旋转压实仪的发展历史及我国应用展望雪刷

旋转压实仪的发展历史及我国应用展望

旋转压实仪的发展历史及我国应用展望 2011年12月04日 来源： 随着沥青混合料设计方法的发展，先后产生了几种不同的混合料成型方法和设备，这些设备通过击实、振动、揉搓等不同方式成型沥青混合料。不论是什么成型方法，其目的都是得到满足一定体积指标和力学性能的沥青混合料试件。SHRP采用的旋转压实仪是在固定压力、固定压实角和固定转速下通过揉搓作用成型沥青混合料的设备，它产生的沥青混合料试件能较好地符合实际工程中沥青混合料的成型方式，能较好地预测路面的长期性能。现在广泛使用的Superpave旋转压实仪是在德克萨斯旋转压实仪的基础上发展起来的，它的发展经历了几个过程（如表1所示）。早期旋转压实仪1939年，德克萨斯交通部开始了沥青混合料设计和控制的研究项目，研究开发了完全手动调节的德克萨斯旋转压实仪，1946年，用德克萨斯旋转压实仪成型沥青混合料试件方法被列入了美国相关规范。20世纪50年代，美国人John L. McRae和美国工程师兵团的工程师们经研究发现通过马歇尔击实仪得到的沥青混合料试件并不能反映路面真实条件下沥青混合料的性能，而且马歇尔击实仪的击锤作用与重载交通下轮胎的作用不相符。因此，在德克萨斯旋转压实仪的基础上，John L. McRae等研发出了美国工程师兵团“旋转搓揉压实仪”，这种旋转压实仪的独特之处在于该设备通过两点感应系统进行旋转压实，旋转压实角在压实过程中进行调整。此外，该设备还能通过两点感应系统测定压力及试件高度。1993年，McRae提议用“旋转剪切模量”和“旋转抗压模量”来表征混合料的劲度，旋转压实仪在结构也做了相应调整。经过不断完善、调整，旋转压实仪最终定型，被命名为“旋转试验机（GTM）”。另一种在德克萨斯旋转压实仪基础上发展起来的压实仪是法国LCPC开发的成型试验机，与美国工程师兵团旋转压实仪不同的是，法国LCPC试验机近似于PGC。该设备具有恒定的压实角（1°）和压力（600kPa）。欧洲沥青协会将该压实仪成型沥青混合料试件方法做为成型沥青混合料试件的标准方法。

