振動(dòng)法在試件成型中的應(yīng)用分析

時(shí)小梅　張　青(.中鐵濟(jì)南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山東濟(jì)南　500; .長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西西安　70064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei　ZHANG Qing

振動(dòng)法在試件成型中的應(yīng)用分析

時(shí)小梅1張青2(1.中鐵濟(jì)南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山東濟(jì)南250022; 2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院， 陜西西安710064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei1ZHANG Qing2

摘要為了研究成型方式對(duì)試件物理力學(xué)性能的影響，以水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混合料為依托，采用靜壓與振動(dòng)法對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行試件成型，并測(cè)試水泥穩(wěn)定碎石試件的最佳含水量、最大干密度和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，同時(shí)采用馬歇爾擊實(shí)法和振動(dòng)法對(duì)瀝青混合料進(jìn)行試件成型，并測(cè)定其密度、穩(wěn)定度、瀝青飽和度、劈裂強(qiáng)度等主要性能指標(biāo)。通過對(duì)比分析可知，振動(dòng)法更加符合施工現(xiàn)場(chǎng)的條件限定及要求，而且無論是對(duì)于水泥穩(wěn)定基層材料還是在瀝青混合料其成型后的試件性能都具有一定的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞道路工程水泥穩(wěn)定基層瀝青混合料振動(dòng)法

隨著公路工程對(duì)施工工藝要求的逐漸提高，常規(guī)試件成型方式已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工精度的要求。目前振動(dòng)壓實(shí)已經(jīng)成為高等級(jí)公路水泥穩(wěn)定碎石混合料基層普遍采用的施工工藝，但室內(nèi)更多的是采用重型擊實(shí)法確定最大干密度及最佳含水量，靜壓法成型試件測(cè)得抗裂及抗壓特性與現(xiàn)場(chǎng)匹配度較低，存在一系列的問題。對(duì)于瀝青混合料，傳統(tǒng)采用馬歇爾擊實(shí)法成型試件來研究瀝青混合料的力學(xué)特性，現(xiàn)場(chǎng)卻普遍采用振碾方式壓實(shí)瀝青混合料，這一結(jié)果導(dǎo)致了馬歇爾試件實(shí)驗(yàn)與實(shí)際鉆取芯樣相關(guān)性較差。

1壓實(shí)成型原理

路基路面施工破壞土體的天然狀態(tài)，致使結(jié)構(gòu)松散，顆粒重新組合[1]。為使路基路面具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，必須予以壓實(shí)，以提高其密實(shí)程度。壓實(shí)的目的是使混合料重新組合，彼此擠密，空隙縮小，單位重量提高，形成密實(shí)整體，最終使得強(qiáng)度增大，穩(wěn)定性提高[2]。

1.1　靜壓法

靜壓法是在試驗(yàn)室內(nèi)直接利用沖擊荷載對(duì)試驗(yàn)研究材料進(jìn)行壓實(shí)。從靜壓法的試驗(yàn)原理來講，靜壓法成型試件與靜力壓路機(jī)對(duì)路面進(jìn)行滾壓壓實(shí)的機(jī)理相類似[3]?；旌狭响o壓成型時(shí)集料只能做上下運(yùn)動(dòng)，不能重新排列組合。因此，靜壓成型不能使集料充分嵌擠，致使水泥穩(wěn)定碎石混合料達(dá)不到理想的強(qiáng)度。

1.2　振動(dòng)法

振動(dòng)壓實(shí)儀主要由控制平臺(tái)、振動(dòng)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)動(dòng)裝置三部分組成?？刂破脚_(tái)主要是通過調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率、振動(dòng)時(shí)間來控制振動(dòng)系統(tǒng)的升降；轉(zhuǎn)動(dòng)裝置主要是通過油泵將液壓油通過導(dǎo)管送進(jìn)振動(dòng)平臺(tái)以帶動(dòng)升降臺(tái)上升或下降；振動(dòng)系統(tǒng)是整個(gè)裝置最主要的部分，又分為上車系統(tǒng)、下車系統(tǒng)、激振器和振動(dòng)軸等，通過上車系統(tǒng)的束縛作用帶動(dòng)下車系統(tǒng)規(guī)律性的振動(dòng)。振動(dòng)法充分發(fā)揮了振動(dòng)壓實(shí)的優(yōu)勢(shì)，使顆粒重新排列，更加密實(shí)緊湊[4]。

1.3　馬歇爾擊實(shí)

馬歇爾擊實(shí)法是目前國(guó)際公認(rèn)的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法之一，屬于體積設(shè)計(jì)法[5]，是通過擊實(shí)錘做自由落體運(yùn)動(dòng)，利用重力對(duì)套筒中的試件進(jìn)行擊實(shí)做功。馬歇爾擊實(shí)法雖然有其自身的優(yōu)勢(shì)，但是隨著交通流、行車荷載的不斷變化，馬歇爾擊實(shí)法就顯得滯后和單一，而且利用馬歇爾擊實(shí)法成型的試件與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際路面系統(tǒng)存在較大的差異性[6]。

