半剛性基層材料振動成型法的應(yīng)用分析

高 霞

（山西路杰公路工程技術(shù)咨詢有限公司，山西 太原 030012）

陽左高速公路采用了基于振動成型法的半剛性基層材料設(shè)計方法，通過應(yīng)用先進的配合比設(shè)計方法，提高半剛性基層瀝青路面的技術(shù)性能，克服因現(xiàn)行的半剛性基層混合料設(shè)計方法本身存在的問題所導致的材料性能缺陷。主要闡述振動成型法設(shè)計半剛性基層的施工實踐和效果。

1 陽左高速公路振動法設(shè)計半剛性基層突破傳統(tǒng)設(shè)計的幾個要點

陽左高速公路在半剛性基層的材料配合比設(shè)計中采用振動成型儀成型試件（此儀器能提供可模擬施工現(xiàn)場碾壓的激振力、頻率和振幅），得出最大干密度和最佳含水率以及滿足強度要求的水泥劑量，并從中選出最優(yōu)合成級配。

上述方法與傳統(tǒng)的擊實法相比看似除應(yīng)用了不同的室內(nèi)成型儀器外無其他不同之處，下面我們從設(shè)計配合比的幾個環(huán)節(jié)介紹它與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別和突破點。

a）隨著近幾年現(xiàn)代化碾壓機具的廣泛應(yīng)用，人們不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的室內(nèi)標準擊實法的密實度低于現(xiàn)場實際碾壓的密實度，這就造成了在現(xiàn)場使用室內(nèi)得出的最大干密度進行壓實度控制時，壓實度僅達到質(zhì)量控制標準便停止碾壓，但此時并不能達到材料本身最佳的壓實效果，這是導致水損壞的一個直接原因，而采用振動法時，可使半剛性材料中粗細集料間的排列更為緊密，形成骨架密實型結(jié)構(gòu)，得到的最大干密度經(jīng)實驗證明一般為室內(nèi)擊實法的103%，大幅提高了壓實標準。下面列舉陽左高速公路基層部分標段的試驗對比數(shù)據(jù)。

表1 部分標段的試驗對比數(shù)據(jù)

表1試驗結(jié)果顯示，振動法確定的最佳含水率（ω0）小于標準擊實試驗確定的最佳含水率（ω1），最大干密度（ρ0max）大于擊實試驗確定的最大干密度（ρ1max）。

b）傳統(tǒng)設(shè)計的級配范圍太寬，且試驗室確定的集料配合比例不容更改，只要合成級配在范圍內(nèi)即可，振動法設(shè)計半剛性基層的設(shè)計理念改控制集料比例為控制合成級配，集料配合比例可根據(jù)施工中實際情況進行調(diào)整，目的就是保證合成級配接近設(shè)計配合比的合成級配，這一合成級配是在室內(nèi)多次試驗尋找到的滿足各項指標的數(shù)據(jù)，不一定是工程級配范圍的中值。陽左高速公路根據(jù)試配結(jié)果和原材料的特性，將設(shè)計的工程級配范圍又縮小2%～3%，更有利地保證壓實效果和級配的穩(wěn)定性。

c）傳統(tǒng)設(shè)計采用懸浮密實型級配結(jié)構(gòu)，集料間的相互作用在結(jié)構(gòu)中起效甚微，主要靠水泥起穩(wěn)定作用，為了達到預期的強度要求和結(jié)構(gòu)表面的密實光滑，一味地加大水泥劑量是造成早期裂縫的最根本原因。陽左高速公路把基層的水泥劑量控制在4%以下，仍足以滿足設(shè)計的無側(cè)限抗壓強度指標，這是因為振動法設(shè)計利用集料間的骨架密實結(jié)構(gòu)本身所具有的嵌擠力，無需更多的穩(wěn)定劑來提高強度，而且能大大改善半剛性基層材料的力學性能、收縮特性、水穩(wěn)定性及疲勞性能，對保證道路的強度和耐久性起到了很大作用。

除了上述3個主要設(shè)計要點與傳統(tǒng)設(shè)計有較大的區(qū)別外，陽左高速公路還對（4.75～9.5 mm）單級配集料的配合比例和粉料含量（0.075 mm以下）兩項指標做了控制。室內(nèi)研究者經(jīng)過實驗研究得出結(jié)論，（4.75～9.5 mm）這一檔料超過一定數(shù)量，對骨架密實結(jié)構(gòu)的嵌擠作用過猶不及，所以（4.75～9.5 mm）在混合料中的配合比例控制在15%以下。合成集料的0.075 mm以下的質(zhì)量通過百分率控制在0%～3%，最大不超過5%。這一指標也是形成骨架密實結(jié)構(gòu)的重要控制條件。

此外，陽左高速公路的半剛性基層對混合料的含水量控制更為嚴格，要求碾壓時含水量不超過規(guī)定值0.5%。根據(jù)以往的做法，含水量要根據(jù)天氣情況超出規(guī)定值1～2個百分點，施工人員普遍認為，只要在碾壓時不翻漿即可，卻殊不知較大的含水量使混合料在將來的板結(jié)失水過程中造成的干縮更為嚴重。這就要求在配合比設(shè)計時要將最佳含水率把握準確，在施工過程中也要將這一指標做為重點監(jiān)控對象。

