振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)探討

張立亭

摘要：水泥穩(wěn)定碎石基層極易產(chǎn)生開裂，且缺乏良好的抗疲勞性能，影響工程施工質(zhì)量。通過振動攪拌，能增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的均勻性，并能大幅度減少施工耗用的實際水泥劑量，有效增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石基層具備的抗裂性。文章介紹了振動攪拌技術(shù)研發(fā)歷程及原理，淺析了振動攪拌技術(shù)的優(yōu)勢，探討了振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)的實踐應(yīng)用，以期為水泥穩(wěn)定碎石施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：振動攪拌;水泥穩(wěn)定碎石;施工技術(shù)

Cement stabilized macadam base is prone to cracking and lacks good fatigue performance，which affects the quality of construction.The vibration stirring can enhance the uniformity of cement stabilized macadam，greatly reduce the actual cement dosage used in construction，and effectively enhance the crack resistance of cement stabilized macadam base layer.This article introduces the development process and principle of vibration stirring technology，analyzes the advantages of vibration stirring technology，and discusses the practical application of vibration stirring cement stabilized macadam construction technology，hoping to provide reference for cement stabilized gravel construction.

Vibration stirring;Cement stabilized macadam;Construction technology

0 引言

當(dāng)前，公路建筑工程項目普遍將水泥穩(wěn)定碎石作為基層，但水泥穩(wěn)定碎石基層缺乏良好的穩(wěn)定性，且強(qiáng)度較低，極易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。對此，可加強(qiáng)對振動攪拌施工技術(shù)的實踐應(yīng)用，促進(jìn)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的有效提高，并在相同強(qiáng)度下，有效減少水泥的實際用量，增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石施工的均勻性和施工質(zhì)量，有效避免基層出現(xiàn)開裂，并降低工程施工成本，增強(qiáng)工程項目綜合效益。

1 振動攪拌研發(fā)歷程及原理分析

1.1 振動攪拌研發(fā)歷程

在1972年，前蘇聯(lián)即研發(fā)使用了下置式振動攪拌機(jī)，有效提高了混凝土施工質(zhì)量。2009年，西安德通針對振動攪拌技術(shù)實施了工業(yè)化研發(fā)應(yīng)用，在2012年成功研制出混凝土振動攪拌機(jī)，并在2014年成功研制出振動式水泥穩(wěn)定碎石攪拌機(jī)。

1.2 振動攪拌原理

對水泥穩(wěn)定碎石相應(yīng)的混合料進(jìn)行攪拌時，將振動加入其中，能促進(jìn)混合料粒料形成擴(kuò)散作用和對流作用，并促進(jìn)具有較小粒徑的材料實現(xiàn)均勻分布。細(xì)集料相應(yīng)顆粒以及水泥漿能均勻分散地在粗骨料表面形成粘結(jié)，能有效防止粗骨料出現(xiàn)露白現(xiàn)象，并避免混合料產(chǎn)生不均勻分布[1]。

振動攪拌機(jī)的具體原理是將激振器增設(shè)于攪拌機(jī)器上，借助傳動裝置對振動軸進(jìn)行傳遞，在強(qiáng)制攪拌水泥穩(wěn)定碎石相應(yīng)的混合料的同時，有效施加振動作用。如圖1所示。

在振動狀態(tài)下，混合料所含顆粒的運(yùn)動速度大幅度增加，進(jìn)而增加了物料所含顆粒的碰撞頻率以及碰撞強(qiáng)度，并促進(jìn)細(xì)集料以及水泥漿在粗骨料表面的均勻附著，這不僅能促進(jìn)水泥進(jìn)行水化反應(yīng)，而且還能對水泥穩(wěn)定碎石具備的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改善。

相對于普通攪拌機(jī)，振動攪拌機(jī)具有較高的頻率，每分鐘釋放的振動彈力波超過1 500次，對混合料形成的撞擊能量至少是普通攪拌機(jī)的10倍。振動攪拌機(jī)能促進(jìn)各類細(xì)集料形成充分彌散，并促進(jìn)水泥實現(xiàn)充分水化，能促進(jìn)水泥水化物與骨料表面形成牢固粘結(jié)，還能大幅度提升混合料具備的耐久性，并增強(qiáng)其強(qiáng)度[2]。

2 振動攪拌的優(yōu)勢分析

（1）具有良好的微觀均勻性和致密性。水泥穩(wěn)定碎石的各項組成材料中，水泥顆粒實際粒徑通常保持在3～80 [WTBZ]μm之間，粉煤灰顆粒實際粒徑為45 [WTBZ]μm，水滴直徑最小為20 [WTBZ]μm。只有確保上述顆粒材料均勻分布在混合料中，才能確保微觀均勻。普通攪拌機(jī)存在機(jī)理缺陷，難以促進(jìn)混合料實現(xiàn)微觀均勻。普通攪拌水泥穩(wěn)定碎石材料所含的水化硅酸鈣凝膠顆粒在骨料表面散落缺乏強(qiáng)有力的粘附力，水泥水化物與粗細(xì)骨料存在明顯的界面，期間呈現(xiàn)出疏松的過渡相結(jié)構(gòu)。振動攪拌之后的水泥穩(wěn)定碎石材料則實現(xiàn)了充分的水泥水化，且水泥水化產(chǎn)物與粗細(xì)骨料不存在明顯界面，微小顆粒材料彌散均勻，整體具有致密結(jié)構(gòu)[3]。

