趙 評 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

半剛性基層路面振動成型技術(shù)及應(yīng)用

趙 評 宏

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了公路工程中半剛性基層材料設(shè)計及施工現(xiàn)狀，根據(jù)振動成型技術(shù)原理，論述了半剛性基層路面振動成型技術(shù)的特點，并對比分析了靜壓成型法與振動成型法的優(yōu)缺點，提出了振動成型施工中原材料的質(zhì)控措施，提高了半剛性基層路面的抗裂性和抗疲勞性，延長了路面使用壽命。

半剛性基層，振動成型，原材料

0 引言

在我國公路建設(shè)中，瀝青路面是應(yīng)用最為廣泛的路面結(jié)構(gòu)形式。路面基層材料是直接運用于瀝青面層下作為承重層的，在確保路面承載力方面起到了至關(guān)重要的作用。根據(jù)應(yīng)用的材料和其力學(xué)特性的不同，路面基層可分為三類，分別是柔性基層、半剛性基層和剛性基層。

半剛性基層路面具有整體性好、強度高、水穩(wěn)性好、承載力高的優(yōu)點，在二十世紀(jì)六七十年代，半剛性瀝青路面就成為歐洲、美國、日本等國主要的路面結(jié)構(gòu)形式，在這些國家得到了廣泛應(yīng)用。目前，在我國已建的高速公路中，大約85%的公路基層采用半剛性基層材料，形成了以半剛性基層為主的格局。

隨著半剛性基層的大量應(yīng)用，也暴露出其存在的一些問題。隨著使用年限的增加，半剛性基層路面會出現(xiàn)嚴(yán)重的基層裂縫，在行車荷載的反復(fù)作用下將導(dǎo)致路面強度大大降低，加速瀝青路面的破壞，影響公路使用質(zhì)量和壽命。因此，通過對半剛性基層進行進一步的研究，在設(shè)計理論、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、試驗方法和質(zhì)量控制等方面進行改進，以確保和提高半剛性基層的路用使用性能。

1 半剛性基層材料設(shè)計及施工現(xiàn)狀

半剛性基層主要有水泥穩(wěn)定類、石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類等。國外的半剛性材料主要是用水泥穩(wěn)定碎石類，對石灰穩(wěn)定類使用較少。在我國，通過對半剛性基層瀝青路面出現(xiàn)的損害分析，半剛性基層具有強度和剛度大，板體性強的優(yōu)勢，且水穩(wěn)定性和抗凍性良好。但其抗變形能力較差，收縮系數(shù)較大，抗彎拉強度低，這使得基層對荷載敏感性較大，容易開裂。

在設(shè)計中，實驗室內(nèi)材料的最大干密度和最佳含水量通過使用重型擊實試驗來確定，測定7 d無側(cè)限抗壓強度通過使用靜壓成型試件來實現(xiàn)。在施工現(xiàn)場，大多數(shù)施工中是使用振動壓路機和膠輪壓路機進行碾壓。這一切都使得試驗數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映和控制現(xiàn)場施工質(zhì)量。這些使得對混合料的綜合路用性能難以進行有效控制，嚴(yán)重影響著半剛性基層的施工質(zhì)量，導(dǎo)致路面基層的抗裂性和抗沖刷能力不足，與面層的粘結(jié)差，使用一段時間后出現(xiàn)大量裂縫等(見圖1，圖2)。

在我國，很多選擇采用半剛性基層的瀝青路面均出現(xiàn)了不同程度的早期損害現(xiàn)象?？蛇@并不能否定半剛性基層材料良好的路用性能，更不能說明選擇采用半剛性基層作為高等級路面結(jié)構(gòu)是不合適的。只能說明目前對于半剛性基層材料還需要進行進一步的研究，通過對其設(shè)計、指標(biāo)、試驗方法等方面進行優(yōu)化來顯著提升其性能。

2 振動成型技術(shù)原理和特性

振動成型儀是振動成型技術(shù)的關(guān)鍵試驗設(shè)備(見圖3)。振動成型技術(shù)是通過振動壓實原理來優(yōu)化級配，將水泥劑量適當(dāng)降低，在保證基層強度的前提下提高其抗裂性能。在級配優(yōu)化中，將粗集料含量適當(dāng)提高，有效提升顆粒間嵌擠效果。同時，通過增強碾壓可使得骨架間的內(nèi)摩阻力增大，使得基層密實度顯著提高，從而使得基層抗裂性能顯著提高。