2 施工過程中的質(zhì)量控制

為了保證陽左高速公路半剛性基層的鋪筑質(zhì)量，在施工過程中主要對以下幾個重點環(huán)節(jié)進行了控制：

a）陽左高速公路沿線多為山地，石料資源豐富，施工單位根據(jù)圖紙的工程級配范圍要求自產(chǎn)碎石，定制破碎設(shè)備分檔振動篩的篩孔尺寸，常規(guī)的三檔料增加為四檔料控制，分別為19～31.5 mm，9.5～19 mm，4.75～9.5 mm，0～4.75 mm（生產(chǎn)設(shè)備的振動篩篩孔為前述篩孔的等效放大篩孔尺寸）。在生產(chǎn)過程中，試驗人員隨時跟蹤檢查生產(chǎn)質(zhì)量，包括石料的選材和生產(chǎn)規(guī)格，保證碎石生產(chǎn)質(zhì)量和規(guī)格的穩(wěn)定性。

b）在生產(chǎn)混合料的過程中，加大混合料級配的檢查頻率，一般至少每工作班對控制篩孔（19 mm、9.5 mm、4.75 mm）檢查4次，如發(fā)現(xiàn)與設(shè)計級配有較大偏差，及時檢查生產(chǎn)環(huán)節(jié)和調(diào)整，再進行試篩，直到符合要求，每天還要進行一次單級配料的水洗法篩分，以檢查粉料含量的控制情況，將監(jiān)控和檢查形成一個閉環(huán)控制，保證混合料生產(chǎn)質(zhì)量，這也為混合料的碾壓打好了基礎(chǔ)。

c）在試驗段鋪筑時，對拌合樓的計量、現(xiàn)場攤鋪、碾壓等須得出的各項參數(shù)等嚴密控制，得出準確的試驗和工藝參數(shù)，并確定兩種可保證壓實標準的碾壓方案，以便于施工當中出現(xiàn)機具故障或其他意外情況時及時調(diào)整。對混合料的級配、水泥劑量、含水量、壓實度檢測以及其他現(xiàn)場檢測項目比規(guī)范規(guī)定的檢測頻率增加一倍。

d）現(xiàn)場碾壓機具、碾壓遍數(shù)及壓路機振幅頻率的把握依照試驗路段的結(jié)果執(zhí)行，即要達到骨架密實的預期效果和壓實標準，又不能因過振而破壞集料的本身強度等性質(zhì)或因出漿而損失所需的水分，一般來講，要改變以往的先靜壓后振動再靜壓的碾壓順序，而是直接用振動壓路機將初壓和復壓結(jié)合為一道工序，更好地形成骨架密實結(jié)構(gòu)。

e）無側(cè)限抗壓強度試件成型也采用振動成型儀完成，制件所用的振頻和振動時間與配合比設(shè)計時相匹配，一般在壓頭回彈跳起或出漿時可停止振動，最大程度模擬現(xiàn)場碾壓情況。

f）由于混合料偏粗，取芯視現(xiàn)場情況不同由常規(guī)的7 d放寬至7～10 d，芯樣的外觀也不似以往要求的那么光滑，主要是觀察其完整性，試驗人員還將芯樣適當修補并養(yǎng)護后進行試壓，試壓結(jié)果普遍高于同期室內(nèi)成型的無側(cè)限抗壓強度試件，雖然這一方法僅作為參考，或許也能從一個側(cè)面反映現(xiàn)場的施工質(zhì)量。

3 陽左高速公路采用振動法設(shè)計半剛性基層材料配比的施工實踐結(jié)果

陽左高速的水穩(wěn)碎石基層在水泥劑量4%的強度可達到4.5 MPa，而傳統(tǒng)方法水泥劑量至少需要5%，強度也勉強達到3.5 MPa。振動法成型試件干縮抗裂系數(shù)是靜壓成型條件下的1.5倍，這里的干縮抗裂系數(shù)是振動法理論新引入的一個評價指標，簡單地說，它是材料失水后能承受的最大拉應(yīng)力與干縮系數(shù)（表征材料失水的干縮程度）的比值，這一比值越大，可表明材料的抗裂性能越高。

實踐結(jié)果表明與靜壓法相比，采用振動法水泥穩(wěn)定碎石混合料可以達到強度及抗裂能力同時增加的最優(yōu)效果。只要級配合理，沒有必要通過增加水泥劑量，犧牲一部分抗裂能力為代價換取強度達標。采用振動法優(yōu)化的水泥穩(wěn)定碎石混合料可達到抗裂能力最佳、水泥劑量少、強度合格及工程造價降低的最佳效果。

從陽左高速車輛通行后兩年來的實際效果看，至今未出現(xiàn)收縮裂縫以及其他普遍性的病害。這也充分證明了振動法設(shè)計的半剛性基層從很多層面上優(yōu)于傳統(tǒng)的半剛性基層設(shè)計方法，值得大力推廣。

4 結(jié)語

為什么不用瀝青柔性基層取代半剛性基層呢？原因主要是兩方面，一是造價，我國是發(fā)展中國家，經(jīng)濟實力還無法與一些西方大國相比，瀝青柔性基層的造價大約是半剛性基層造價的3～4倍；二是我國的重載交通的現(xiàn)狀不適合采用后期強度較低的柔性材料做為基層。

要將振動法很好地應(yīng)用于工程實踐中，使其發(fā)揮更大的作用，還需要施工單位從根本上領(lǐng)會其理論核心，控制好原材料的質(zhì)量和規(guī)格，按振動法設(shè)計提供的操作方法和施工工藝進行施工和質(zhì)量檢查，盡最大能力提高半剛性基層的路用性能。