沪昆高速振动搅拌水稳碎石路用性能的应用研究
韩意袁华摘要：针对水泥稳定碎石半刚性基层的开裂问题，本文以G60沪昆高速金华互通至浙赣界段改扩建半刚性基层建设为依托，试验对比硏究了振动搅拌和普通搅拌两种搅拌工艺的水泥稳定碎石路用性能。结果表明：相同水泥剂量4.2%时，与普通搅拌相比，振动搅拌7无侧限抗压强度提高约14%，变异系数降低32.7%；采用振动揽拌时，水泥剂量更稳定，水泥稳定碎石密实度更高；在满足5MPa的强度要求下，振动搅拌可节省水泥约16%，保证强度的同时大大提高了抗裂性能。研究表明，振动搅拌是一种满足绿色工程建设要求的降本增效搅拌新方法，可以有效地提高水泥稳定碎石的路用性能，工程应用中经济和社会效益显著。
关键词：振动搅拌公路工程水稳碎石基层开裂
0引言
截至年底，我国高速公路总里程已突破16万公里居世界第一，成为我国经济建设的“大动脉”。水泥稳定碎石半刚性基层是我国高速公路最主要的结构之一，具有强度高、整体性能好等优点，但其在使用过程中易产生收缩裂缝并在荷载和温度的循环作用下容易扩展为路面的反射裂缝，是沥青路面早期病害的主要原因。
近年来，国内外学者为了改善水泥稳定碎石的路用性能，在级配设计、搅拌工艺、调整水泥用量等方面进行了大量的研究和试验。例如，蒋应军等通过采用逐级填充方法研究物料的最佳比例，形成了骨架密实型水泥粉煤灰碎石组成设计方法，对比试验发现其路用性能优于规范级配水泥稳定碎石。胡力群等通过对比传统强制式搅拌和振动搅拌生产的水泥稳定碎石，证明了振动搅拌工艺可以最大程度上发挥水泥的作用，提升水泥稳定碎石的力学性能和路用性能。
大量工程实践证明：振动搅拌可以有效地改善水泥稳定碎石的开裂问题，对提高半刚性基层沥青路面的使用性能具有重大意义。赵利军、姚运仕等通过对搅拌低效区进行研究，提出优化双叶片搅拌机设计参数以消除搅拌低效区。甘肃路桥的科研人员分别在京新高速、白明高速等项目建设中应用振动搅拌技术，结果表明振动搅拌对水泥稳定碎石混合料的改善效果远大于普通搅拌，能够有效地提高半刚性基层的强度和耐久性。
本文依托G60沪昆高速公路金华互通至浙赣界段改扩建工程，开展振动搅拌水稳碎石的工程应用研究。依托工程桩号K+—K+，全长48.km，水泥稳定碎石约.7万吨。拟通过不同搅拌工艺生产水稳碎石，铺设试验段，对试验段的应用效果进行观测与检测评价，验证振动搅拌工艺的优势，并为项目的全面应用提供依据；通过依托工程品质工程建设，以期为同类工程建设提供有效借鉴。
1振动搅拌机理
传统强制式搅拌一般是通过搅拌轴带动叶片推动物料沿一定轨迹运动，迫使物料内各种颗粒互相穿插、碰撞，逐渐达到宏观层次上的均匀。但对新拌混合料进行细致观察后会发现部分水泥颗粒分布不均匀，存在聚团现象（如图1(a)），导致水泥水化反应不充分，不但浪费了水泥，还影响了混合料的工程使用性能和强度。
振动搅拌是对混合料进行强制搅拌的同时复合一个高频振动，使物料处于高频颤振状态，这种额外施加的高频低幅振动可以破坏物料间的黏结，降低物料间的内摩擦力，减少水泥颗粒的团聚，提高微观层次上的均匀性（如图1(b)），从而提高水泥稳定碎石半刚性基层的抗裂性能，满足工程使用性能。
（a）传统搅拌时水泥颗粒易聚团（b）振动搅拌时水泥颗粒较均匀
图1水泥团颗粒分布对比2室内试验
2.1原材料
水泥采用常山南方水泥有限公司产P.O42.5水泥，初凝时间min，终凝时间min，经过抽检各项指标均符合规范要求。骨料采用嵊州市某公司生产的0～2.36mm、2.36～4.75mm、1.75～19.0mm、19.0～31.5mm四档集料，所有材料经过抽检各项指标均符合规范要求，检测数据见表1~表4。根据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20-）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-）和国家其他现行的有关规定,7天无侧限抗压强度要求不低于5.0MPa，路面基层设计水泥用量参考值为4.2%,压实度要求不低于98%。
（1）0～2.36mm细集料
