第一关键因素。通常，沥青的制造温度在160℃左右，而铺设温度在150℃左右。根据本发明的上述实施例，压路机紧随铺路机后面，即压实操作在铺路机后面50m以内就开始，该压实方法利用了在沥青制造过程中提供的热能。
通过至少在没有剪切应力时采用低的最大平均加载应力，有优点的是，该方法可比传统方法在更高的温度下实施，如实施温度可达160℃。另外，本发明的方法可以在通常的压实温度以下对沥青进行压实。有优点的是，该方法可比传统方法在更低的温度下制造沥青，从而节约能源。
有优点的是，压路机可在本质上位于铺路机后面大约30m以内，特别是，位于铺路机后面大约10m以内。在本发明的第一方面的一个推荐实施例中，沥青压路机可在本质上位于铺路机后面大约5m以内，更特别是，位于铺路机后面大约2m以内。
在该推荐实施例中，压路机在铺路机的作用下前进，即压路机可与铺路机相连。然而，有优点的是，压路机的带受驱动，以使正在压实的沥青的“推开”最小化。有优点的是，驱动器是辅助液压驱动器。当压路机与铺路机不相连时，两者之间的距离、压路机的速度和方向可由相对位置传感器元件进行自动控制。
如上所述，压实过程中的第二关键因素是加载时间。假定沥青的铺设速度通常是每个铺路机每天6小时铺设1000吨，铺设沥青的厚度为50mm，铺路机的前进速度大约为0.1m/s。已经知道较高的铺设速度可达大约0.15m/s，但通常并不采用，特别是，对于较厚的沥青层，可采用较低的速度，采用0.05m/s或更低。
在本发明的第一方面的方法中，尽管最大的铺设速度为大约0.15m/s，特别是，压路机带的压实表面与沥青层的任何一部分的接触时间至少为大约7秒，以保证在压实过程中降低结合剂的刚度。
尽管如果压路机紧随沥青铺路机的后面，较高的沥青温度可实现最佳的优点，即使增大铺路机和压路机之间的距离，还可以实现许多优点。特别是，在较小的工程中，压路机的前进速度、压路机与铺路机之间的距离都可独立于铺路机，仍然可实现本发明的目的，在压实过程中降低结合剂的刚度，所采用的加载时间比传统的方法延长。
因此，根据本发明的第二方面，提供了一种热沥青层混合物的压实方法，该热沥青层混合物由前进的沥青铺路机进行铺设，该方法包括使沥青压路机在铺设完的沥青上前进，由压路机压实沥青，压路机的压实表面与沥青层的接触长度至少为大约1m，其中，压实表面由至少一个带的下表面形成；该压实表面在沥青层上产生的最大平均载荷应力小于大约50kPa；压路机在沥青层上前进对沥青进行压实的速度不大于大约0.7m/s。
根据本发明的第二方面，最高前进速度为大约0.7m/s，压实表面的最大长度为大约1m。这使得在任何一次压实通过中，压实表面与沥青层的任何一部分的最少接触时间至少为大约1.5秒，在任何一次压实通过中，在同样的压实温度下，与传统的辊式压路机相比，结合剂刚度的降低更多。
特别是，在本发明的两个方面的方法中，总的压实时间在大约7秒至大约60秒之间，更特别是，至少为10秒，更特别是，至少为15秒。有优点的是，仅一次压实通过就可实现压实过程，尽管加载应力可由两次或多次独立的压实通过实现，例如，可采用相互靠近的两个或多个独立的连续的压实表面实现压实过程。
如上所述，压实时间可通过改变压路机的速度和/或压实表面的长度而改变。另外，特别是，根据本发明的第二方面的方法，压路机在沥青层上通过的次数可以改变。特别是，根据本发明的第二方面的方法，压实速度为大约0.6m/s至大约0.05m/s，或更低，即采用传统的铺设速度，更特别是，压实速度从大约0.5m/s至大约0.1m/s。
特别是，在本发明的两个方面中，压实表面的长度为至少1.5m，也可选择2至3m或更长。