振動壓實的原理：通過將振動沖擊力施加給顆粒性材料，在沖擊波作用下顆粒間的摩擦力由靜摩擦狀態(tài)逐漸進入動摩擦狀態(tài)，使得材料間的摩擦阻力大大下降。在共振的作用下，機械的振動頻率與被壓材料的固有頻率兩者一致時，使得被壓實材料的內(nèi)部阻力降低，得到顯著壓實效果。

半剛性材料振動成型過程：在振動擊實作用下，半剛性基層材料處于振動狀態(tài)。在水分的離析作用下，在材料顆粒表面形成的一層水膜，其具有的潤滑效果可使得顆粒間的摩擦力和粘結(jié)力有效減小。在振動狀態(tài)下的顆粒發(fā)生位移，相互填充從而形成骨架密實型嵌擠結(jié)構(gòu)(見圖4)，這對于提高基層的承載力和穩(wěn)定性是十分有效的。

振動成型法的技術(shù)特點：

1)最大限度的模擬施工現(xiàn)場碾壓情況。在我國，半剛性基層施工一般都選擇使用振動壓路機和輪胎壓路機。研究表明，“振動成型儀—被壓材料”的動態(tài)響應(yīng)與“振動壓路機—被壓材料”的動態(tài)響應(yīng)基本一致，表明實驗室內(nèi)的振動壓實效果與振動壓路機在施工現(xiàn)場的壓實效果基本相似，將實驗室數(shù)據(jù)用于現(xiàn)場施工質(zhì)量的指導(dǎo)、預(yù)測和控制是可行的。

2)以振動擊實密度來控制施工現(xiàn)場的壓實度。研究表明，振動擊實密度一般比傳統(tǒng)的重型擊實密度提高了3%～4%。選擇使用振動成型法進行施工質(zhì)量控制，將施工現(xiàn)場壓實度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為振動擊實密度。通過壓實標(biāo)準(zhǔn)的提高，可使得室內(nèi)成型法與施工實際不符而導(dǎo)致的壓實度超百現(xiàn)象得到有效避免，顯著提高半剛性基層強度及其抗裂和抗疲勞性能。

3)通過降低水泥劑量來提高基層的抗裂性。振動成型技術(shù)的特性在于通過優(yōu)化級配提高顆粒之間的擠嵌效果，有效降低水泥劑量1.0%～1.5%，可使得基層強度和抗裂性能顯著提高。試驗表明，采用振動成型法下試件的干縮抗裂系數(shù)是傳統(tǒng)的靜壓成型試件的1.5倍。

4)優(yōu)化級配范圍較窄，便于進行施工質(zhì)量控制。以確?；鶎訌姸群涂沽研宰罴褳橐罁?jù)，對半剛性材料使用振動成型法進行級配優(yōu)化，相對于規(guī)范要求其范圍較窄，這對進行混合料生產(chǎn)的質(zhì)量控制是有利的。

3 靜壓成型法和振動成型法的對比

在傳統(tǒng)方法下，靜壓成型法是通過靜荷載對材料施加的剪應(yīng)力迫使材料顆粒間相互靠近，從而達到壓實的效果。振動成型法則是利用高頻的振動作用使得材料產(chǎn)生液化位移，從而形成相互填充擠嵌的效果來達到壓密的目的。

從圖5，圖6可以看出，兩種不同的成型方式差異顯著，振動成型技術(shù)可顯著提升基層的密實度和抗裂性。

在圖5中，從兩種試件的外觀上進行對比，可以看出，由于振動具有提漿效果，振動成型法下的試件表面和側(cè)壁均有水泥漿，試件表面光滑密實，脫模時的阻力小。靜壓成型法下的試件表面多孔粗糙，脫模時的阻力大。

從圖6中兩種試件的剖面結(jié)構(gòu)上進行對比，可以看出，在振動成型法下的試件，其剖面結(jié)構(gòu)密實，粗集料排列緊密且均勻，整體性好。混合料中的細(xì)集料及膠結(jié)料對粗集料的骨架間隙實現(xiàn)了有效填充，大的空隙肉眼觀察不到。在靜壓成型法下的試件，其剖面結(jié)構(gòu)呈松散狀態(tài)，粗集料分布不均。集料顆粒未被細(xì)集料及膠漿充分裹覆，可用肉眼看到分布于剖面表面大大小小的空隙。

