半剛性基層材料振動成型法的應用分析

高 霞

（山西路杰公路工程技術咨詢有限公司，山西 太原 030012）

陽左高速公路采用了基于振動成型法的半剛性基層材料設計方法，通過應用先進的配合比設計方法，提高半剛性基層瀝青路面的技術性能，克服因現行的半剛性基層混合料設計方法本身存在的問題所導致的材料性能缺陷。主要闡述振動成型法設計半剛性基層的施工實踐和效果。

1 陽左高速公路振動法設計半剛性基層突破傳統設計的幾個要點

陽左高速公路在半剛性基層的材料配合比設計中采用振動成型儀成型試件（此儀器能提供可模擬施工現場碾壓的激振力、頻率和振幅），得出最大干密度和最佳含水率以及滿足強度要求的水泥劑量，并從中選出最優合成級配。

上述方法與傳統的擊實法相比看似除應用了不同的室內成型儀器外無其他不同之處，下面我們從設計配合比的幾個環節介紹它與傳統設計的區別和突破點。

a）隨著近幾年現代化碾壓機具的廣泛應用，人們不難發現，傳統的室內標準擊實法的密實度低于現場實際碾壓的密實度，這就造成了在現場使用室內得出的最大干密度進行壓實度控制時，壓實度僅達到質量控制標準便停止碾壓，但此時并不能達到材料本身最佳的壓實效果，這是導致水損壞的一個直接原因，而采用振動法時，可使半剛性材料中粗細集料間的排列更為緊密，形成骨架密實型結構，得到的最大干密度經實驗證明一般為室內擊實法的103%，大幅提高了壓實標準。下面列舉陽左高速公路基層部分標段的試驗對比數據。

表1 部分標段的試驗對比數據

表1試驗結果顯示，振動法確定的最佳含水率（ω0）小于標準擊實試驗確定的最佳含水率（ω1），最大干密度（ρ0max）大于擊實試驗確定的最大干密度（ρ1max）。

b）傳統設計的級配范圍太寬，且試驗室確定的集料配合比例不容更改，只要合成級配在范圍內即可，振動法設計半剛性基層的設計理念改控制集料比例為控制合成級配，集料配合比例可根據施工中實際情況進行調整，目的就是保證合成級配接近設計配合比的合成級配，這一合成級配是在室內多次試驗尋找到的滿足各項指標的數據，不一定是工程級配范圍的中值。陽左高速公路根據試配結果和原材料的特性，將設計的工程級配范圍又縮小2%～3%，更有利地保證壓實效果和級配的穩定性。

c）傳統設計采用懸浮密實型級配結構，集料間的相互作用在結構中起效甚微，主要靠水泥起穩定作用，為了達到預期的強度要求和結構表面的密實光滑，一味地加大水泥劑量是造成早期裂縫的最根本原因。陽左高速公路把基層的水泥劑量控制在4%以下，仍足以滿足設計的無側限抗壓強度指標，這是因為振動法設計利用集料間的骨架密實結構本身所具有的嵌擠力，無需更多的穩定劑來提高強度，而且能大大改善半剛性基層材料的力學性能、收縮特性、水穩定性及疲勞性能，對保證道路的強度和耐久性起到了很大作用。

除了上述3個主要設計要點與傳統設計有較大的區別外，陽左高速公路還對（4.75～9.5 mm）單級配集料的配合比例和粉料含量（0.075 mm以下）兩項指標做了控制。室內研究者經過實驗研究得出結論，（4.75～9.5 mm）這一檔料超過一定數量，對骨架密實結構的嵌擠作用過猶不及，所以（4.75～9.5 mm）在混合料中的配合比例控制在15%以下。合成集料的0.075 mm以下的質量通過百分率控制在0%～3%，最大不超過5%。這一指標也是形成骨架密實結構的重要控制條件。

此外，陽左高速公路的半剛性基層對混合料的含水量控制更為嚴格，要求碾壓時含水量不超過規定值0.5%。根據以往的做法，含水量要根據天氣情況超出規定值1～2個百分點，施工人員普遍認為，只要在碾壓時不翻漿即可，卻殊不知較大的含水量使混合料在將來的板結失水過程中造成的干縮更為嚴重。這就要求在配合比設計時要將最佳含水率把握準確，在施工過程中也要將這一指標做為重點監控對象。