特别是，通过压实表面施加的最大平均施加载荷应力小于40kPa，更特别是小于25kPa。然而，施加载荷应力可从压实表面的前端至后端逐渐增加，特别是，在该情况下，压实表面前端的最大线应力为大约40kPa，最大平均施加载荷应力为大约25kPa。最小平均施加载荷应力不宜小于大约10kPa。这样低的施加载荷应力仅适合于在社区街道采用的沥青混合物，在社区街道中，可采用更大比例的粘性弹性结合剂，不需要交通密集区域所需的对粒料的锁定程度。
有优点的是，如上所述，本发明的方法使沥青层仅在一次压实通过时就可压实至预定程度，尽管沥青成分的压实程度改变了也是如此，沥青层的厚度和温度可以调节，使沥青混合物的温度和加载时间可实现。因此，本发明可铺设和压实更厚的沥青层。
根据本发明的一个方面，采用的压路机的带可分成两个纵向平行的履带，这两个纵向平行的履带可分别进行驱动，以方便压路机的转向。在弹性带的情况下，带的两侧可被施加不同的应力，以方便压路机的转向。另外，单独带的压路机的转向方法可以是，采用上述的与铺路机的连接器，也可在铺路机的后面采用可转向的拖拉机装置。该拖拉机装置是熟知的用于现有压路机的类型，可以是履带型、轮胎型、辊型，可适合于对沥青层提供附加的压实和/或改善表面质量。另外，压路机也可方便地包括两个沿纵向相互间隔的带，压路机在各带之间铰接，以方便转向。根据本发明的方法，带的压实表面可与沥青层之间沿前进方向没有相对滑动地相接触，压路机的每个带都在沥青层上压实通过。可以看出，当压路机转向时，沿横向方向至少有小的相对滑动，但这种小的相对滑动在压路机的运行过程中通常足够小，不会在本质上恶化对沥青层的压实。根据本发明的第二方面的方法的推荐的压实过程，在压实完的沥青层上压路机可调转压实方向。
根据本发明的第三方面，提供了一种压路机，其包括两个纵向相互间隔的支撑组件和电源，这两个支撑组件相连，至少一个支撑组件可分别进行调节，以允许压路机的转向，上述电源驱动至少一个支撑组件，其中，至少一个支撑组件包括模块压实装置，模块压实装置包括压实带和带的支撑元件，带的支撑元件限定了带的下半部分，带的下半部分限定了压实平面。
特别是，根据本发明的第三方面的压路机适用于热沥青层混合物，但也可用于对其它铺路材料的压实。
当其中一个支撑组件包括模块压实装置时，连接在其上的另外一个支撑组件可以是例如，沥青铺设器，其可在本发明的第一方面的方法中采用；或可转向的拖拉机装置，此时，压路机可在本发明的第一方面或第二方面的方法中采用。在这些实施例中，特别是，模块压实装置可以但不是必须以枢轴方式由牵引装置连接在另外一个支撑组件上。
另外，两个支撑元件都包括模块压实装置，每个模块压实装置包括压实带和带的支撑元件，带的支撑元件限定了带的下半部分，带的下半部分限定了压实平面。这些装置可以枢轴方式由牵引装置连接在另外一个装置的一端。在该实施例中，特别是，两个模块压实装置例如由液压元件以枢轴相连接，以使压路机转向。在这种结构中，两个模块压实装置可以有优点地取代熟知的铰接的双辊辊式压路机的两个钢辊。
另外，另一个支撑元件可包括例如两个带式压路机，这两个带式压路机的侧面与侧面相连，可在一个模块压实装置内以相互间隔的方式进行设置，该模块压实装置适合于在相互间隔的带式压路机之间压实沥青层。模块压实装置和两个相互间隔的带式压路机例如由液压元件以枢轴相连接，以使压路机转向。有优点的是，这种结构可在一次压实通过中增加压实宽度。
可以看出，根据本发明的第三方面的压路机可以包括一个模块压实装置和上述可转向的拖拉机装置，或两个侧面相互连接的带式压路机，或两个可相互枢转的模块压实装置，该压路机最好采用，但不是必须采用，根据本发明的第一方面或第二方面的方法。
特别是，模块压实装置或至少一个模块压实装置受驱动，即驱动带的转动。
最有优点地是，根据本发明的第三方面，每个模块压实装置可以取代传统的辊式压路机的每个辊组件。
