振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石在白明高速公路的應(yīng)用

李超

【摘 要】針對時下水泥穩(wěn)定碎石基層易產(chǎn)生裂縫的普遍問題，京新國家高速白明路面五標(biāo)項目部采用振動攪拌技術(shù)對其進行改善。結(jié)果表明：振動攪拌技術(shù)一方面使粗骨料表面被細集料及水泥水化產(chǎn)物緊密包裹，致使其產(chǎn)生一定的粘聚性，從而在后續(xù)的運輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減?。涣硪环矫媸顾嗯c水達到充分彌散狀態(tài)，即使在大幅度減少水泥用量的情況下，水泥穩(wěn)定碎石基層的強度卻能大幅度的得到提高，在大幅度減少半剛性基層裂紋的同時，保證了它的強度和耐久性等基層結(jié)構(gòu)的使用性能。

【關(guān)鍵詞】裂縫；水泥穩(wěn)定碎石；振動攪拌技術(shù)；路面；公路

1 研究與應(yīng)用背景

我國半剛性基層耐久性差和裂縫問題已經(jīng)存在了多年，其中一個主要原因是攪拌的水泥穩(wěn)定碎石材料不均勻[1]。這種不均勻性不僅是指經(jīng)常出現(xiàn)的粗骨料表面干燥露白現(xiàn)象，這是明顯的宏觀不均勻，而且還指部分水與水泥等粉料拌和不均勻而出現(xiàn)結(jié)團的現(xiàn)象以及水泥等粉料和細料不能充分的均勻彌散、包裹粗骨料的細觀和微觀的不均勻。沒有使新拌水泥穩(wěn)定碎石的固、液、氣三相形成完全均勻的微觀結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定碎石在結(jié)構(gòu)上存在著易發(fā)生裂縫與耐久性差的缺陷。通過把普通攪拌且在宏觀上呈均勻狀態(tài)的水泥穩(wěn)定碎石中的水泥團放在顯微鏡下觀察，會發(fā)現(xiàn)有10%～30%的水泥顆粒聚在一起形成微小的水泥團，沒有完全彌散開來，如圖1（a）所示。水泥團的存在一是浪費了水泥，二是聚團的水泥處由于水泥分散不均勻穩(wěn)定土的強度與耐久性反而會受到影響。因此，必須通過某種方式將水泥穩(wěn)定碎石中聚集、結(jié)團的水泥顆粒分散開，使其盡可能接近圖1（b）所示的微觀均勻的分布狀態(tài)[2]。

因此，2015年8月1號實施的“公路路面基層施工技術(shù)細則”（JTG/TF20-2015）對攪拌均勻性提出了嚴格要求[3-5]。

2 振動攪拌技術(shù)簡介

振動攪拌技術(shù)是指水泥穩(wěn)定碎石在受到強制攪拌產(chǎn)生對流移動與剪切的同時，還受到高頻低幅的振動作用，使得混合料處于高頻的振動狀態(tài)，粉料與水的擴散運動加快，水泥與水的水化反應(yīng)速率加快進行，粗骨料與細集料及水泥的水化產(chǎn)物頻繁碰撞，既對骨料表面起到凈化的作用，還使粗骨料被細集料及水泥的水化產(chǎn)物充分包裹，不僅提高了水泥穩(wěn)定碎石混合料的宏觀均勻性，而且使水泥穩(wěn)定碎石混合料的微觀均勻性得到極大改善。

通過振動攪拌作用使粗骨料表面被細集料及水泥水化產(chǎn)物緊密包裹，致使其產(chǎn)生一定的粘聚性，從而在后續(xù)的運輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減小，并使振動壓實時的和易性能明顯提高。此外，由于振動攪拌作用，水泥與水達到充分彌散狀態(tài)，即使在大幅度減少水泥用量的情況下，水泥穩(wěn)定碎石基層的強度卻能大幅度的得到提高，在大幅度減少半剛性基層裂紋的同時，保證了它的強度和耐久性等基層結(jié)構(gòu)的使用性能。但振動攪拌是近幾年才出現(xiàn)的一種新的拌和技術(shù)，在水泥穩(wěn)定碎石基層方面的研究和應(yīng)用很少，在甘肅省的適用性、施工工藝以及其水穩(wěn)碎石的力學(xué)和路用性能都有待進一步研究。本文通過試驗分析，比較普通試驗條件下的水泥穩(wěn)定碎石與振動條件的力學(xué)性能、路用性能的差異，為該技術(shù)與設(shè)備大面積的在甘肅應(yīng)用積累實踐經(jīng)驗與依據(jù)。

