李浩

摘要：文章依托廣西某高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層實體工程，對比了振動攪拌與非振動攪拌狀態(tài)下的水穩(wěn)基層混合料的均勻性，并測試分析了水穩(wěn)基層強度指標。結(jié)果表明：相比于非振動攪拌的水穩(wěn)混合料，采用振動攪拌的水穩(wěn)混合料均勻性變異系數(shù)和標準差更低，水泥分布和粗集料裹附更為均勻，水化反應更加充分，采用振動攪拌的水穩(wěn)混合料顆粒合成級配更為穩(wěn)定，振動拌和芯樣相比非振動拌和芯樣其強度提升近20%。

關鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石基層;振動攪拌;骨架密實;7d無側(cè)限抗壓強度

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層應用廣泛，水泥穩(wěn)定碎石混合料的拌和狀態(tài)能夠嚴重影響施工質(zhì)量。目前水泥穩(wěn)定碎石基層混合料主要采用自落式攪拌和強制式攪拌[1]，自落式攪拌的攪拌強度受混合料自身重力影響，強度不高，生產(chǎn)率低，限制了拌和效果。強制式拌和的攪拌強度較大，但在過大離心力作用下會造成混合料離析，從而引發(fā)均勻性變差。正是由于這些因素的影響，在拌和過程中常造成水泥漿在碎石表面處宏觀與微觀的分布不均勻，從而引發(fā)基層強度不足和開裂[2]。

為了改善水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能，常在拌和階段采用振動攪拌技術，以此期望提升基層強度和抗裂性能[3]。目前振動攪拌技術在水泥混凝土路面建設、水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層建設方面有著廣泛應用，因其在拌和過程中能釋放1500次/min的振動彈力波[4]，促使水泥充分彌散，采用振動攪拌往往能顯著提升水泥混凝土攪拌質(zhì)量和攪拌效率。馮忠緒[5]對水泥穩(wěn)定碎石振動拌和技術進行建模并分析了振動攪拌裝置的拌和原理;施洲輝[6]通過研究發(fā)現(xiàn)運用振動拌和技術可提升水泥穩(wěn)定碎石強度。而關于振動攪拌技術對水泥穩(wěn)定碎石基層均勻性影響的分析尚不夠深入，在實際生產(chǎn)過程中因振動拌和對水穩(wěn)基層混合料各項指標的具體提升能力仍有待分析。因此，探究實際生產(chǎn)施工過程中振動攪拌對水泥穩(wěn)定碎石混合料及基層均勻性的影響尤為必要。

為了進一步確定振動攪拌對水泥穩(wěn)定碎石拌和效果的具體提升作用，本文依托廣西梧州至柳州高速公路某合同段，采用振動攪拌技術拌和水泥穩(wěn)定碎石混合料，通過對比不同水泥劑量下、不同拌和時間下的水穩(wěn)料、試件、現(xiàn)場芯樣，分析振動攪拌對水泥穩(wěn)定碎石基層均勻性的影響。

1 試驗儀器

1.1 主要儀器

振動拌和設備采用德通振動攪拌單缸DT600ZBT型，拌缸長度約5m，振動狀態(tài)下額定功率為230kW，非振動狀態(tài)下額定功率為215kW。壓力成型機為TYT-2000B型壓力機。

1.2 原材料質(zhì)量

水泥穩(wěn)定碎石基層集料選用粒徑為20～30mm、10～20mm、5～10mm、0～5mm的石灰?guī)r碎石。四檔集料密度、吸水率、針片狀含量、粗集料壓碎值、細集料砂當量等指標均滿足設計要求。水泥為華潤牌復合硅酸鹽32.5R水泥，初凝時間>3h，終凝時間6～10h。水泥穩(wěn)定碎石混合料合成級配如表1所示。

1.3 表征與測檢方法

均勻性檢測按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTGE51-2009）中T0809-2009的規(guī)定對水泥劑量進行滴定，通過測試水泥劑量數(shù)據(jù)的變異性系數(shù)及標準差結(jié)果，對拌和過程中水泥裹附碎石效果進行均勻性評價。

強度檢測可按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTGE51-2009）中T0805-1994的方法進行，強度試件的制備按照其T0843-2009的方法制備。試件尺寸為φ150mm×150mm。