有优点的是，每个模块压实装置的带的下半部分至少为1m长，也可以是2或3m，甚至更长。根据本发明的任何一方面的带可由任何适当的装置可转动地支撑在压路机上。例如，在一个实施例中，带在两个或多个大辊和两个小辊之间延伸，例如，两个大直径的辊设置在压路机的前端，两个小辊分别是位于压路机的后端的上下带辊。在另外一个实施例中，带的下半部分在两个较小的辊和之间延伸，至少一个上辊的直径较大，其支撑着带的上半部分。在带的下半部分的前后两端之间，带可以由任何适当的方式支撑，对沥青层表面的加载应力可以是预定的定值或逐渐增加。例如，上述钢段带可以间隔的导轨或其它导向元件支撑，而上述的弹性带由中间辊的列阵或由滑动表面支撑。
有优点的是，在本发明的第一方面中采用的压路机的带的宽度在本质上与铺路机的铺设器的宽度相同，例如是4m，但可以短一些。例如，对于较小的工程需要压路机的灵活性的情况下，可方便地采用较窄的带宽度，例如，采用铺设器宽度的一半或更窄。相应地，在某些情况下，带的宽度可小于铺设器的宽度，例如采用2m，或更短一些。
在本发明的任何方面中采用的带可以由任何适当的材料制成，只要考虑到压路机的任何特定应用的特殊要求。因此，如上述的美国专利说明书所述，带可包括弹性材料，如层化橡胶。另外，带可以包括一系列枢轴连接的钢段，或包括网状或织构的丝线。这种钢段、网状或织构的丝线可由钢丝或其它适当的材料制成。任何这种非弹性的带都可以包括弹性垫，该弹性垫固定在非弹性的带的外表面上，与非弹性的带的外表面相接触。
在热沥青层混合物上采用弹性的带或有弹性垫固定在其上的非弹性的带对于压实完的沥青通常可提供更好的表面质量，这是和采用非弹性的带的情况相比而言的，原因是在沥青的表面上粗糙粒料部分的周围的沥青的弹性材料被压实。然而，在采用非弹性的带的情况下，也可达到类似的效果，方法是随后由橡胶轮胎辊辊压表面。
为了在压实过程中减少热沥青混合物的热损失，除了压路机的带的下半部分以外，在任何情况下，压路机的带被包围在压路机内。包围物的一部分或全部可以由绝热护罩制成，有优点的是，该护罩至少延伸至带的在本质上处于压实平面的位置。这种护罩可由一个或多个零件构成，例如，可由加强塑料如纤维玻璃制成，或可由金属如铝制成，或可由具有或没有绝热衬的钢制成。该带可由带的支撑装置部分地包围。
在某些情况下，特别是但不仅仅是，在压路机不是用于热沥青层的方法中，有优点的是可对压路机的带加热。特别是，压路机的带被加热至至少是压实过程中沥青层的预定温度，如大约120℃至大约150℃，或更高的温度，并且在压实过程中对沥青层加热。对压路机的带的加热还可保证，沥青层表面的沥青在本质上不会与压路机的带粘接。
压路机的带可由任何适当的元件加热，如用过热空气发生器加热，或由火焰直接加热，如要丙烷火焰加热。这样的加热元件可进行遥控，如由面向压路机的红外传感器进行遥控。
另外，或附加的是，在邻近带处压路机可有优点地包括一个或多个热液体容器。该热液体可以是被加热的油或沥青。每个容器可包括加热液体的元件和把液体注入容器或从容器内排出液体的元件。
与压路机相关的辊可作为热液体的容器。
另外，或附加的是，在两个辊之间或邻近某个辊处设有单独的热液体容器。
下面结合附图对本发明的一个或多个方面的方法和装置的几个实施例进行说明，这种说明仅仅是为了举例子，其中
图1是铺路机和压实装置串联和通过相对位置传感器保持固定距离时的侧视图；图2是如图1所示的铺路机和压实装置的俯视图，清楚地示出了相对位置传感器；图3和图4对应于图1和图2，不同的是铺路机和压实装置实体相连；图5是压实装置的侧视图，示出了传统的拖拉机与辊式压路机铰接的情况；图6是如图3所示的压实装置和拖拉机的俯视图；和图7和图8分别示出了自驱动压实装置的侧视图和俯视图，该压实装置包括两个铰接的模块压实装置。
