馬勝軍

(甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)養(yǎng)護(hù)科技有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030)

振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石在京新高速路面的應(yīng)用

馬勝軍

(甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)養(yǎng)護(hù)科技有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030)

針對(duì)傳統(tǒng)拌和方式下水泥穩(wěn)定碎石基層混合料拌和均勻性差、成品混合料時(shí)常存在干燥露白現(xiàn)象等問(wèn)題，以京新高速公路白明段路面施工項(xiàng)目為依托，對(duì)普通攪拌與振動(dòng)攪拌作用下的水泥穩(wěn)定碎石混合料外觀以及礦料級(jí)配進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明：振動(dòng)攪拌作用使混合料中的水與集料充分接觸，水泥、水與集料達(dá)到充分均勻彌散的狀態(tài)，細(xì)集料均勻包裹粗集料，且礦料級(jí)配變異性小于普通攪拌作用，有利于水泥穩(wěn)定材料耐久性和強(qiáng)度的提高。

公路工程；振動(dòng)攪拌；水泥穩(wěn)定碎石；均勻性

0 引 言

由于拌和不均勻等問(wèn)題，水泥穩(wěn)定碎石基層早期常出現(xiàn)較為嚴(yán)重的收縮裂縫，在行車(chē)荷載反復(fù)作用下瀝青面層極易產(chǎn)生反射裂縫[1-2]。水泥穩(wěn)定碎石基層的收縮性能與水泥劑量、用水量、礦料級(jí)配和細(xì)集料含量等因素密切相關(guān)[3]，由于拌和的不均性，不能使水泥、水與集料充分彌散，細(xì)集料不能均勻地將粗集料包裹，而水與集料的不充分接觸在一定程度上造成了水泥的水化不充分，使得不同工程水泥穩(wěn)定碎石的實(shí)際使用級(jí)配差別較大，當(dāng)?shù)V料級(jí)配欠佳時(shí)往往通過(guò)增加水泥劑量來(lái)補(bǔ)足強(qiáng)度[4]，從而降低了混合料的抗裂能力，增大裂縫出現(xiàn)的概率。

攪拌后的水泥穩(wěn)定碎石混合料不均勻不僅是指“干燥露白”的宏觀不均勻性，還指部分水與水泥等粉料拌和不均勻出現(xiàn)結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，以及水泥等粉料和細(xì)料不能充分均勻彌散、包裹粗骨料的細(xì)觀和微觀的不均勻性。張良奇等[5]把普通攪拌且在宏觀上呈均勻狀態(tài)的水泥團(tuán)放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)有10%～30%的水泥顆粒聚在一起，形成微小的水泥團(tuán)，沒(méi)有完全彌散開(kāi)來(lái)。水泥團(tuán)聚現(xiàn)象的存在不但浪費(fèi)了水泥，而且使得水泥的水化作用只在水泥顆粒的表面進(jìn)行，減少了具有強(qiáng)度的水化生成物生成，使得穩(wěn)定土的強(qiáng)度與耐久性受到影響。因此，必須采取某種方式將水泥穩(wěn)定碎石中結(jié)團(tuán)的水泥顆粒分散開(kāi)來(lái)。故本文以振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石在白明高速公路路面的應(yīng)用為基礎(chǔ)，為振動(dòng)攪拌技術(shù)的發(fā)展提供一定的支持。

1 振動(dòng)攪拌技術(shù)

振動(dòng)攪拌技術(shù)的核心在于使水泥穩(wěn)定材料在軸向攪拌的同時(shí)加以豎向偏心振動(dòng)作用，使水泥顆粒處于顫動(dòng)狀態(tài)，從而破壞水泥顆粒的聚團(tuán)，使其分布均勻。同時(shí)，振動(dòng)攪拌使混合料顆粒的運(yùn)動(dòng)速度增快，增加有效碰撞次數(shù)，加速集料顆粒表面水化生成物向液相擴(kuò)散的速度，使水泥水化加速；此外，還可凈化集料表面，增加水泥和集料間的黏結(jié)力[10]。振動(dòng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用使得粗骨料被水、細(xì)集料及水泥的水化產(chǎn)物緊密包裹，不但提高水泥穩(wěn)定碎石的宏觀均勻性，還增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的微觀均勻性；水泥的充分彌散使得相同強(qiáng)度下所需的水泥劑量有所降低，從拌和質(zhì)量以及拌和效率兩方面，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度、耐久性以及使用性能都起到保障作用。