（2）能對材料離析進(jìn)行有效改善。對水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行攤鋪并實施碾壓，極易引發(fā)離析。通過振動攪拌，能對材料離析現(xiàn)象進(jìn)行有效改善。在振動攪拌過程中，攤鋪層肩部分布有大粒徑材料，粗骨料分布于攤鋪層的底部以及頂部，未發(fā)生骨料溜肩?；鶎咏?jīng)過碾壓后，其表面均勻分布著粗骨料，路面整體具有良好的平整性和密實性。

（3）能增強(qiáng)材料和易性。對普通攪拌混合料進(jìn)行攤鋪并實施碾壓，極易出現(xiàn)難以壓實的現(xiàn)象，并導(dǎo)致底部缺乏充分壓實;而振動攪拌能促進(jìn)細(xì)集料以及水顆粒實現(xiàn)充分彌散，能有效增強(qiáng)材料和易性，并促進(jìn)完整芯樣的形成，確保上下均勻[4]。

3 振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)的應(yīng)用試驗

3.1 工程概況

某高速公路工程采用厚度為40 cm的水泥穩(wěn)定碎石作為基層，為加強(qiáng)對振動攪拌施工技術(shù)的推廣應(yīng)用，項目組在開展基層施工的過程中，專門設(shè)置了鋪筑試驗段，對振動攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用試驗，有效檢測了試驗段水泥穩(wěn)定碎石的各項性能指標(biāo)，并與普通攪拌施工技術(shù)進(jìn)行對比分析。

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 配合比設(shè)計以及材料性質(zhì)

遵循相關(guān)施工細(xì)則，對水泥穩(wěn)定碎石的實際級配進(jìn)行設(shè)計，如表1所示。

碎石材料來源于當(dāng)?shù)厥蠌S，各項指數(shù)指標(biāo)相應(yīng)的檢測結(jié)果如表2所示，全部符合設(shè)計的各項要求。

選用32.5型的普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度檢測各項結(jié)果如表3所示，其3 d抗壓及抗折強(qiáng)度均符合相關(guān)設(shè)計要求。

3.2.2 性能對比

分別采用普通攪拌和振動攪拌施工技術(shù)對配合比相同的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行施工，分別遵循相關(guān)規(guī)范對標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行取樣制作，按照規(guī)定的養(yǎng)護(hù)條件，對標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行為期7 d的養(yǎng)護(hù)，然后實施無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，得出的試驗結(jié)果如表4所示。

對表4數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：（1）采用振動攪拌施工技術(shù)，能促進(jìn)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的有效提高。在5%的用量下，實施了振動攪拌施工技術(shù)的水泥穩(wěn)定碎石，其7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相對于實施了普通攪拌施工技術(shù)的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度提高了17.7%。究其原因，主要是因為振動攪拌施工技術(shù)能促進(jìn)水泥實現(xiàn)充分水化。（2）在相同強(qiáng)度下，振動攪拌施工技術(shù)能促進(jìn)水泥實際用量大幅度降低。在5%的水泥用量下，利用普通攪拌施工技術(shù)，水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是4.5 MPa;在4%的水泥用量下，利用振動攪拌施工技術(shù)，水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.4 MPa，二者在強(qiáng)度上不存在較大差別，但是采用振動攪拌施工技術(shù)，水泥的實際用量有效減少了1%，能有效節(jié)約工程投資。

按照表1所示的配合比設(shè)計，在5%的水泥含量條件下，分別采用振動攪拌施工技術(shù)與普通攪拌施工技術(shù)修建200 m試驗路。在實際施工中，振動攪拌施工技術(shù)下的水泥穩(wěn)定碎石，其混合料實現(xiàn)了均勻分布，且水泥實現(xiàn)了充分水化。而普通攪拌施工技術(shù)下的水泥穩(wěn)定碎石則在一定程度上形成了水泥團(tuán)聚，粗集料表面出現(xiàn)了干燥露白現(xiàn)象，粗細(xì)集料發(fā)生了離析。在實施為期7 d的養(yǎng)護(hù)后，對該兩段試驗路分別進(jìn)行鉆芯，實施無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，其試驗結(jié)果如表5所示。

對表5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，振動攪拌施工技術(shù)形成的芯樣強(qiáng)度，其變異系數(shù)是6.9%，相對于普通攪拌施工技術(shù)形成的芯樣強(qiáng)度相應(yīng)的變異系數(shù)，減少了58.4%。同時，振動攪拌施工技術(shù)形成的芯樣抗壓強(qiáng)度代表值為6.5 MPa，相對于普通攪拌施工技術(shù)形成的芯樣抗壓強(qiáng)度代表值提高了51.2%。這表明采用振動攪拌施工技術(shù)能大幅度提高水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度以及均勻性。

4 結(jié)語

振動攪拌具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢與良好的微觀均勻性和致密性，能對材料離析進(jìn)行有效改善，并能增強(qiáng)材料和易性。振動攪拌施工技術(shù)通過振動源對激振力進(jìn)行釋放，能對水泥團(tuán)聚進(jìn)行破壞，促進(jìn)水泥實現(xiàn)充分水化和攪拌均勻性。根據(jù)工程試驗結(jié)果，在相同水泥用量下，振動攪拌施工技術(shù)能提高水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度;在相同強(qiáng)度下，通過振動攪拌施工技術(shù)能有效減少水泥的實際用量;另外，振動攪拌施工技術(shù)能有效增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的拌合均勻性和質(zhì)量，并有效避免基層出現(xiàn)開裂。

參考文獻(xiàn)：

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[4]張海濤，梁 爽，楊洪生.水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)與性能研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（21）：303-306.