如图1和2所示，压路机10压实沥青层20，该沥青层20由铺路机22的铺设器24已经铺设在事先准备好的基础15上。压路机10是带式压路机，其紧随铺路机22之后。
压路机10包括大直径转动辊12，其位于邻近铺路机22的前端；上横向辊14a和下横向辊14b，其设置在后端；和热液体容器13，其设置在转动辊12与上横向辊14a和下横向辊14b之间。热液体容器13和转动辊12容纳温度在150℃左右的热油或沥青。转动辊12、上横向辊14a和下横向辊14b、以及容器13都由框架17支撑，该框架17由一个框架元件示意地表示。
层状弹性带11绕转动辊12以及上横向辊14a和下横向辊14b延伸。转动辊12由辅助液压驱动器19驱动，因此，可把转动传递至带11，并驱动压路机。带11、辊12、辊14a和辊14b可沿纵向分立，由两个驱动器分别驱动辊12的左半部分和右半部分，以对压路机进行导向。弹性带可有优点地被钢带取代，该钢带具有安装在其上的弹性垫。
在辊12和辊14b之间的公切线的位置，即由容器13的底壁所限定的位置处，在辊12和辊14b之间的带11的下半部分可抵抗向上的挠曲。特别是，虽然没有示出，在容器13的下面设有小辊的阵列，以在下半部分的平面内支撑所述的带。
压路机10还包括绝热护罩16，该护罩16靠近地覆盖着压路机的前面、上面和后面，因此，在带的这些不与沥青层20的表面接触的部位可减少热损失。护罩16还可覆盖压路机10的两侧，从而可进一步减少辊12和容器13的热损失，还可减少沥青的热损失。
压路机10以和铺路机相同的速度在铺路机22的后面大约1至2米的距离处运行。更特别是，沥青铺设器24的外边缘23和带11的下半部分的前端11a之间的距离大约为1至2米。该距离由相对位置传感器元件18保持恒定，传感器元件18设置在压路机10和铺路机22两侧的适当的位置上。每侧的相对位置传感器元件18包括例如支撑在铺设器24上的红外线或激光束发射器，从而把垂直于前进方向的光束发射至一个目标，该目标设置在压路机10的向前延伸的元件19上。该目标具有一零位置，在该零位置的两侧具有一个或多个正或负位置。当光束击中目标的零位置时，辊12和带11保持预定的转动速度，如果光束击中正或负位置，辊12和带11的转动速度就增加或减小。这样的传感器元件是熟知的，仅仅为了说明方便而提及。
铺设沥青层20时，铺路机22的运行速度通常在0.1m/s左右。可以认识到，在沥青压实过程中，压路机10的速度在本质上低于传统的压路机。另外，由于压路机10紧随在铺路机22的后面，在压实开始时，沥青层20的温度处于或在本质上处于铺设温度。辊12和容器13中的热液体对带11加热，护罩16减少了压实过程中的热损失，因此，压实温度可达150℃或更高。
如图1和2所示，压路机10和带11的宽度Y是4m，由铺设器24铺设的沥青层20的整个宽度在压路机10的仅一次压实通过后就可由带11所覆盖。由带11的下半部分所限定的接触长度X是3m。总质量为24吨(240kN)的压路机包括辊12和容器13中的热液体，由带的下半部分所施加的均匀接触压力可达20kPa。假定速度为0.1m/s(通常铺设量是每个铺路机每天6小时铺设1000吨，沥青的铺设厚度为50mm)，压路机的带的下面的沥青层的任何一点的加载时间为30秒。在该加载时间和150℃的条件下，结合剂的刚度可达0.05Pa。
上述尺寸的压路机可用于大型工程。在小型工程中，压路机10可以有小得多的“脚印”，例如，接触长度X为2m，宽度为2m或4m。较小的脚印通常可在总体上减小压路机10的重量。如果这样，可由提高温度的方法进行补偿。在该情况下，可采用钢带11，由火焰直接进行加热。