2 振動(dòng)攪拌技術(shù)在白明高速公路的應(yīng)用

2.1 工程簡(jiǎn)介

白明高速公路是G7京新高速甘肅段，主線起點(diǎn)為內(nèi)蒙古與甘肅省交界的白疙瘩，終點(diǎn)順接新疆境內(nèi)，路線全長(zhǎng)26.988 km。項(xiàng)目地處喀爾里克山脈東延部分和甘肅北山山脈的馬鬃山山地與河西走廊帶北部戈壁連接區(qū)，是典型的荒漠景觀和干旱的準(zhǔn)平原地形。水泥穩(wěn)定碎石主要工程量為32 cm厚水泥穩(wěn)定碎石底基層766 539 m2、20 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層743 411 m2。在白明路面五標(biāo)寬幅超厚水泥穩(wěn)定碎石底基層攤鋪中，采用600 t·h-1的雙拌缸水泥穩(wěn)定碎石攪拌設(shè)備和1套600 t·h-1的單拌缸水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)攪拌設(shè)備進(jìn)行水穩(wěn)混合料拌和。

2.2 拌和均勻性分析

對(duì)比同種級(jí)配下水泥穩(wěn)定碎石混合料在不同拌和方式(即振動(dòng)拌和和普通拌和)作用下的集料分布狀況，如圖1、2所示。

圖1 水分布

圖2 細(xì)集料分布

從圖1可以看出，振動(dòng)拌和作用下集料表面完全被水分潤(rùn)濕；而普通拌和作用下，集料色澤暗淡；從圖2中可以看出，振動(dòng)拌和作用下細(xì)集料與粗集料充分接觸，整個(gè)粗集料被細(xì)集料所裹附，而普通拌和作用下，細(xì)集料并沒(méi)有完全包裹粗集料。分析其原因在于：普通拌缸僅在入口處有添加水的裝置，單純地通過(guò)軸向攪拌無(wú)法使水分與每一顆集料充分接觸，致使混合料出現(xiàn)過(guò)濕或露白兩個(gè)極端；在振動(dòng)拌和作用下，水泥團(tuán)首先被打破，均勻分布在混合料中，粗集料比表面積較細(xì)集料和粉料小很多，水泥很容易包裹粗集料表面使得接觸的細(xì)集料全部黏附在上面。振動(dòng)拌和水泥穩(wěn)定碎石混合料時(shí)，物料在攪拌葉片的作用下以左右螺旋線為運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)作圓周方向的拋撒、剪切運(yùn)動(dòng)，并沿軸向向出料口移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)強(qiáng)制拌和產(chǎn)生的高頻振動(dòng)作用，使物料處于震顫狀態(tài)，加強(qiáng)了粉料與水的彌散，加快了水與水泥的水化反應(yīng)速度，粗、細(xì)集料及水化產(chǎn)物三者頻繁碰撞凈化了骨料表面，使粗骨料被細(xì)集料及水泥的水化產(chǎn)物緊密包裹，不僅拌和質(zhì)量好，而且縮短了混合料拌和均勻所需時(shí)間，使得混合料的拌和質(zhì)量與生產(chǎn)效率得以兼顧。

2.3 礦料級(jí)配

對(duì)振動(dòng)拌和及普通拌和作用下的混合料進(jìn)行篩分，計(jì)算拌和過(guò)程中水泥穩(wěn)定碎石混合料礦料級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)差(振動(dòng)拌和39組數(shù)據(jù)，普通拌和36組數(shù)據(jù))，分析2種拌和方式下的變異性，結(jié)果見(jiàn)表1和圖3。

表1 不同拌和方式下礦料級(jí)配的變異性

圖3 不同拌和方式下各篩孔出混合料變異系數(shù)