3 振動攪拌技術(shù)的應(yīng)用

甘肅路橋建設(shè)集團養(yǎng)護科技有限責(zé)任公司在京新國家高速白明路面五標(biāo)寬幅超厚水泥穩(wěn)定碎石底基層試驗段的攤鋪中，采用600t/h的雙拌缸水泥穩(wěn)定碎石攪拌設(shè)備1套、600t/h的單拌缸水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌設(shè)備1套來拌和水穩(wěn)混合料，見圖2。

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/TF20-2015）、《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)范》（JTG E51-2009）、《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTGE42-2005）、《京新國家高速白明公路建設(shè)項目設(shè)計圖紙》等規(guī)范和要求，水泥穩(wěn)定碎石7天無側(cè)限抗壓強度設(shè)計值為3.5MPa。根據(jù)設(shè)計強度，確定該水泥穩(wěn)定材料室內(nèi)配合比設(shè)計水泥劑量為3.3%，按廠拌法應(yīng)比室內(nèi)配合比確定的水泥劑量增加0.5%，施工中應(yīng)按3.8%水泥劑量控制。采用振動成型確定水泥劑量為3.8%時最大干密度為2.451g/cm3，最佳含水量為5.0%。水泥劑量為3.8%時EDTA消耗量為10.7mL。水泥穩(wěn)定碎石的級配為，0-2.36mm石屑：2.36-4.75 mm：4.75-9.5mm：9.5-19mm ：19-31.5mm=30： 5： 10： 35： 20。采用雙拌缸拌和水泥穩(wěn)定碎石時的施工工藝為：12噸雙鋼輪前靜后振一遍，36噸單鋼輪振動兩遍，36噸膠輪跟進霧化補水，22噸單鋼輪前振后靜一遍，36噸膠輪跟進霧化補水。采用振動型拌缸拌和水泥穩(wěn)定材料時的施工工藝：振動12噸雙鋼輪前靜后振一邊，32噸單鋼輪振動兩邊，30噸膠輪跟進霧化補水，26噸單鋼輪前振后靜一遍，30噸膠輪跟進霧化補水。

現(xiàn)場施工監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，振動攪拌的水泥穩(wěn)定材料密實性好，未出現(xiàn)離析現(xiàn)象，見圖3。經(jīng)過試驗檢測，7天無側(cè)限抗壓強度代表值為4.6MPa，在使用同一水泥劑量的情況下，比普通雙拌缸攪拌混合料強度提高0.9—1.1MPa。這是甘肅省內(nèi)首次改造使用振動攪拌設(shè)備的路面施工項目，通過振動攪拌結(jié)合寬幅大厚度攤鋪施工，探索防治基層裂縫這一病害的有效方法，對甘肅高速公路，甚至西北地區(qū)公路施工行業(yè)病害預(yù)防具有指導(dǎo)性意義。

4 研究結(jié)論

（1）我國半剛性基層耐久性差和裂縫問題已經(jīng)存在了多年，其中一個主要原因是攪拌的水泥穩(wěn)定碎石材料不均勻。這種不均勻性不僅是指經(jīng)常出現(xiàn)的粗骨料表面干燥露白現(xiàn)象，而且還指部分水與水泥等粉料拌和不均勻而出現(xiàn)結(jié)團的現(xiàn)象以及水泥等粉料和細料不能充分的均勻彌散、包裹粗骨料的現(xiàn)象。沒有使新拌水泥穩(wěn)定碎石的固、液、氣三相形成完全均勻的微觀結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定碎石在結(jié)構(gòu)上存在著易發(fā)生裂縫與耐久性差的缺陷。

（2）振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石的主要特點是，通過振動攪拌作用使水泥與水充分彌散，保證水泥穩(wěn)定碎石強度不下降的同時，可以減少水泥用量，減少半剛性基層裂紋。

（3）白明路面五標(biāo)寬幅超厚水泥穩(wěn)定碎石底基層試驗段的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，振動攪拌的水泥穩(wěn)定材料密實性好，未出現(xiàn)離析現(xiàn)象，7天無側(cè)限抗壓強度代表值為4.1MPa，在使用同一水泥劑量的情況下，比普通雙拌缸攪拌混合料強度提高0.2—0.5 MPa。

【參考文獻】

[1]羨蓓蓓.水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量變異性研究[D].西安：長安大學(xué)公路學(xué)院，2006.

[2]趙利軍.攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究[D].西安：長安大學(xué)，2005.

[3]中華人民共和國交通運輸部，JTG/TF20-2015.公路路面基層施工技術(shù)細則[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]王旭東，張蕾，曾峰，肖倩，編著.《公路路面基層施工技術(shù)細則》實施手冊[M].北京：人民交通出版社，2015.

[5]中華人民共和國交通部，JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2000.

[責(zé)任編輯：張濤]