2 施工過程中的質量控制

為了保證陽左高速公路半剛性基層的鋪筑質量，在施工過程中主要對以下幾個重點環節進行了控制：

a）陽左高速公路沿線多為山地，石料資源豐富，施工單位根據圖紙的工程級配范圍要求自產碎石，定制破碎設備分檔振動篩的篩孔尺寸，常規的三檔料增加為四檔料控制，分別為19～31.5 mm，9.5～19 mm，4.75～9.5 mm，0～4.75 mm（生產設備的振動篩篩孔為前述篩孔的等效放大篩孔尺寸）。在生產過程中，試驗人員隨時跟蹤檢查生產質量，包括石料的選材和生產規格，保證碎石生產質量和規格的穩定性。

b）在生產混合料的過程中，加大混合料級配的檢查頻率，一般至少每工作班對控制篩孔（19 mm、9.5 mm、4.75 mm）檢查4次，如發現與設計級配有較大偏差，及時檢查生產環節和調整，再進行試篩，直到符合要求，每天還要進行一次單級配料的水洗法篩分，以檢查粉料含量的控制情況，將監控和檢查形成一個閉環控制，保證混合料生產質量，這也為混合料的碾壓打好了基礎。

c）在試驗段鋪筑時，對拌合樓的計量、現場攤鋪、碾壓等須得出的各項參數等嚴密控制，得出準確的試驗和工藝參數，并確定兩種可保證壓實標準的碾壓方案，以便于施工當中出現機具故障或其他意外情況時及時調整。對混合料的級配、水泥劑量、含水量、壓實度檢測以及其他現場檢測項目比規范規定的檢測頻率增加一倍。

d）現場碾壓機具、碾壓遍數及壓路機振幅頻率的把握依照試驗路段的結果執行，即要達到骨架密實的預期效果和壓實標準，又不能因過振而破壞集料的本身強度等性質或因出漿而損失所需的水分，一般來講，要改變以往的先靜壓后振動再靜壓的碾壓順序，而是直接用振動壓路機將初壓和復壓結合為一道工序，更好地形成骨架密實結構。

e）無側限抗壓強度試件成型也采用振動成型儀完成，制件所用的振頻和振動時間與配合比設計時相匹配，一般在壓頭回彈跳起或出漿時可停止振動，最大程度模擬現場碾壓情況。

f）由于混合料偏粗，取芯視現場情況不同由常規的7 d放寬至7～10 d，芯樣的外觀也不似以往要求的那么光滑，主要是觀察其完整性，試驗人員還將芯樣適當修補并養護后進行試壓，試壓結果普遍高于同期室內成型的無側限抗壓強度試件，雖然這一方法僅作為參考，或許也能從一個側面反映現場的施工質量。

3 陽左高速公路采用振動法設計半剛性基層材料配比的施工實踐結果

陽左高速的水穩碎石基層在水泥劑量4%的強度可達到4.5 MPa，而傳統方法水泥劑量至少需要5%，強度也勉強達到3.5 MPa。振動法成型試件干縮抗裂系數是靜壓成型條件下的1.5倍，這里的干縮抗裂系數是振動法理論新引入的一個評價指標，簡單地說，它是材料失水后能承受的最大拉應力與干縮系數（表征材料失水的干縮程度）的比值，這一比值越大，可表明材料的抗裂性能越高。

實踐結果表明與靜壓法相比，采用振動法水泥穩定碎石混合料可以達到強度及抗裂能力同時增加的最優效果。只要級配合理，沒有必要通過增加水泥劑量，犧牲一部分抗裂能力為代價換取強度達標。采用振動法優化的水泥穩定碎石混合料可達到抗裂能力最佳、水泥劑量少、強度合格及工程造價降低的最佳效果。

從陽左高速車輛通行后兩年來的實際效果看，至今未出現收縮裂縫以及其他普遍性的病害。這也充分證明了振動法設計的半剛性基層從很多層面上優于傳統的半剛性基層設計方法，值得大力推廣。

4 結語

為什么不用瀝青柔性基層取代半剛性基層呢？原因主要是兩方面，一是造價，我國是發展中國家，經濟實力還無法與一些西方大國相比，瀝青柔性基層的造價大約是半剛性基層造價的3～4倍；二是我國的重載交通的現狀不適合采用后期強度較低的柔性材料做為基層。

要將振動法很好地應用于工程實踐中，使其發揮更大的作用，還需要施工單位從根本上領會其理論核心，控制好原材料的質量和規格，按振動法設計提供的操作方法和施工工藝進行施工和質量檢查，盡最大能力提高半剛性基層的路用性能。