现在看图3和图4，其示出了如图1和2所示的压路机10的变种，这里，压路机10与铺路机22在实体上相连。压路机10包括自身的辊12的驱动器，从而压路机的前进速度可设置成铺路机的运行速度。因此，铺路机和压路机之间的机械连接为压路机提供了唯一的导向。
该机械连接图示为框架26，其从压路机的框架17的前端向前延伸至铺设器24的两侧，再向内延伸至铺路机下面的牵引装置28。在设备遇到大半径曲线时，牵引装置28在铺路机和压路机之间提供了刚性或枢转连接。
在操作过程中，随着铺路机的转动，该转动由框架26感知，框架26把同样的转动运动机械地传递给压路机。由简单的绳索结构代替框架26也可实现类似的功能。
图4示出了压路机，包括转动辊、辊和带的纵向分立性，可以看出，压路机可由本质上相同的1m宽的模块构成，各模块侧面和侧面固定在一起，形成了压路机的预定宽度。如果压路机的两个带或两个外带都有其自身的电源，各带的转动速度就可以分别进行调节，以方便压路机的转动。任何内带都可以不受驱动。
附图5和6更好地示出了通常在较小型工程中应用的压路机的另外一种结构。在图3和4中，压路机30在本质上与如图1和2所示的压路机10具有相同的结构，因此，不进行详细说明。压路机30包括大直径转动辊32，其具有辅助液压驱动器；热液体容器34；上下横向辊36、38；框架40，其支撑着转动辊和横向辊；转动带42；和绝热护罩44。然而，在该实施例中，压路机30不是如图1至4所示保持紧随铺路机的后面，压路机30由传统的拖拉机46铰接辊式压路机的方法从后侧导向，压路机在框架40的一端由枢转连接器48连接至拖拉机上。和从前一样，带42具有本质上是刚性的下半部分平面，为了提高可操纵性，该下半部分的长度可缩短成2m或短。
在该实施例中，可采用单一带42，由拖拉机46进行导向，该拖拉机46具有大直径的充满液体的光滑的轮胎50。
在具有如图1至4所示的压路机10的情况下，热液体容器32和34可改进成或更换成带的过热空气鼓风机或火焰直接加热器。这种加热可在带的内部进行，如在带的上半部分，也可在带的外部进行，如在邻近下半部分的护罩44和辊32之间。这种带的加热方法也可在压实过程中对沥青提供热量，在该情况下，在结合剂的粘性流动条件下，可实现满意的压实，尽管在压实之前沥青已经冷却很大程度，也是如此。
压路机30包括液压千斤顶装置52，其适合于把带42升高至离开地面，这样，在压路机停止的条件下，带也可以自由转动。在便于甚至在压路机开始运行之前就对带进行加热。千斤顶装置在压路机的与枢转连接器48相反的一端由框架40承载，并且包括轮装置54，从而便于运输和不使用的灵活性。
压路机30可在速度达0.7m/s左右时使用，即使在带的下半部分的长度为2m时，也可提供一次压实通过的大约3秒的压实时间，这在本质上比现有技术的压实时间长。然而，压路机30的使用速度可低于0.7m/s，例如，可在0.5m/s左右或更低速度的条件下使用，从而延长每次压实通过时的加载时间。压路机30可按上述的压路机10的方式进行工作，即紧随铺路机并在本质上以铺路机的速度前进，但是，更多的情况是，压路机30独立于铺路机单独工作，以高速前进。在这种情况下，压路机30可容易地多次在沥青层上通过，以达到预定的压实程度。压路机每次在沥青层上通过可在铺路机和铺路机前后达400m之间的范围内，压路机的速度可以调节，以在达到所需的通过数目之后，使压路机与铺路机的速度保持一致。压路机可达到的均匀加载应力为20kPa。
现在看附图7和8，其示出了压路机60，压路机60的工作方式在本质上与如图5和6所示的压路机30完全相同。然而，压路机60是带压实装置的模块形式，两个压路机60取代了熟知的双钢辊铰接双辊压路机。熟知的压路机包括电源、控制模块64和两个辊模块，辊模块由代表辊的虚线66部分地表示。
