振動(dòng)攪拌技術(shù)在路面水穩(wěn)基層施工中的應(yīng)用

毛文杰

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司路面工程分公司，浙江 杭州 310000）

為了維持路面結(jié)構(gòu)的基本穩(wěn)定性，需要能夠擁有一個(gè)主要的承重層來(lái)承載主要的壓力，半剛性基層在這個(gè)方面存在著很大的優(yōu)勢(shì)，但是卻可能會(huì)導(dǎo)致易變形和易干縮，甚至是產(chǎn)生路面裂縫等多種問(wèn)題。而水泥穩(wěn)定碎石混合料作為一種最基本的效果良好的半剛性基層建設(shè)的原材料，在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中也存在著更多的問(wèn)題導(dǎo)致基層建設(shè)質(zhì)量不過(guò)關(guān)。但是振動(dòng)攪拌技術(shù)突破了傳統(tǒng)攪拌技術(shù)的局限，在基層材料方面有更加突出的穩(wěn)定性，能夠在將來(lái)大量地減少路面裂縫的危害。

1 振動(dòng)攪拌技術(shù)的基本內(nèi)容分析

1.1 振動(dòng)攪拌技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷

在20 世紀(jì)30 年代，著名科學(xué)家就已經(jīng)在研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了水泥混凝土當(dāng)中的曲線，利用傳統(tǒng)的攪拌方式在進(jìn)行檢驗(yàn)和微觀檢查的過(guò)程當(dāng)中完成均勻攪拌混凝土，出現(xiàn)顆粒凝聚和下沉下降的情況，造成水泥水化的程度達(dá)不到施工標(biāo)準(zhǔn)，不能夠充分地利用其原材料，并且還對(duì)所制成的混凝土的堅(jiān)硬程度產(chǎn)生不利的影響。于是西方各國(guó)以及蘇聯(lián)相繼開(kāi)展了對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)的詳細(xì)研究，并且由蘇聯(lián)為主要代表，研究出了可貴的實(shí)驗(yàn)成果。蘇聯(lián)通過(guò)自己的研究成果，研制出了振動(dòng)螺旋式攪拌機(jī)，此機(jī)器在拌制水泥混凝土以及其他復(fù)合型材料的過(guò)程中，在各個(gè)方面的質(zhì)量檢驗(yàn)方面都比普通攪拌方式制作出的復(fù)合型材料質(zhì)量要更加地具有優(yōu)勢(shì)。但是由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代局限性，對(duì)于機(jī)器的合理應(yīng)用還處于初步的摸索階段，機(jī)器存在一定的應(yīng)用局限性，因此，對(duì)于混凝土的研究和應(yīng)用還是不夠深入，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，僅僅處于實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)階段，有待推廣，蘇聯(lián)在這一方面的研究成果基本上代表了國(guó)際上對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)的研究。比起國(guó)際在振動(dòng)攪拌技術(shù)應(yīng)用方面長(zhǎng)時(shí)間的研究成果，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究在20 世紀(jì)90 年代剛剛起步，但是經(jīng)歷了二三十年的不斷艱難的摸索，我國(guó)科學(xué)家克服了大量的技術(shù)難題，并且研制出了第一臺(tái)混凝土振動(dòng)攪拌工業(yè)化機(jī)器設(shè)備，極大地推動(dòng)了工業(yè)化應(yīng)用的步伐。

1.2 振動(dòng)攪拌技術(shù)的工作原理

將水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁缓笤俪浞謹(jǐn)嚢璧幕A(chǔ)上配合振動(dòng)，這樣一來(lái)可有效地防止混合顆粒出現(xiàn)團(tuán)聚的現(xiàn)象，從而有效地保證粒徑大小不一的顆?？梢赃M(jìn)行均勻地分布，并且具有一定的彌散性[1]。振動(dòng)攪拌技術(shù)的工作原理是在攪拌機(jī)當(dāng)中設(shè)置激振器，并且通過(guò)安裝傳動(dòng)裝置來(lái)發(fā)揮振動(dòng)作用，這樣就能夠在攪拌水泥穩(wěn)定碎石混合料的過(guò)程當(dāng)中確保每一個(gè)顆粒都能夠受到均勻的振動(dòng)。在強(qiáng)力的振動(dòng)過(guò)程當(dāng)中，顆粒的運(yùn)動(dòng)速度提升，互相之間進(jìn)行強(qiáng)烈的碰撞，在強(qiáng)烈的碰撞作用下，出現(xiàn)均勻的分布狀態(tài)，從而使得水泥水化反應(yīng)能夠改變水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)[2]。振動(dòng)攪拌從而使得顆粒均勻分布，水泥水化充分，在耐用性和防裂性等多個(gè)方面都有很突出的作用。