從表1及圖3可以看出：隨著篩孔尺寸的減小，變異系數(shù)呈增大趨勢(shì)；振動(dòng)拌和作用較普通拌和作用所產(chǎn)生的礦料級(jí)配變異性顯著減小。0.6 mm篩孔處的變異性系數(shù)較其他篩孔處大，分析其原因主要是隨著篩孔尺寸減小，水泥穩(wěn)定碎石混合料的通過(guò)率逐漸減小；振動(dòng)攪拌使得水泥穩(wěn)定碎石混合料細(xì)集料能夠均勻分散至粗集料，從而保證了拌和均勻性，降低了變異性。此外，基于振動(dòng)攪拌技術(shù)制成的振動(dòng)型拌缸是在普通雙臥軸強(qiáng)制式拌和主機(jī)的基礎(chǔ)上，將偏心塊加在該機(jī)型的拌和軸裝置上，振動(dòng)裝置與拌和軸相連，直接將振動(dòng)趨勢(shì)傳遞給拌和軸，使拌和軸邊拌和邊振動(dòng)。振動(dòng)攪拌傳動(dòng)裝置布置于出料口一端，遠(yuǎn)離激振裝置以減少振動(dòng)對(duì)其造成的影響。振動(dòng)攪拌設(shè)備中拌和軸、拌和臂以及拌和葉片在振動(dòng)源的作用下處于振動(dòng)狀態(tài)，水泥穩(wěn)定碎石混合料將整個(gè)振動(dòng)器包圍，使有效振動(dòng)面積增大，振動(dòng)能被水泥穩(wěn)定碎石混合料完全吸收，拌和振動(dòng)源只需較小的振動(dòng)強(qiáng)度就能夠達(dá)到完全破壞混合料中水泥結(jié)團(tuán)的現(xiàn)象，改善了振動(dòng)拌和設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)下工作時(shí)的可靠性；拌和軸、拌和臂以及拌和葉片等拌和系統(tǒng)處于振動(dòng)狀態(tài)，振動(dòng)力作用在周?chē)幕旌狭仙希?/p>

細(xì)集料、粉料不易附著在拌和結(jié)構(gòu)上，提高了拌和效能；同時(shí)，振動(dòng)作用使拌和結(jié)構(gòu)與混合料之間的摩擦力減小，降低拌和設(shè)備的磨耗，延長(zhǎng)了拌和設(shè)備易損件的使用壽命。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)振動(dòng)攪拌作用下集料表面水分晶瑩剔透，完全被水分潤(rùn)濕；細(xì)集料與粗集料充分接觸，整個(gè)粗集料被細(xì)集料所裹附。

(2)隨著篩孔尺寸的減小，礦料級(jí)配變異系數(shù)呈增大趨勢(shì)；振動(dòng)拌和作用較普通拌和作用所產(chǎn)生的礦料級(jí)配變異性顯著減??；0.6 mm篩孔處變異系數(shù)較其他篩孔大。

(3)物料處于震顫狀態(tài)，加強(qiáng)了粉料與水的彌散，加快了水與水泥的水化反應(yīng)速度，粗、細(xì)集料及水化產(chǎn)物三者頻繁碰撞凈化了骨料表面，使粗骨料被細(xì)集料及水泥的水化產(chǎn)物緊密包裹，不僅拌和質(zhì)量好，而且縮短了混合料拌和均勻所需的時(shí)間，使得混合料的拌和質(zhì)量與生產(chǎn)效率得以兼顧。

[1] 孫兆輝.水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂穩(wěn)定性研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2007,10(1):59-65.

[2] 馮西寧,馮忠緒.混凝土振動(dòng)攪拌技術(shù)研究的回顧[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào),2007,5(1)：113-116.

[3] 張金龍,李文瑛,呂文全,等.振動(dòng)法水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂級(jí)配優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].公路交通技術(shù)，2014(2):5-8.

[4] 呂建兵.強(qiáng)夯加固軟基機(jī)理及其在道路工程中的應(yīng)用[J].路基工程，2008(2):161-162.

[5] 張良奇,馮忠旭.混凝土攪拌過(guò)程及其評(píng)價(jià)[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，31(2)：101-105.

ApplicationofCementStabilizedMacadamPreparedbyVibratoryStirringinJingxinExpressway

MA Sheng-jun

(Maintenance Technology Co., Ltd. of Gansu Road and Bridge Construction Group, Lanzhou 730030, Gansu, China)

Aiming at the problem of poor mixing homogeneity of cement stabilized macadam for base course with traditional mixing mode, based on the pavement construction project of Baiming section of Jingxin expressway, the appearance of cement stabilized macadam prepared by ordinary stirring and vibratory stirring and the gradation of aggregate were studied. The results show that the water within the mixture is in full contact with the aggregates due to the vibratory stirring; cement, water and aggregate achieve a state of fully uniform dispersion, with fine aggregate evenly wrapping the coarse aggregate; the variability of mineral aggregate gradation is less than that of mixture prepared by ordinary mixing, which is beneficial to the durability and strength of cement stabilized materials.

highway engineering; vibratory stirring; cement stabilized macadam; homogeneity

U416.214

B

1000-033X(2017)11-0100-03

2017-03-29

馬勝軍(1979-)，男，甘肅靜寧人，工程師，研究方向?yàn)榈缆饭こ獭?/p>

[責(zé)任編輯:杜衛(wèi)華]