每个压实模块62包括典型框架68，其一端具有牵引装置70，以与电源和控制模块64枢轴连接，模块64位于压实模块62之间和上方。熟知的辊式压路机的框架68具有辊66，辊66枢接在该框架内。在该情况下，弹性或非弹性带74的较小的上辊72以相同的方式枢接在该框架内。辊装置76分别包括前后辊78、80和较小的中间辊82，辊78和80的直径小于辊72的直径。辊78、80和82限定了带的下半部分的平面，该平面限定了压实模块62的压实表面。各压实模块的带74的下半部分的长度最好为1.5至2m，但也可长可短。如图8所示，带的宽度为大约2m，这与标准辊模块相对应，但也可宽可窄。
各压实模块62中的辊72的驱动方式与熟知的辊66相同，通过辅助液压驱动器(未示出)由电源和控制模块64进行驱动。除了通过电源和控制模块64与压实模块62相连之外，压实模块由导向液压杆84相连，特别是，在牵引装置70的两侧各由一个导向液压杆相连。导向液压杆84由液压阀装置(未示出)控制，由压路机的司机输入转向信息。
各压实模块62具有带74，该带74除了护罩86的下面的下半部分以外都被覆盖。护罩有利于在压实过程中减少沥青层88的热损失，也为带包围了一个热环境。这种热环境可通过在辊72内设置热液体提供，特别是，可由过热空气提供，过热空气从护罩的下方向护罩内提供热量，该过热空气由压实模块，更具体说由电源和控制模块64上的加热器提供。对带的加热有利于保持理想的压实温度，即使是在压路机60通过沥青层88时该沥青层88的特定部分已经冷却至低于该温度，也是如此。
在图7中可注意到，每个模块62的辊72的转轴在本质上可低于现有辊模块的辊66的转轴，以在坡路上改善安全性。
还可以看出，压实模块62可容易地由图5和6所示的压路机30取代，在某种情况下，可由如图1至4所示的压路机10取代。
在各所述的实施例中，带式压路机最好包括紧带装置(未示出)。该装置可包括由液压驱动变位的辊。
已经发现，有优点的是，根据本发明的各方面的沥青压实方法和压路机所压实的沥青，其透气性明显地低于由传统的设备和技术压实的沥青。在这方面，根据新南威尔士道路和交通局(RTA)的标准试验方法T168(1990)进行了题为“现场测定水侵入铺设路面渗透性”的试验。简单地说，根据该试验方法，把具有高度刻度的观测管定位，使其在被测部位上方垂直延伸。通过一基板把该观测管支撑在基座上。把水注入观测管内，根据观测管的刻度快速把水注入到预定的高度。然后，让水通过基板落下，与被测的沥青表面相接触。记录在观测管的上下刻度之间水平面下落的速度，计算被测部位的表面孔隙度。
采用该方法，已经发现，在根据本发明的各方面准备的试验沥青上，水面从1m下落至900mm所需所时间为10至20秒。当在试验现场对传统的压实沥青进行试验时，水渗入铺设路面的流动量是，水平面只能维持在200至300mm。可以相信，传统方法压实的沥青表面的渗透性大的原因可以是辊压导致的裂纹、气穴的非封闭和传统技术导致的毛细管现象。
在本说明书中，除非是上下文的需要，否则，“包括”一词应该理解成暗示着包含一个或一组整数，但不排除任何其它的某个或某组整数。
本领域的技术人员可看出，除了上述说明之外，本发明可进行变化和修改。应该理解，对本发明的变化和修改都将落入本发明的精神和范围。本发明还包括本说明书引用或指出的所有的步骤和特征，单独地和集体地，任何一个、两个或多个所述步骤或特征的所有组合。例如，本发明可引伸出一种带式压路机，其带被包围至带的下半部分的高度，如上所述，本发明也可引伸出设有对带进行加热的元件的带式压路机。另外，本发明还可引伸出所述的任何其它特征或特征组合单独带式压路机。
权利要求