1.3 振動(dòng)攪拌技術(shù)的積極影響

只有確保混合料中的不同顆粒直徑大小的水泥穩(wěn)定碎石能夠均勻地分布，才能夠確保微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。從利用攪拌機(jī)的角度來(lái)說(shuō)，運(yùn)用傳統(tǒng)攪拌技術(shù)往往很難實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和均勻性。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)利用相同的配比比例所攪拌形成的水泥穩(wěn)定材料，在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了兩者之間的明顯區(qū)別[3]。可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用了振動(dòng)攪拌機(jī)所攪拌的水泥材料的顆?？梢猿霈F(xiàn)十分完美均勻分布的狀態(tài)，并且確保微觀結(jié)構(gòu)的致密性和均勻性。材料離析的情況是影響施工質(zhì)量的主要原因，通過(guò)振動(dòng)攪拌可以有效地避免這種情況的發(fā)生，在經(jīng)過(guò)振動(dòng)攪拌之后，在37 毫米以上的水泥材料能夠處于一個(gè)均勻分布的狀態(tài)，同時(shí)不會(huì)輕易地出現(xiàn)離析現(xiàn)象。在路面基層經(jīng)過(guò)碾壓過(guò)后，顆粒也能夠處于均勻的狀態(tài)，確保路面整體的平整和結(jié)實(shí)[4]。利用傳統(tǒng)攪拌技術(shù)進(jìn)行混合料的攪拌，有可能在后續(xù)的混合料攤鋪和碾壓的工序當(dāng)中，出現(xiàn)難以壓實(shí)的問(wèn)題，這樣就會(huì)導(dǎo)致路面基層的穩(wěn)定性得不到保障。但是振動(dòng)攪拌能夠有效地解決這方面的問(wèn)題，混合料得到充分的壓實(shí)的同時(shí)，還能夠呈現(xiàn)出上下均勻分布的完整狀態(tài)。

2 振動(dòng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用工序分析

通過(guò)在實(shí)際的工程施工體系當(dāng)中的應(yīng)用效果分析，我們可以得知，振動(dòng)攪拌技術(shù)可以大幅度地提升施工效率，促進(jìn)施工水平的優(yōu)化，同時(shí)有利于工程質(zhì)量的維護(hù)，這也就要求我們需要按照適當(dāng)?shù)墓ば騺?lái)進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，才能發(fā)揮出更加良好的效果。

第一，需要根據(jù)工程施工的實(shí)際要求和實(shí)驗(yàn)室的主要研究成果，來(lái)進(jìn)行合理的參數(shù)分析，并且在振動(dòng)攪拌設(shè)備當(dāng)中設(shè)置合理的參數(shù)，從而更好地控制技術(shù)的應(yīng)用效果和水平發(fā)揮。

第二，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的主要情況來(lái)不斷地適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，完成試點(diǎn)取樣，并且將樣品進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比和分析，為后續(xù)其他的施工提供信息參考[5]。

第三，利用振動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行拌制混合料的過(guò)程當(dāng)中，要不定時(shí)地進(jìn)行機(jī)器的移動(dòng)，能夠有效地減少離析問(wèn)題發(fā)生。但是對(duì)于外界環(huán)境因素也需要進(jìn)行合理的管控，特別是高溫和大風(fēng)環(huán)境，則需要對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行覆蓋處理，來(lái)確保在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)過(guò)多地受到外界因素的影響。之后，通過(guò)合理的管控設(shè)備設(shè)置的基礎(chǔ)參數(shù)，合理地控制攤鋪速度，確?；旌狭峡梢宰龅絼蛩俚靥幚?，并且保證攤鋪的連續(xù)性。在攤鋪的過(guò)程當(dāng)中，要同時(shí)保障振動(dòng)器能夠正常運(yùn)行。攪拌設(shè)備和壓實(shí)工具之間要能夠相互配合，才能夠更好地確保工作流程正常進(jìn)行，同時(shí)有效地提高工作效率，壓實(shí)效果能夠得以保障，讓工程的基礎(chǔ)施工效果可以得到優(yōu)化。壓路機(jī)的碾壓基本上要重復(fù)幾遍，在第一次碾壓的過(guò)程當(dāng)中，要將碾壓速度控制在每分鐘28 米，在第二次以及之后的碾壓過(guò)程中，碾壓速度可以適當(dāng)?shù)靥嵘瑢⑵淇刂圃诿糠昼?0 米或者是36 米。

