振動(dòng)攪拌技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用綜述

尚慶芳 孔鮮寧 張紅杰

(河南萬(wàn)里交通科技集團(tuán)股份有限公司，許昌德通混凝土產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司 河南 許昌 461000)

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，關(guān)乎民生的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)——公路建設(shè)也取得了較好較快的發(fā)展。水泥混凝土、瀝青混凝土、水泥穩(wěn)定土等是各種道路建設(shè)的基礎(chǔ)材料，其質(zhì)量的好壞直接影響公路的使用性能，而這些材料的拌和質(zhì)量是影響其質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。宏觀上拌和均勻的混合料，微觀上不一定達(dá)到均勻，如：將肉眼觀察均勻的混凝土材料在顯微鏡下觀察，可以看到約10%-30%的水泥微細(xì)顆粒團(tuán)聚在一起，并未實(shí)現(xiàn)真正的均勻，浪費(fèi)水泥的同時(shí)還影響了混凝土的工作性、強(qiáng)度及耐久性。所以，尋求新的途徑，如新的攪拌技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)混合料的微觀均勻，是具有深遠(yuǎn)意義的事情。

一、振動(dòng)攪拌技術(shù)及其發(fā)展

振動(dòng)攪拌技術(shù)是通過(guò)釋放激振力的方式來(lái)強(qiáng)化混合料的攪拌過(guò)程。振動(dòng)攪拌設(shè)備同時(shí)對(duì)混合料進(jìn)行強(qiáng)制攪拌和振動(dòng)的作用，使得混合料的顆粒處于振動(dòng)狀態(tài)，大大增加混合料中微細(xì)顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，物料顆粒間相互碰撞的頻率和強(qiáng)度也隨之增加，有利于水泥漿及細(xì)集料均勻的附著于粗集料表面，提高水泥水化反應(yīng)的速度的同時(shí)，改善其微觀結(jié)構(gòu)[1-3]。

二十世紀(jì)三十年代初，前蘇聯(lián)首次通過(guò)附加激振器的方法驗(yàn)證振動(dòng)作用對(duì)水泥砂漿和預(yù)拌水泥漿體的有益效果；隨后，又在自落式攪拌機(jī)中設(shè)置振動(dòng)攪拌葉片，以此新設(shè)備來(lái)攪拌混凝土。自1940年，美、德及日本等國(guó)也相繼對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)進(jìn)行研究[3-5]。由于振動(dòng)強(qiáng)度大與機(jī)器可靠性之間的矛盾等一直找不到有效途徑來(lái)解決，使得該項(xiàng)技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者自1990年進(jìn)行振動(dòng)攪拌技術(shù)的相關(guān)研究[2-3]，經(jīng)過(guò)約20年的研究，已取得豐碩的成果，并已成功實(shí)現(xiàn)振動(dòng)攪拌技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

二、振動(dòng)攪拌技術(shù)在水泥穩(wěn)定土中的應(yīng)用

振動(dòng)攪拌技術(shù)具有提高混合料均勻性、強(qiáng)度、抗裂性能及耐久性能、降低水泥用量等諸多優(yōu)勢(shì)。目前，振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定土技術(shù)已應(yīng)用于全國(guó)多個(gè)省市、200余個(gè)工程項(xiàng)目。

張玉偉[6]研究了水泥用量、拌和方式對(duì)骨架-密實(shí)型混合料干縮性能的影響，研究表明：本實(shí)驗(yàn)條件下，2.5%水泥用量下的穩(wěn)定土材料的干縮性能最好；振動(dòng)拌和顯著改善了穩(wěn)定土材料的均勻性，對(duì)于其抗裂性能的提高具有有益效果。

彭愛(ài)紅、張雄、諶潔[7]通過(guò)對(duì)江西省內(nèi)已建成的四條高速公路路面基層的檢測(cè)，證明了振動(dòng)攪拌提高穩(wěn)定土基層強(qiáng)度的同時(shí)，降低強(qiáng)度值變異系數(shù)；振動(dòng)攪拌技術(shù)的使用有利于降低水泥用量、提高混合料微觀均勻性及耐久性。

黃志鵬[8]分析了振動(dòng)攪拌技術(shù)在黑龍江省水穩(wěn)基層施工中的效果，振動(dòng)攪拌使水穩(wěn)混合料充分彌散，形成完整的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，取芯芯樣完整密實(shí)；經(jīng)過(guò)季節(jié)性冰凍的考驗(yàn)，無(wú)縱向裂紋產(chǎn)生，偶有橫向不規(guī)則裂紋出現(xiàn)。

李汝凱、洛桑慈成、王火明等[9]依托西藏地區(qū)實(shí)體過(guò)程研究振動(dòng)攪拌對(duì)水泥穩(wěn)定砂礫強(qiáng)度性能的影響，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)路監(jiān)測(cè)結(jié)果得出：振動(dòng)攪拌技術(shù)降低了水泥穩(wěn)定砂礫混合料抗壓強(qiáng)度值的變異系數(shù)，拌和的更加均勻，減少了抱團(tuán)和離析現(xiàn)象；振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定砂礫的強(qiáng)度較普通攪拌提高約10%-15%；達(dá)到相同強(qiáng)度值時(shí)，振動(dòng)攪拌技術(shù)可節(jié)約水泥用量，降低工程造價(jià)。

