水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)的應(yīng)用

梁波 覃捷

摘要：文章結(jié)合河池至百色高速公路№E合同段路面工程實(shí)例，從振動攪拌原理、關(guān)鍵技術(shù)、試驗(yàn)方法、研究成果等方面，介紹了振動攪拌技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，為水泥穩(wěn)定碎石基層施工提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：振動攪拌;水泥穩(wěn)定碎石;試驗(yàn)應(yīng)用;研究成果

0 引言

傳統(tǒng)的攪拌技術(shù)在水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中存在水泥劑量偏大、混合料拌和不均勻等問題，導(dǎo)致基層不易壓實(shí)、板結(jié)性能不良、強(qiáng)度不足、容易出現(xiàn)開裂，存在較大的基層質(zhì)量隱患。相對于傳統(tǒng)攪拌技術(shù)，水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)在攪拌機(jī)理方面實(shí)現(xiàn)了重大突破，在強(qiáng)制式攪拌的基礎(chǔ)上，加入振動攪拌，使混合料更加均勻地拌和，從而提高了混合料的使用性能，而且能夠適量地減少水泥用量，有利于現(xiàn)場施工質(zhì)量管控，使得基層施工質(zhì)量得到提高，為公路基層施工提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

河池至百色高速公路№E合同段路面工程起訖樁號為K117+000～K145+400，公路里程為28.4 km，路基寬度為24.5 m，路基主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。主線路面基層結(jié)構(gòu)為：20 cm級配碎石墊層+20 cm4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+33 cm5%水泥穩(wěn)定碎石基層。

2 研究內(nèi)容及目的

2.1 研究內(nèi)容

在河池至百色高速公路№E合同段路面基層施工中采用振動攪拌技術(shù)，主要從以下幾個方面內(nèi)容進(jìn)行研究分析：（1）進(jìn)行配合比設(shè)計研究，選擇3種水泥劑量2.5%、3.0%、3.5%在相同的配比情況下，分別進(jìn)行振動攪拌和非振動攪拌兩種攪拌方式的樣品對比，得出振動攪拌和非振動攪拌的各種指標(biāo)的差別，尤其是強(qiáng)度最[KG（0.1mm]大值、強(qiáng)度最低值、變異系數(shù)、Rc0.95等幾個重要指標(biāo)的差別;（2）按照設(shè)計配合比，在同一天、同一施工現(xiàn)場、同一拌和環(huán)境、同一運(yùn)輸環(huán)境條件下，對水泥穩(wěn)定碎石混合料分別采用振動攪拌和非振動攪拌，在相同的攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)條件下，進(jìn)行芯樣對比和抗壓試驗(yàn)，從直觀和抗壓數(shù)據(jù)中對比評價攪拌效果;（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在振動攪拌的各項試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求的前提下，逐步降低水泥用量，直至得出能滿足技術(shù)規(guī)范要求的現(xiàn)場施工最佳水泥用量;（4）總結(jié)成果推廣至整個合同段的基層施工，同時對施工過程和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密控制，確保工程質(zhì)量。

2.2 研究目的

為減少因水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量取高限值時容易產(chǎn)生開裂，水泥用量偏小時出現(xiàn)基層板結(jié)性差承載能力差等質(zhì)量問題，本文開展了水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)的研究，確定施工的最佳水泥用量，提高基層的施工質(zhì)量，并且推動水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)廣泛應(yīng)用。

3 振動攪拌工藝原理

水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌裝置如圖1所示。

振動攪拌裝置是在普通強(qiáng)制式攪拌機(jī)上施加振動器，在對水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行強(qiáng)制攪拌的同時加以振動作用?；旌狭系念w粒處于振動狀態(tài)，混合料顆粒的運(yùn)動速度增大，增加了物料顆粒間的相互碰撞的頻率，水泥漿及細(xì)集料就會均勻地附著于粗骨料表面，這不僅可以增加水泥水化反應(yīng)的進(jìn)程，也可以改善水泥穩(wěn)定碎石的微觀結(jié)構(gòu)。如圖2所示。

4 振動攪拌關(guān)鍵技術(shù)操作

4.1 振動攪拌站安裝

振動攪拌站主要是對以下設(shè)備進(jìn)行依次安裝：振動攪拌主機(jī)、水泥配料系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)、骨料儲料斗、骨料配料系統(tǒng)、水泥倉、螺旋輸送機(jī)、電氣部分。

4.2 振動攪拌站試機(jī)

在調(diào)試前進(jìn)行準(zhǔn)備工作，檢查各部分的緊固情況，檢查各部位潤滑情況，檢查各減速箱及電動滾筒油位是否在要求范圍內(nèi)等。然后對振動攪拌主機(jī)、原材料及混合料皮帶輸送機(jī)、粒料皮帶秤、粉料電子螺旋秤等進(jìn)行單元調(diào)試。單元調(diào)試一切正常后進(jìn)行空載試機(jī)，再進(jìn)行負(fù)載試機(jī)，確定施工配合比后，先將水箱加滿水，水泥倉上好料，粒料在皮帶秤啟動后上料，將粒料用量輸入控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)好供水系統(tǒng)、水泥計量系統(tǒng)、粒料計量系統(tǒng)，然后手動單元負(fù)載試機(jī)后再整機(jī)負(fù)載試機(jī)。