2.1 不同水泥劑量下的均勻性分析

通過振動拌和設備拌和水泥穩(wěn)定碎石混合料，水泥摻量分別為3.7%、3.9%、4.1%、4.3%和4.5%，采用均勻性檢測方法，其變異系數(shù)及標準差結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在相同水泥劑量下，采用振動攪拌的水泥穩(wěn)定碎石混合料中水泥含量的變異程度不大，相比于正常拌和的混合料，其水泥劑量的變異系數(shù)最多降低約60%。說明采用振動攪拌對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行處理，能夠有效地提升水穩(wěn)料的拌和穩(wěn)定性，使水泥更為穩(wěn)定均勻地裹附在碎石表面。隨著水泥劑量的增加，其在水泥穩(wěn)定碎石混合料中的變異程度有所降低，采用振動攪拌的水穩(wěn)料下降趨勢則更為明顯。

2.2 不同拌和時間下的均勻性分析

采用振動拌和設備拌和水泥穩(wěn)定碎石混合料，調(diào)節(jié)拌和時間，對生產(chǎn)速率為400t/h、450t/h、500t/h的水穩(wěn)料取樣并進行均勻性檢測，得到的變異系數(shù)及標準差結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，振動拌和狀態(tài)下水穩(wěn)料水泥劑量的變異程度普遍較低，成品的穩(wěn)定性相對較好。隨著拌和時間縮短，混合料生產(chǎn)拌和速率不斷增大，振動拌和狀態(tài)下水穩(wěn)料水泥劑量的變異程度不斷上升，但仍小于非振動拌和狀態(tài)下水穩(wěn)料水泥劑量的變異程度。

[HS（4][STFZ]3[STBZ] 振動攪拌技術對水穩(wěn)基層性能的影響分析

3.1 振動拌和對顆粒級配的影響

對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行取樣篩分，得到振動拌和狀態(tài)下與非振動拌和狀態(tài)下的合成級配，合成級配結(jié)果如表2所示。

對比振動拌和狀態(tài)下與非振動拌和狀態(tài)下的合成級配結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，振動攪拌狀態(tài)下水泥穩(wěn)定碎石基層混合料篩分數(shù)據(jù)跟目標合成級配值波動較小，而非振動狀態(tài)下波動較大，說明振動拌和狀態(tài)和非振動拌和狀態(tài)相比，混合料成品級配更加穩(wěn)定。

通過對采用振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石混合料進行攤鋪碾壓，基層效果如圖3所示。

由圖3可知，振動攪拌大粒徑（最大粒徑為26.5mm）的水泥穩(wěn)定碎石混合料在碾壓過后的基層表面粗骨料分布均勻，整體平整密實?；谡駝訑嚢杓夹g攤鋪碾壓后的水穩(wěn)基層在宏觀上也很少出現(xiàn)粗骨料表面干燥露白現(xiàn)象，抗裂性能也良好。這主要是由于采用振動攪拌技術能使粗細集料表面的雜質(zhì)和灰塵脫落，使骨料與水泥漿充分混合，提升骨料與水泥之間的粘聚力，避免了混合料表面出現(xiàn)干燥露白。同時，采用振動攪拌也能夠使大顆粒狀的水泥漿迅速地分散成小顆粒，促進水泥漿細微顆粒充分水化。水泥漿水化產(chǎn)物在基層板結(jié)硬化前有充足的空間，避免了后期水化的水泥漿在已水化完畢硬化的水泥石上繼續(xù)水化，使其產(chǎn)生較大壓應力引起應力集中導致形成裂紋。采用振動攪拌的水泥穩(wěn)定碎石混合料，因受到同一頻率和程度的激振力作用，使水泥石和骨料界面過渡層的結(jié)構(gòu)密實，減少了結(jié)合位置的大孔隙，極大程度上降低了離析，防止了裂縫從骨料表面產(chǎn)生，減少了表面裂縫和微裂紋。

3.2 振動拌和對芯樣骨架的影響

對水泥穩(wěn)定碎石基層進行鉆芯取樣，得到振動攪拌和非振動攪拌的水穩(wěn)芯樣，其骨架結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