1．一种热沥青层混合物的压实方法，该热沥青层混合物由前进的沥青铺路机进行铺设，该方法包括使沥青压路机在铺设完的沥青上在本质上以沥青铺路机的速度前进；压路机在沥青铺路机后面大约50m的范围内；压路机的压实表面与沥青层的接触长度至少为大约1m，其中，压实表面由至少一个带的下表面形成；该压实表面在沥青层上产生的最大平均载荷应力小于大约50kPa。
2．如权利要求1所述的方法，其中，沥青压路机的前进速度在本质上与沥青铺路机的前进速度相同，沥青压路机在沥青铺路机的后面大约30m之内。
3．如权利要求2所述的方法，其中，沥青压路机的前进速度在本质上与沥青铺路机的前进速度相同，沥青压路机在沥青铺路机的后面大约10m之内。
4．如权利要求3所述的方法，其中，沥青压路机的前进速度在本质上与沥青铺路机的前进速度相同，沥青压路机在沥青铺路机的后面大约5m之内。
5．如权利要求4所述的方法，其中，沥青压路机的前进速度在本质上与沥青铺路机的前进速度相同，沥青压路机在沥青铺路机的后面大约2m之内。
6．如权利要求5所述的方法，其中，沥青压路机与沥青铺路机相连，在沥青铺路机的作用下前进。
7．如权利要求1所述的方法，其中，沥青压路机的带是被驱动的带。
8．如权利要求1所述的方法，其中，沥青铺路机和沥青压路机之间的距离由相对位置传感器元件进行控制。
9．如权利要求1所述的方法，其中，沥青铺路机的前进速度在大约0.05至大约0.15m/s之间。
10．如权利要求9所述的方法，其中，沥青铺路机的前进速度大约为0.1m/s。
11．一种热沥青层混合物的压实方法，该热沥青层混合物由前进的沥青铺路机进行铺设，该方法包括由压路机对沥青压实，该压路机的压实表面与沥青层的接触长度至少为大约1m，其中，压实表面由至少一个带的下表面形成；该压实表面在沥青层上产生的最大平均载荷应力小于大约50kPa；压路机在沥青层上的前进速度不大于大约0.7m/s。
12．如权利要求1或11所述的方法，其中，总压实时间在大约7至大约60秒之间。
13．如权利要求12所述的方法，其中，总压实时间在至少为10秒。
14．如权利要求13所述的方法，其中，总压实时间在至少为15秒。
15．如权利要求1或11所述的方法，其中，压路机在沥青层上通过一次就可实现压实。
16．如权利要求1或11所述的方法，其中，加载应力由两个或多个独立的连续的相互靠近的压实表面实现。
17．如权利要求11所述的方法，其中，压实速度大约为0.6m/s或更慢。
18．如权利要求17所述的方法，其中，压实速度大约为0.6m/s至大约0.05m/s。
19．如权利要求18所述的方法，其中，压实速度大约为0.5m/s至大约0.1m/s。
20．如权利要求1或11所述的方法，其中，通过压实表面施加的平均载荷应力是从大约10kPa至大约40kPa。
21．如权利要求20所述的方法，其中，通过压实表面施加的平均载荷应力是大约25kPa或更低。
22．如权利要求1或11所述的方法，其中，施加载荷应力可从压实表面的前端至压实表面的后端逐渐增加。
23．如权利要求22所述的方法，其中，压实表面的前端的最大线应力为大约40kPa，最大平均施加载荷应力为大约25kPa。
24．如权利要求11所述的方法，其中，压路机的带被至少加热至沥青层的温度。
25．如权利要求24所述的方法，其中，压路机的带被至少加热至从大约120℃至大约150℃，或更高的温度。
26．如权利要求24所述的方法，其中，压路机的带被加热至这样的程度，沥青层表面的沥青在压实过程中在本质上不会与压路机的带粘接。
27．一种压路机，其包括至少两个纵向相互间隔的支撑组件和电源，这两个支撑组件相连，上述电源可转动地驱动至少一个可转动的支撑组件，其中，至少一个支撑组件可进行调节，以允许压路机的转向；至少一个支撑组件包括模块压实装置，该模块压实装置包括压实带和带的支撑元件，带的支撑元件限定了带的下半部分，带的下半部分限定了压实平面。