表1 旋转压实仪的发展历史 时 期

设 备

试件尺寸

压实参数

1939

Concept

TX交通部

直径—101.6mm

高度—50.8mm

压力—不清楚

压实角—手动调节

转速—手动调节

1946

TX交通部

直径—101.6mm；152.4mm

高度—50.8mm；76.2mm

压力—可变

压实角—固定6°

转速—60rpm

1957

美国工程师兵团GTM

直径—152.4mm

高度—可变

压力—可变

压实角—0～3 °浮动

转速—可变，12 rpm～18rpm

高度—Heated mold

1960’s

法国LCPC第一代试验机

直径—？

高度—？

压力—可变

压实角—可变

转速—可变

1968

法国LCPC第二代试验机

直径—80mm或120mm

高度—可变，根据路面沥青混合料层厚调节

压力—可变

压实角—0.5°～3°浮动

转速—可变

高度—Heated mold

1974～1985

法国LCPC的PCG1，PCG2

直径—160mm

高度—固定，80～300mm

压力—600kPa

压实角—固定，1°～4 °

转速—固定，6 rpm～30rpm

1991

改进后的旋转剪切试验机

直径—101.6mm

高度—63.5mm

压力—600kPa

压实角—固定，0.5°～1°

转速—30rpm

1991

改进的TX交通部试验机，SHRP

直径—152.4mm

高度—95.3mm

压力—600kPa

转速—可变

高度—Heated mold

1993

SHRP/Superpave旋转压实仪

直径—100mm

高度—115mm

压力—600kPa

压实角—固定1.25°

转速—30rpm

1996

法国LCPC的PCG3

直径—150mm

高度—固定，100～160mm

压力—固定，500kPa～800kPa

压实角—固定，0.5°～2°

转速—固定，6 rpm～30rpm

SHRP旋转压实仪最初SHRP研究计划集中进行了沥青胶结料的研究，1990年，SHRP计划扩大了研究范围，将沥青混合料也纳入了研究范围，SHRP旋转压实仪就是在这样的历史条件下发展起来的。SHRP计划在NCHRP的AAMAS（Asphalt－Aggregate Mixture Analysis System的缩写）及法国LCPC基础上进行旋转压实仪的研究。AAMAS认为美国工程师兵团GTM是一种成型沥青混合料试件的有效设备。此外，AAMAS认为德克萨斯旋转剪切试验仪可作为GTM的备选设备。1990年夏，FHWA开始了名为“沥青混合料试验技术革新”（代号为DP90）的研究项目，在项目研究报告中，专家们认为GTM作为沥青混合料的成型设备存在较大的缺陷，而德克萨斯旋转剪切试验仪则稍有不足，德克萨斯旋转压实仪的旋转压实角过高，导致沥青混合料压实过快，通常仅需15～18次旋转压实即可，因此不能比较不同混合料间的压实性能。在DP90研究基础上，FHWA开发了一种混合料的旋转压实设备——既具有德克萨斯旋转压实仪的轻便、固定压实角的压实舱，又具有与GTM、法国LCPC压实设备类似的测量装置。这种压实仪克服了GTM庞大的体积及高昂的费用以及德克萨斯旋转压实仪的高压实角（6°）两个缺陷。1991年5月，Superpave开始改进旋转剪切试验仪。1991年秋，在LCPC的基础上，沥青协会SHRP A－005项目尝试将德克萨斯旋转压实仪的压实角调整为恒定的1°，得到了改进后的德克萨斯旋转压实仪。但FHMA对该设备的调查发现，试模的倾角为1.33°，而非设定的1°，而且在如此低的压实角下，沥青混合料很难被压实至4％的空隙率。因此，在随后的设备开发中，提高了旋转压实仪的压实角。SHRP研究最后确定SHRP旋转压实仪的压实参数为：——恒定压力600kPa±60kPa（压实次数1～5），±18kPa（压实次数＞5）；——固定压实角1.25°±0.02°；——旋转速度30rpm±0.5rpm。旋转压实仪在我国的发展展望Superpave沥青混合料设计方法已经得到了广泛的应用，作为Superpave沥青混合料成型设备的旋转压实仪无可置疑具有广阔的市场前景。国内已有三家企业正在研制Superpave旋转压实机，他们一直在观望、在等待（目前也有厂家正在研制压力老化仪和弯曲梁流变仪）。事实上，只要Superpave一进我国相关技术规范，这些仪器的国产化问题会立刻得到解决。美国在推广Superpave技术的初期也面临同样的问题，过去的设备要报废，要购置全套新的设备。初期联邦政府用统筹基金项目为各州配备了全套仪器，甚至还包括1万美元人员培训费。我国在应用初期，业主也可为购买旋转压实机的施工、监理单位提供一些费用。一台Superpave旋转压实机30万～40元人民币，这点投资对动辄几个亿的公路建设资金来说，不是一个很大的负担。美国最初只有两个厂家生产2个型号的旋转压实机，现在则有5个厂家生产共有8个型号的旋转压实机在市面上销售，这些仪器还大量出口，有力地促进了美国公路仪器设备工业的发展。我国只要真正下大力气推广Superpave技术，借助国内工业界的聪明才智和低劳动力资源完全有能力开发出Superpave全套检测设备，而且国产的设备价格应该在进口价格的1/3～1/2之间，具有极大的市场竞争力。如果我们国内旋转压实机质量上去了，反销美国也是可能的。(end)

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