李超[10]研究了振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)在甘肅白明高速公路上的應(yīng)用，振動(dòng)攪拌作用下水泥與水充分彌散、水化，在保證強(qiáng)度的同時(shí)減少水泥劑量、減少基層裂縫的發(fā)生；通過(guò)對(duì)白明高速試驗(yàn)段的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)攪拌條件下穩(wěn)定土混合料的密實(shí)性好，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值達(dá)到4.1MPa，比普通雙拌缸提高范圍在0.2MPa-0.5MPa之間。

張亞剛、楊萬(wàn)紅、蘇潤(rùn)[11]研究了振動(dòng)攪拌技術(shù)在戈壁地區(qū)寬幅超厚穩(wěn)定土混合料中的應(yīng)用，從無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、拌和質(zhì)量變異性及裂縫數(shù)量三個(gè)方面進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：水泥用量相同時(shí)，振動(dòng)攪拌穩(wěn)定土混合料的強(qiáng)度值高于普通攪拌約1MPa；達(dá)到相同設(shè)計(jì)強(qiáng)度值時(shí)，振動(dòng)攪拌下水泥的用量降低約15%；振動(dòng)攪拌穩(wěn)定土混合料的礦料級(jí)配、水泥劑量和含水量的變異性均小于普通攪拌；同一齡期養(yǎng)生后，振動(dòng)攪拌下水穩(wěn)基層的裂縫比普通攪拌的降低約260%。

三、振動(dòng)攪拌技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用

振動(dòng)攪拌技術(shù)具有提高混凝土微觀均勻性、減少微裂縫、改善孔結(jié)構(gòu)及分布狀態(tài)、提高生產(chǎn)效率、強(qiáng)度及耐久性等諸多優(yōu)勢(shì)。且目前的研究多集中于振動(dòng)攪拌普通混凝土方面，振動(dòng)攪拌碾壓混凝土、鋼纖維混凝土的研究相對(duì)較少。

姚運(yùn)仕、馮忠緒、趙萬(wàn)芹[12]在3種解決普通強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌低效區(qū)的方案中選擇振動(dòng)攪拌方案，通過(guò)理論分析與室內(nèi)試驗(yàn)研究確定了合理的振動(dòng)攪拌參數(shù)。振動(dòng)攪拌方式下混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度值比設(shè)計(jì)值提高了36.4%，在攪拌時(shí)間縮短一半或水泥用量減少20%的情況下，試塊的強(qiáng)度值同樣也滿足要求。

馮忠緒、王衛(wèi)中[13]對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)的機(jī)理進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，振動(dòng)攪拌技術(shù)可強(qiáng)化混凝土的攪拌過(guò)程，提高混凝土強(qiáng)度和生產(chǎn)效率。

付昌會(huì)、王衛(wèi)中、張磊[14]探討了增加混凝土含氣量的新方法，發(fā)現(xiàn)攪拌裝置的參數(shù)在一定范圍內(nèi)影響混凝土的含氣量：小振幅、中頻及一定的攪拌速度情況下可使混凝土含氣量達(dá)到約3.5%，混凝土強(qiáng)度有一定程度的提高，振動(dòng)攪拌不僅能提高混凝土含氣量、改善氣孔分布狀況，并且能提高強(qiáng)度及耐久性能。

馮建生、馮忠緒等[15]研究了不同攪拌方式及不同配比下混凝土性能的試驗(yàn)，振動(dòng)攪拌方式下C20、C30、C40混凝土的坍落度降低約15%-25%、強(qiáng)度提高10%左右、平均強(qiáng)度的離差系數(shù)降低約30%、含氣量有一定程度的提高，有利于提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

趙悟、王博等[16]通過(guò)對(duì)不同攪拌方式下混凝土的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)得出：振動(dòng)作用使水泥顆粒充分彌散，加速了水化反應(yīng)速度，一定程度地改善其微觀均勻性。

閆少杰、宋少民、張良奇[17]研究了振動(dòng)攪拌技術(shù)對(duì)大流動(dòng)性混凝土性能的影響，振動(dòng)攪拌技術(shù)可一定程度上減少混凝土中的微裂縫及微孔聚集現(xiàn)象，改善混凝土的微觀結(jié)構(gòu)、勻質(zhì)性，從而對(duì)混凝土的力學(xué)性能及抗氯離子滲透能力帶來(lái)有益效果。

四、結(jié)語(yǔ)

目前，振動(dòng)攪拌技術(shù)在混凝土及水泥穩(wěn)定碎石中的應(yīng)用研究較多，應(yīng)用效果已很明顯，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見(jiàn)的；振動(dòng)攪拌技術(shù)對(duì)水泥乳化瀝青砂漿的研究?jī)H限于室內(nèi)研究，還未進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用；振動(dòng)攪拌對(duì)瀝青混凝土的研究還未展開(kāi)。值得我們注意的是，混凝土與水泥穩(wěn)定碎石中水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，振動(dòng)攪拌作用能加速水化反應(yīng)的進(jìn)行，而瀝青屬于黏-彈-塑性材料，其不與石料及礦粉等發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，作用機(jī)理不同于混凝土與水泥穩(wěn)定碎石，故振動(dòng)攪拌對(duì)瀝青混凝土的作用還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。