表10～2.36mm细集料检测结果（2）2.36～4.75mm细集料表22.36～4.75mm细集料检测结果
（3）4.75～19.0mm细集料
表34.75～19.0mm细集料检测结果
（4）19.0～31.5mm细集料
表.0～31.5mm细集料检测结果
2.2级配设计
根据现场物料情况和试验室试拌情况，确定了0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～19.0mm、19.0～31.5mm四种粒径的骨料级配和水泥稳定碎石配合比，如表5所示，采用振动成型得到了不同水泥含量时混合料的最大干密度、最佳含水量，如表6所示。
表5矿质混合料级配
表6不同水泥掺量时混合料的最佳含水量和最大干密度
表7水泥剂量试验结果
2.3试验结果及分析
（1）混合料水泥剂量
为了对比不同搅拌方式下水泥剂量的稳定性，分别对两种搅拌工艺生产的混合料取不同车次进行水泥剂量滴定试验，各进行5次滴定试验，通过滴定结果计算标准差，试验结果见表7。从表7可以看出，设定水泥剂量3.5%，振动搅拌时水泥剂量平均值为3.56%，普通搅拌时为3.74%均满足水泥剂量设计值3.5%的要求。
与普通搅拌相比，振动搅拌时水泥剂量更接近设定值，标准差为0.24，水泥剂量也更稳定。
（2）无侧限抗压强度
无侧限抗压强度是评价混合料性能的一项重要指标。在本次试验中，对两种搅拌工艺生产的不同水泥剂量混合料取样，振动成型无侧限抗压试件分别进行养护后开展室内7d无侧限抗压强度试验试验结果见表8。
表8室内7d无侧限搞压强度试验结果
图2不同搅拌方式7d无侧限抗压强度对比图3不同搅拌方式7d无侧限抗压强度变异系数对比由表8和图2-图3可知：水泥剂量为4.2%时，采用传统双拌缸搅拌工艺时,7d无侧限抗压强度平均值为6.2MPa，代表值为5.0MPa，变异系数11.9%；采用振动搅拌工艺时,7d无侧限抗压强度平均值为6.6MPa，代表值为5.MPa，变异系数8.0%。与普通搅拌相比，强度代表值提升了14%，变异系数降低了32.7%。水泥剂量为3.5%时，采用振动搅拌工艺7d无侧限抗压强度代表值为5.1MPa与普通搅拌4.2%水泥剂量时相当，变异系数只有7.7%，降低了35%。由此可见，强度设计值为5MPa时，采用振动搅拌仅需3.5%水泥剂量，与普通搅拌4.2%水泥剂量相比，节省了16.6%。
图4稳定土振动搅拌机3路用性能试验
为了研究不同搅拌工艺对路用性能的影响，对两种搅拌工艺进行了试验段对比，振动搅拌设备为德通产DT稳定土振动搅拌设备（图4）。在相同摊铺、碾压和养生条件下，取芯对比芯样完整性和强度。图5和图6分别为振动搅拌和传统双拌缸搅拌的芯样，可以看出，振动搅拌时芯样密实度及完整性明显好于传统双拌缸。
由表9和表10可知：在相同条件下，水泥剂量设定值为3.5%，采用振动搅拌时，强度代表值为5.09MPa，满足设计要求，变异系数为5.97%；采用普通搅拌时，强度代表值为3.23MPa，不满足设计要求，变异系数为8.29%。所以采用振动搅拌时水泥稳定碎石路用性能更佳，3.5%水泥剂量即可满足设计强度要求，芯样完整不断根，满足工程要求。
表9传统双拌缸试验段芯样强度
表10振动拌合组试验段芯样强度
图5振动搅拌芯样图6传统搅拌芯样根据试验段的情况，本项目全线应用振动搅拌技术实现了绿色建设、降本增效的目标。
4结语
同条件下不同搅拌工艺对比结果表明：
（1）采用振动搅拌时，水泥剂量更稳定，利于保证工程质量一致性；
（2）相同水泥剂量4.2%时，与传统双拌缸搅拌相比，振动搅拌时，7d无侧限抗压强度提高约14%，同时变异系数降低32.7%；
（3）满足设计强度5MPa时，普通搅拌需4.2%水泥剂量，振动搅拌仅需3.5%，节省约16%，同时变异系数降低35%。原路面结构强度PSSI对就地热再生技术的成败至关重要，其值大于80才是理想的方案。
本文作者：韩意：男，本科，工程师，主要从事试验检测管理工作，浙江交工路桥建设有限公司。参考文献略。
本文摘编自《建设机械技术与管理》年第5期，仅供学习交流之用。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