4.3 混合料拌和

首先根據(jù)施工配合比對混合料級配范圍內(nèi)不同集料、水泥、水進(jìn)行單獨(dú)計量，然后將計量好的各種物料通過輸送機(jī)和供水系統(tǒng)輸入振動攪拌主機(jī)內(nèi)，混合料在攪拌機(jī)內(nèi)得到充分強(qiáng)制攪拌及振動作用，拌和均勻后混合料從出料口出來通過皮帶輸送機(jī)輸送至成品料儲料斗內(nèi)，以備車輛裝載運(yùn)至施工現(xiàn)場。

皮帶輸送機(jī)采用稱重傳感器對骨料進(jìn)行連續(xù)稱量，稱重傳感器將稱量信號不斷反饋至電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)進(jìn)而給對應(yīng)的配料倉底部卸料口的控制泵發(fā)出指令信號，實(shí)時對骨料實(shí)際輸送量進(jìn)行調(diào)節(jié)。振動攪拌站工作如圖3所示。

5 試驗(yàn)方法

5.1 水泥穩(wěn)定碎石級配范圍，如表1所示。

5.2 級配設(shè)計

采用1#（19～31.5）、2#（9.5～19）、3#（4.75～9.5）、4#（0～4.75）四種集料進(jìn)行骨架密實(shí)型級配設(shè)計。如表2、表3所示。

5.3 確定最佳含水量和最大干密度

選擇水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%，分別測定各劑量條件下混合料的最佳含水率和最大干密度。確定混合料最大干密度采用重型擊實(shí)法，至少做最小、中間和最大三種不同水泥劑量混合料的擊實(shí)試驗(yàn)。其他兩種劑量混合料的最佳含水量和最大干密度用內(nèi)插法確定，結(jié)果見表4。

5.4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）規(guī)定，本項目水泥穩(wěn)定碎石基層的7 d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥4.0～6.0 MPa，根據(jù)試驗(yàn)確定的最佳含水率、最大干密度及壓實(shí)度要求，用靜壓法按壓實(shí)度（98%）成型標(biāo)準(zhǔn)試件，分別對不振動和振動攪拌進(jìn)行試驗(yàn)，兩種條件下每種水泥劑量均制作9個試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生6 d，浸水24 d后取出，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見下頁表5、表6。

5.5 現(xiàn)場芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場具體施工情況，分別對不振動和振動攪拌段落進(jìn)行鉆芯取樣，兩種條件下每種水泥劑量均鉆取3個芯樣，并制作成標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表7、表8。

根據(jù)以上的試驗(yàn)結(jié)果可知，采用振動攪拌時，水泥劑量為3.0%，滿足設(shè)計要求;采用常規(guī)攪拌時，水泥劑量為3.5%，滿足設(shè)計要求。

5.6 推廣實(shí)施數(shù)據(jù)情況

6 主要研究成果

（1）減少水泥用量，節(jié)約生產(chǎn)成本

河池至百色高速公路土建工程№E合同段，水泥穩(wěn)定碎石基層采用振動攪拌施工工藝，完成28.4 km水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層的施工。為滿足規(guī)范要求，不振動攪拌水泥用量底基層為3.5%，基層為4.5%;而采用振動攪拌技術(shù)，底基層水泥用量可調(diào)整為3.0%，基層為4.0%，同等條件下所需水泥用量可減少5%～10%。經(jīng)計算可得單幅路基每公里水泥穩(wěn)定碎石基層和底基層可以減少水泥用量約為72.7 t，按水泥價350元/t計算則可以節(jié)省2.5萬元/km（單幅）。

（2）改善混合料的綜合性能，提高工程質(zhì)量

水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層采用振動攪拌施工工藝后，水泥顆粒分布更加均勻，水泥水化反應(yīng)速度更加快，增加了水泥和骨料間的粘結(jié)力，提高混合料的強(qiáng)度與均質(zhì)性，能夠解決因水泥穩(wěn)定碎石的水泥分布不均導(dǎo)致局部水泥含量高而產(chǎn)生裂紋的問題和局部水泥用量低而產(chǎn)生的抗載荷能力及水穩(wěn)定性降低、局部唧漿沉陷等問題。在運(yùn)輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減小，碾壓壓實(shí)效果更好，工程質(zhì)量得到大幅提升。

（3）減少占地，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境施工

傳統(tǒng)攪拌機(jī)為了保證攪拌質(zhì)量，一般采用增加攪拌筒的長度以提高攪拌的時間，但增加攪拌筒長度也相應(yīng)增加了機(jī)械成本。而振動攪拌無須增加攪拌長度就能使混合料攪拌更加均勻，同時對安裝場地的要求更低，占地較少，更有利于整體布局。

（4）減少路面病害的發(fā)生，具有良好的社會效益

水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌可以減少水泥用量，減少能源的開采，降低對環(huán)境的污染。同時，減少了基層的開裂，減少反射裂縫的發(fā)生，減輕了瀝青路面早期損害程度，在一定程度上改善了道路的行車舒適性。公路的日常養(yǎng)護(hù)也因此大大減少，并減少了交通擁堵的發(fā)生率，有利于可持續(xù)發(fā)展，具有很好的社會效益。

7 結(jié)語

本文研究了水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術(shù)在河池至百色高速公路№E合同段基層施工中的試驗(yàn)及實(shí)際推廣應(yīng)用，從施工現(xiàn)場芯樣可以看出基層水泥穩(wěn)定碎石的完整性及均勻性都得到有效提升。振動技術(shù)提高了水泥利用率，在確?；鶎涌箟簭?qiáng)度的前提下可以適量減少水泥用量，使得本合同段基層質(zhì)量很大程度上得到良好提升，提高了路面使用的耐久性，而且降低了工程成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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