第四，有效地進(jìn)行覆蓋處理，并且保障施工環(huán)境的基本溫度，及時(shí)進(jìn)行灑水處理，確保處于一個(gè)濕潤(rùn)的狀態(tài)[6]。

3 振動(dòng)攪拌技術(shù)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的影響分析

3.1 水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)成分

水泥穩(wěn)定碎石的攪拌過(guò)程當(dāng)中，水泥和水之間發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，硅酸鈣、鋁酸鈣水化物作為水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)中的主要成分，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成水泥石。而其他的骨料與水泥石之間會(huì)出現(xiàn)明顯的過(guò)渡層界面，在過(guò)渡層當(dāng)中的主要成分主要是水泥充分水化之后的漿體，與水泥石有著本質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，被視為一個(gè)單獨(dú)的存在。通過(guò)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)成分的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)穩(wěn)定性和強(qiáng)度產(chǎn)生影響的主要因素在于骨料以及水泥石還有過(guò)渡層界面中的漿體。

3.2 強(qiáng)度

強(qiáng)度是導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫的主要因素之一，對(duì)于許多基礎(chǔ)性結(jié)構(gòu)材料來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度不足就非常容易出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。水泥穩(wěn)定碎石材料本身就已經(jīng)存在一些小的縫隙，因此強(qiáng)度的變化不僅會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫，而引發(fā)強(qiáng)度變化的主要應(yīng)力也可以被視為破壞水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的主要應(yīng)力。水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)成分當(dāng)中的過(guò)渡層界面的強(qiáng)度，也直接決定了水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度，因此過(guò)渡層界面強(qiáng)度的強(qiáng)化是有效提高水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的關(guān)鍵所在。通過(guò)振動(dòng)攪拌的工具可以充分地使水泥穩(wěn)定碎石受到振動(dòng)作用的積極影響，骨料與過(guò)渡區(qū)之間出現(xiàn)水膜破裂，大大地增加水磨的表面積，讓本來(lái)處于團(tuán)聚狀態(tài)的顆粒出現(xiàn)均勻地分布，從而提升進(jìn)行水化反應(yīng)的水泥量[7]。但是在振動(dòng)作用的影響下，水泥石與過(guò)渡區(qū)界面的水灰比出現(xiàn)大幅度的下降，大孔隙的數(shù)量大大減少，大氣孔出現(xiàn)破裂，并且形成了大量的微小氣泡，這樣一來(lái)，也能夠有效地提升水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度。骨料表面的泥水清除之后，骨料和水泥漿體之間出現(xiàn)強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，這樣一來(lái)也能夠使得過(guò)渡區(qū)的強(qiáng)度得到有效的提升，從而對(duì)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度提供保障。

3.3 抗裂性

造成路面基層裂縫現(xiàn)象的主要因素有以下幾種：首先是因?yàn)樗嗪窟^(guò)度；其次是因?yàn)榛旌狭系恼駝?dòng)攪拌混合沒(méi)有做到充分并且均勻分布；再次是由于細(xì)集料的表面積沒(méi)有得到控制，面積過(guò)大；最后是因?yàn)橹苓叚h(huán)境以及溫度的變化影響。水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫是可以通過(guò)振動(dòng)攪拌來(lái)減少的，這是因?yàn)檎駝?dòng)攪拌可以有效地減少對(duì)水泥量的需求，但是卻不會(huì)影響強(qiáng)度數(shù)值，這樣一來(lái)水泥石彈性和收縮被壓制，對(duì)于用水的需求也將減少，混合料拌制完成以后，減少含水量，但不會(huì)出現(xiàn)水分減少而造成干縮。當(dāng)然振動(dòng)攪拌還能夠清除骨料上的灰塵，充分混合均勻骨料和水泥漿液，骨料的表面不會(huì)出現(xiàn)大量的露白現(xiàn)象，也就有效地防止了骨料表面裂縫的概率。振動(dòng)攪拌是使得團(tuán)聚水泥顆粒重新均勻分布的有效手段，水泥顆粒之間分散開(kāi)來(lái)，更加便于進(jìn)行水化反應(yīng)，讓水泥產(chǎn)物可以充分地自由生長(zhǎng)，也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)于集中的壓應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫。顆粒之間在振動(dòng)攪拌的過(guò)程中完成了強(qiáng)烈的碰撞，避免離析現(xiàn)象對(duì)路面基層穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