通過芯樣對比，可以發(fā)現(xiàn)采用振動攪拌的水穩(wěn)基層芯樣，其粗集料在芯樣的頂部、中部和底部均有分布，沒有出現(xiàn)粗集料豎向離析現(xiàn)象;芯樣整體碾壓密實，底部也未出現(xiàn)斷根松散現(xiàn)象。而未采用振動攪拌技術的水穩(wěn)基層芯樣，整體結(jié)構(gòu)雖然也相對密實，但骨料分布并不緊密，底部也出現(xiàn)少量骨料脫落。這主要是由于采用振動攪拌更為有效地清除了骨料表面的泥土，清除了骨料和水泥漿發(fā)生水化反應的反應雜質(zhì)，使得界面過渡區(qū)中存有足夠空隙，使水泥漿體能順利與骨料發(fā)生水化反應并有效生成硅酸鈣水化物。同時，振動攪拌過程中產(chǎn)生的激蕩力作用使骨料周圍和界面過渡區(qū)的水膜破裂，增大了骨料與水化反應的比表面積，振動攪拌的激蕩力作用使大顆粒的水泥漿迅速處于分散狀態(tài)，使水泥漿中參與水化反應的數(shù)量迅速增大，提升了水泥水化產(chǎn)物的產(chǎn)生。因此振動攪拌使得水泥水化較為充分，水泥水化產(chǎn)物與細集料能夠?qū)⒋旨暇鶆虬蟠鬁p小骨料之間的摩擦阻力，壓實功更容易向下傳遞，使得振動攪拌比非振動攪拌的芯樣完整度和骨架密實度更為良好。

3.3 振動拌和對基層強度的影響

對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行取樣并制備強度試件，水泥劑量分別為3.7%、3.9%、4.1%、4.3%、4.5%，隨后進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗檢測，同時對養(yǎng)生7d的水穩(wěn)基層進行鉆芯取樣，并進行無側(cè)限抗壓強度試驗檢測，測試結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，在相同水泥劑量的條件下，振動攪拌水穩(wěn)基層室內(nèi)試件與現(xiàn)場芯樣的無側(cè)限抗壓強度要比非振動狀態(tài)下要高出約20%。也就是說，在到達相同強度時，振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石基層混合料比非振動狀態(tài)下要節(jié)約0.2%水泥劑量。隨著水泥劑量的不斷升高，室內(nèi)試件與現(xiàn)場芯樣的無側(cè)限抗壓強度也不斷升高。在如圖6所示的水泥劑量范圍中，振動攪拌的室內(nèi)試件與現(xiàn)場芯樣強度始終高于非振動攪拌，現(xiàn)場芯樣強度也隨水泥用量的增大而增大，振動攪拌的現(xiàn)場芯樣強度也比非振動的高出約20%。

采用振動拌和設備拌和水泥穩(wěn)定碎石混合料，調(diào)節(jié)拌和時間，對生產(chǎn)效率為400t/h、450t/h、500t/h的水穩(wěn)料取樣并制備強度試件，隨后進行7d無側(cè)限抗壓強度試驗檢測。試驗結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著拌和時間減少，提升生產(chǎn)效率，振動攪拌狀態(tài)下與非振動攪拌狀態(tài)下的試件強度均降低。但在相同的拌和時間與生產(chǎn)速率情況下，振動攪拌狀態(tài)下的試件強度比非振動攪拌狀態(tài)下的試件強度高出約6%。也就是說，在保證水穩(wěn)基層達到設計強度值時，采用振動攪拌能夠提高生產(chǎn)速率約50t/h，進一步提升產(chǎn)量，保證工程進度。

4 結(jié)語

本文結(jié)合廣西梧州至柳州高速公路某合同段實體工程，對采用振動拌和與常規(guī)拌和工藝的水泥穩(wěn)定碎石混合料均勻性進行了對比，并采用均勻性檢測和強度檢測，從宏觀角度分析了采用振動攪拌與非振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石混合料均勻性的差異，振動拌和對水穩(wěn)基層合成級配的波動情況以及振動拌和后水穩(wěn)基層芯樣骨架情況及強度，得到以下結(jié)論：

（1）經(jīng)過振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石混合料，其均勻性試驗所得變異系數(shù)及標準差比非振動拌和的低。采用振動攪拌的水穩(wěn)料宏觀均勻性更好。

（2）經(jīng)過振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石混合料合成級配更為穩(wěn)定，更貼近設計值，芯樣骨架結(jié)構(gòu)也更為密實。

（3）經(jīng)過振動拌和的水泥穩(wěn)定碎石基層芯樣強度高，制備試件及現(xiàn)場取芯的7d無側(cè)限抗壓強度均高于非振動拌和芯樣，強度提升了近20%。

參考文獻：

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[6]施洲輝，甘先永，羅增杰.振動攪拌技術對水泥穩(wěn)定碎石強度性能的影響[J].公路與汽運，2016（3）：109-112.