28．如权利要求27所述的压路机，其中，一个支撑组件包括模块压实装置，另外一个支撑组件包括相连的可转向的拖拉机装置或沥青铺路机。
29．如权利要求28所述的压路机，其中，模块压实装置可枢转地连接至另外一个支撑装置上。
30．如权利要求27所述的压路机，其中，一个支撑组件包括模块压实装置，另一个支撑元件包括两个带式压路机，这两个带式压路机的侧面与侧面相连，可在一个模块压实装置内以相互间隔的方式进行设置，该模块压实装置适合于在相互间隔的带式压路机之间压实沥青层。
31．如权利要求30所述的压路机，其中，两个相互间隔的带式压路机以枢轴相连接。
32．如权利要求27所述的压路机，其中，两个支撑元件都包括模块压实装置，每个支撑组件包括模块压实装置，该模块压实装置包括压实带和带的支撑元件，带的支撑元件限定了带的下半部分，带的下半部分限定了压实平面。
33．如权利要求32所述的压路机，其中，两个模块压实装置可相互枢转地相连。
34．如权利要求27所述的压路机，其中，模块压实装置或至少一个模块压实装置受驱动。
35．如权利要求27所述的压路机，其中，每个模块压实装置的带的下半部分至少为1m长。
36．如权利要求27所述的压路机，其中，带由两个或多个辊可转动地支撑，带在各辊之间延伸。
37．如权利要求36所述的压路机，其中，带在大辊和小辊之间延伸，大辊可以是两个大直径的辊或一个直径更大的辊，设置在压路机的前端，可选择地进行驱动；两个小辊分别是位于压路机的后端的上下带辊。
38．如权利要求36所述的压路机，其中，带的下半部分在两个较小的辊之间延伸；至少一个上辊支撑着带的上半部分，该上辊的直径可大于两个较小的辊。
39．如权利要求27所述的压路机，其中，在带的下半部分的前后两端之间，带被这样支撑或反作用，即对要压实的材料的表面的加载应力是预定的定值或逐渐增加。
40．如权利要求27所述的压路机，其中，带包括弹性材料、由一系列枢轴连接的钢段、或包括网状或织构的丝线。
41．如权利要求27所述的压路机，其中，除了带的下半部分以外，压路机的带被包围在压路机内。
42．如权利要求41所述的压路机，其中，每个带的一部分或全部由绝热护罩包围，该护罩有选择地至少延伸至带的在本质上处于压实平面的位置。
43．如权利要求41所述的压路机，其中，每个带由带的相应支撑装置部分地包围。
44．如权利要求27所述的压路机，进一步包括对压路机的带加热的加热元件。
45．如权利要求27所述的压路机，其中，与压路机的带相关的对应的辊作为热液体的容器。
46．如权利要求27所述的压路机，其中，在与各压路机的带相关的两个辊之间或邻近某个辊处设有热液体容器。
47．一种热沥青混合物层的压实方法，包括采用如权利要求27所述的压路机对沥青层进行压实。
全文摘要
一种热沥青层混合物的压实方法,该热沥青层混合物由前进的沥青铺路机进行铺设,该方法包括:使沥青压路机在铺设完的沥青上在本质上以沥青铺路机的速度前进;压路机在沥青铺路机后面大约50m的范围内;沥青铺路机的前进速度在大约0.7m/s;压路机的压实表面与沥青层的接触长度至少为大约1m,其中,压实表面由至少一个带的下表面形成;该压实表面在沥青层上产生的最大平均载荷应力小于大约50kPa。压实可由压路机(60)实现,该压路机包括两个纵向相互间隔的支撑元件(62),其中,至少一个支撑元件(62)可进行调节,以允许压路机的转向;至少一个支撑元件(62)包括模块压实装置,该模块压实装置压实带(74)。
文档编号E01C19/22GK1231011SQ97198039
公开日1999年10月6日 申请日期1997年9月18日 优先权日1996年9月18日
发明者伊恩·詹姆斯·里卡德斯 申请人:先锋道路服务股份有限公司