4 振動(dòng)攪拌技術(shù)應(yīng)用效果分析

應(yīng)用振動(dòng)攪拌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，不僅是施工效率提升這一主要方面，還有施工質(zhì)量管理方面也有很突出的幫助，使得公路工程施工更加的順利。應(yīng)用振動(dòng)攪拌技術(shù)可以精準(zhǔn)地控制水泥用量，在路面基層施工過(guò)程中設(shè)計(jì)水泥摻量可以根據(jù)具體的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行，也可以更加方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室取樣測(cè)試。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室詳細(xì)的研究，通過(guò)振動(dòng)攪拌之后的混合料混合程度更加均勻，并且整體數(shù)值波動(dòng)不明顯，較趨于平穩(wěn)，為后續(xù)施工提供了全面的保障，優(yōu)化升級(jí)管理效果，讓施工水平大幅度上升。

在針對(duì)混合料拌制效果進(jìn)行分析的過(guò)程中，也可以通過(guò)進(jìn)行分析對(duì)比來(lái)收集和了解振動(dòng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)和基于基礎(chǔ)性能參數(shù)進(jìn)行判定，能夠從根本上得出具體的應(yīng)用數(shù)據(jù)，而且有事實(shí)保障。利用普通的攪拌機(jī)進(jìn)行施工，混合料在拌制過(guò)程中不能夠擁有良好的攤鋪效果，骨料出現(xiàn)不均勻地分布狀況，如果嚴(yán)重還有可能出現(xiàn)骨料大幅度聚集，這樣一來(lái)工程項(xiàng)目整體質(zhì)量的管理水平就達(dá)不到精細(xì)化管理的基本要求，而且攤鋪工作的效率和效果也會(huì)因此受到影響，留下比較嚴(yán)重的安全隱患，很容易導(dǎo)致后期路面基層的裂縫問(wèn)題。但是在振動(dòng)攪拌機(jī)內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)均勻的混合骨料，粗細(xì)形狀不一以及顆粒粒徑不一的骨料可以均勻的附著，有效地推進(jìn)后續(xù)的多種工序的進(jìn)行，幫助提高攤鋪工作的質(zhì)量，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在比對(duì)了多種技術(shù)應(yīng)用效果之后，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)攪拌技術(shù)在處理水泥穩(wěn)定碎石方面有著最佳的效果，這是因?yàn)槟軌蚴沟眉?xì)集料呈現(xiàn)彌散性并且有規(guī)律的、均勻的分布和附著在粗集料和骨料的周圍，這樣一來(lái)骨料之間的摩擦力減少，水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到科學(xué)的保障，幫助后續(xù)的攤鋪以及壓實(shí)工作的正常開(kāi)展，提高壓實(shí)的效率，并且也能夠更好地維護(hù)水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度等基礎(chǔ)性能參數(shù)不會(huì)受到大幅度的影響，甚至是得到優(yōu)化升級(jí)，減少材料的損失，提高材料的應(yīng)用效率，為后續(xù)施工管理提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也使得振動(dòng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)張。

5 結(jié)語(yǔ)

半剛性基層路面已經(jīng)在我國(guó)有著長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用基礎(chǔ)和實(shí)踐研究，水泥穩(wěn)定碎石的廣泛應(yīng)用，絕不是一時(shí)的考慮，而是長(zhǎng)期的積累選擇，可以不斷地提升路面基層的質(zhì)量和穩(wěn)定性。但是早期存在的一些路面危害問(wèn)題，在目前還是存在，特別是裂縫問(wèn)題一直以來(lái)都是行業(yè)整頓的重點(diǎn)。振動(dòng)攪拌技術(shù)在此背景下的應(yīng)用，使得混合料得到了充分的攪拌，有效提升攪拌階段的質(zhì)量，并且在技術(shù)應(yīng)用的前景發(fā)展方面，也有很突出的表現(xiàn)，在振動(dòng)攪拌技術(shù)的應(yīng)用方面還有很長(zhǎng)的路要走。