4 施工中的原材料質(zhì)量控制

在振動成型施工中，為確保施工質(zhì)量，應(yīng)進行原材料質(zhì)量控制、混合料級配控制、施工機械配置控制和施工關(guān)鍵控制點等質(zhì)量控制措施。

原材料質(zhì)量控制是確保施工質(zhì)量的一個重要因素，在本文中僅介紹原材料的質(zhì)量要點。

1)集料。集料的壓碎值、針片狀含量、含泥量等應(yīng)符合規(guī)范要求。骨架密實結(jié)構(gòu)對集料的規(guī)格性和均勻性要求較高。粗集料的含量是影響基層強度的關(guān)鍵因素。在施工中，通過對關(guān)鍵篩孔的通過率進行質(zhì)量控制，以達到在粗集料之間形成骨架結(jié)構(gòu)的目的。

石屑是影響混合料路用性能的重要因素，其含泥量和級配變異性較大，對混合料級配的穩(wěn)定性和質(zhì)量的均勻性有著直接影響，進行質(zhì)量控制的難度較大。在施工過程中，嚴(yán)格地落實源頭管理，加大篩分頻率，合理確定整體變異程度，堆放時采取苫蓋等措施。

2)消石灰。在施工中，應(yīng)分批采購進料，既不影響施工進度，又不過多存放。

在施工前，消石灰必須充分消解。否則，碾壓完成后，基層出現(xiàn)局部脹松鼓包，影響底基層的整體強度和平整度。

消解后的石灰應(yīng)保持一定濕度，控制在15%～20%為宜，不得揚塵，也不可過濕成團。

在每次使用之前，必須復(fù)檢有效鈣和氧化鎂含量，不合格的消石灰不得使用。

增加消石灰含量可以提高強度，但會嚴(yán)重影響混合料的收縮性能，在施工過程中必須嚴(yán)格禁止隨意提高消石灰含量。

堆放時，需采取苫蓋措施，以確保含水量的均勻性。

3)粉煤灰。存放時，料堆表面應(yīng)保持濕潤，含水量宜控制在15%～20%，做到既不揚塵也不過濕成團。存放時必須采取苫蓋措施，若部分粉煤灰凝結(jié)成塊，使用時須將灰塊打碎。

4)水泥。對強度形成起關(guān)鍵作用。重視水泥的品質(zhì)和劑量，在符合規(guī)范要求的前提下，形成定時與不定時相結(jié)合的抽檢制度，嚴(yán)格復(fù)檢選擇采用水泥的各項指標(biāo)，堅決禁止使用不合格的水泥。

5 結(jié)語

半剛性基層是我國應(yīng)用最廣泛的基層結(jié)構(gòu)形式，具有強度高、穩(wěn)定性好、剛性大以及板體性好等優(yōu)點。隨著使用年限的增加，出現(xiàn)嚴(yán)重的基層裂縫會影響公路的使用質(zhì)量和壽命。

振動成型技術(shù)能夠最大限度的模擬現(xiàn)場的施工條件，應(yīng)用于進行現(xiàn)場的施工指導(dǎo)，對進行現(xiàn)場的施工質(zhì)量控制效果顯著。因此，在我國大力推廣和應(yīng)用振動成型技術(shù)，在確保提高半剛性基層強度的前提下，能顯著提高基層的抗裂和抗疲勞性能，實現(xiàn)路面使用壽命的有效延長。

[1] 天津市市政工程研究院.半剛性基層振動成型法施工技術(shù)與質(zhì)量控制[Z].2010.

[2] 高 暢，陳 穎.基于振動成型法的半剛性基層配合比設(shè)計和施工技術(shù)探討[J].公路交通技術(shù)，2011(5)：55-56.

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Vibration molding technology and application of semi-rigid base course pavement

Zhao Pinghong

(ShanxiJinzhongHighway&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper introduces semi-rigid base course material design and construction status in highway engineering,discusses vibration molding technology features of semi-rigid base course pavement according to vibration molding technology principles,compares and analyzes merits and defects of static pressure molding and vibration molding method,and puts forward raw material quality control measures in vibration molding construction. As a result,it improves the anti-cracking and anti-fatigue properties of semi-rigid base course pavement,and prolongs the pavement utilization cycle.

semi-rigid base course,vibration molding,raw material

2015-10-14

趙評宏(1974- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0160-03

U416.223 < class="emphasis_bold">文獻標(biāo)識碼：A

A