2研究方案

選取水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混合料兩種混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究。采用靜壓法和振動(dòng)法對(duì)同一級(jí)配水泥劑量分別按3.5%、4.5%制備2組水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行試件成型，每組試件做3組平行試件，測(cè)定主要參數(shù)并取其平均值進(jìn)行對(duì)比分析。

采用馬歇爾擊實(shí)與振動(dòng)法對(duì)AC-13混合料進(jìn)行擊實(shí)成型，每種方法做3組平行試件，測(cè)定主要技術(shù)指標(biāo)取其平均值，并進(jìn)行對(duì)比分析。

3原材料設(shè)計(jì)

3.1　水泥技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)選用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，表1為其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)選用的集料主要成分為石灰?guī)r，將集料分為四擋，規(guī)格分別為為10～30 mm，5～10 mm，3～5 mm，0～3 mm。集料的壓碎值為18%，0.6 mm以下的顆粒塑性指數(shù)為5，試驗(yàn)所用礦料級(jí)配見表2。

結(jié)合規(guī)范[7]推薦級(jí)配，采取四分法，選取接近級(jí)配中值的級(jí)配曲線，畫出水泥穩(wěn)定碎石混合料的級(jí)配曲線，結(jié)果如圖1所示。

3.2　瀝青混合料性能指標(biāo)

試驗(yàn)所用原材料如表3、表4所示。

根據(jù)規(guī)范中瀝青混凝土混合料礦料級(jí)配范圍，得出設(shè)計(jì)級(jí)配上下限，并運(yùn)用Excel繪圖命令繪制級(jí)配曲線，最終得到的級(jí)配曲線如圖2所示。

4試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1　水泥穩(wěn)定碎石性能對(duì)比

分別測(cè)定振動(dòng)法與靜壓法成型試件各組的最佳含水量、最大干密度和7d抗壓強(qiáng)度[8]，取其平均值，結(jié)果見表5。

由表5可得：擊實(shí)方式對(duì)混合料的性能指標(biāo)有直接影響，在不同的水泥劑量下，振動(dòng)成型試件的最大干密度大于靜壓成型；水泥穩(wěn)定碎石混合料振動(dòng)成型與靜壓成型試件的7 d抗壓強(qiáng)度隨水泥劑量的增加而增大，且振動(dòng)成型試件強(qiáng)度大于靜壓成型。

4.2　瀝青混合料性能對(duì)比

根據(jù)規(guī)范[9]測(cè)定馬歇爾擊實(shí)和振動(dòng)成型試件的密度、穩(wěn)定度、瀝青飽和度、劈裂強(qiáng)度，取其平均值，結(jié)果如表6所示。

由表6可知：兩種擊實(shí)方法由于有自己的壓實(shí)機(jī)理及擊實(shí)特性，因此其試驗(yàn)結(jié)果也存在一定的差異。由表6可以直觀的看出，振動(dòng)擊實(shí)所成型試件的密度、穩(wěn)定度、飽和度和劈裂強(qiáng)度明顯高于標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試件所測(cè)結(jié)果，其中穩(wěn)定度提高較大，為標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)的2倍左右。從中可以看出，振動(dòng)擊實(shí)法使材料顆粒之間重新排列與填充，顆粒之間更加緊密[10]。

對(duì)試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測(cè)其動(dòng)穩(wěn)定度，結(jié)果如表7所示。

從表7可以得出，振動(dòng)擊實(shí)法成型試件的動(dòng)穩(wěn)定度比標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法提高大約25%，說明振動(dòng)擊實(shí)法成型的試件具有更好的耐高溫與抵抗變形的能力，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

5結(jié)束語

(1)對(duì)于水泥穩(wěn)定基層混合料，采用靜壓法成型試件確定的最大干密度小，采用振動(dòng)成型法得到的試件干密度能夠更好地提高水泥穩(wěn)定材料的密實(shí)度，使得水穩(wěn)基層材料的整體穩(wěn)定性能得以提高，且振動(dòng)成型試件的粗集料分布緊密均勻，剖面結(jié)構(gòu)表觀密實(shí)。

(2)振動(dòng)成型充分發(fā)揮了振動(dòng)與沖擊雙重作用，使混合料內(nèi)部重新排列，更容易形成一個(gè)密實(shí)的整體，同時(shí)力學(xué)性能也有很大提高，劈裂強(qiáng)度增加了25%左右，抗變形能力有顯著提高。

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中圖分類號(hào)：TU528.063

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0044-03

作者簡(jiǎn)介：第一時(shí)小梅(1983—)，女，2010年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-09-17