振動法在試件成型中的應用分析

時小梅　張　青(.中鐵濟南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山東濟南　500; .長安大學公路學院， 陜西西安　70064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei　ZHANG Qing

振動法在試件成型中的應用分析

時小梅1張青2(1.中鐵濟南工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山東濟南250022; 2.長安大學公路學院， 陜西西安710064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei1ZHANG Qing2

摘要為了研究成型方式對試件物理力學性能的影響，以水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混合料為依托，采用靜壓與振動法對水泥穩(wěn)定碎石材料進行試件成型，并測試水泥穩(wěn)定碎石試件的最佳含水量、最大干密度和無側(cè)限抗壓強度指標，同時采用馬歇爾擊實法和振動法對瀝青混合料進行試件成型，并測定其密度、穩(wěn)定度、瀝青飽和度、劈裂強度等主要性能指標。通過對比分析可知，振動法更加符合施工現(xiàn)場的條件限定及要求，而且無論是對于水泥穩(wěn)定基層材料還是在瀝青混合料其成型后的試件性能都具有一定的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞道路工程水泥穩(wěn)定基層瀝青混合料振動法

隨著公路工程對施工工藝要求的逐漸提高，常規(guī)試件成型方式已不能滿足現(xiàn)場施工精度的要求。目前振動壓實已經(jīng)成為高等級公路水泥穩(wěn)定碎石混合料基層普遍采用的施工工藝，但室內(nèi)更多的是采用重型擊實法確定最大干密度及最佳含水量，靜壓法成型試件測得抗裂及抗壓特性與現(xiàn)場匹配度較低，存在一系列的問題。對于瀝青混合料，傳統(tǒng)采用馬歇爾擊實法成型試件來研究瀝青混合料的力學特性，現(xiàn)場卻普遍采用振碾方式壓實瀝青混合料，這一結(jié)果導致了馬歇爾試件實驗與實際鉆取芯樣相關(guān)性較差。

1壓實成型原理

路基路面施工破壞土體的天然狀態(tài)，致使結(jié)構(gòu)松散，顆粒重新組合[1]。為使路基路面具有足夠的強度與穩(wěn)定性，必須予以壓實，以提高其密實程度。壓實的目的是使混合料重新組合，彼此擠密，空隙縮小，單位重量提高，形成密實整體，最終使得強度增大，穩(wěn)定性提高[2]。

1.1　靜壓法

靜壓法是在試驗室內(nèi)直接利用沖擊荷載對試驗研究材料進行壓實。從靜壓法的試驗原理來講，靜壓法成型試件與靜力壓路機對路面進行滾壓壓實的機理相類似[3]。混合料靜壓成型時集料只能做上下運動，不能重新排列組合。因此，靜壓成型不能使集料充分嵌擠，致使水泥穩(wěn)定碎石混合料達不到理想的強度。

1.2　振動法

振動壓實儀主要由控制平臺、振動系統(tǒng)及轉(zhuǎn)動裝置三部分組成。控制平臺主要是通過調(diào)節(jié)振動頻率、振動時間來控制振動系統(tǒng)的升降；轉(zhuǎn)動裝置主要是通過油泵將液壓油通過導管送進振動平臺以帶動升降臺上升或下降；振動系統(tǒng)是整個裝置最主要的部分，又分為上車系統(tǒng)、下車系統(tǒng)、激振器和振動軸等，通過上車系統(tǒng)的束縛作用帶動下車系統(tǒng)規(guī)律性的振動。振動法充分發(fā)揮了振動壓實的優(yōu)勢，使顆粒重新排列，更加密實緊湊[4]。

1.3　馬歇爾擊實

馬歇爾擊實法是目前國際公認的瀝青混合料配合比設(shè)計方法之一，屬于體積設(shè)計法[5]，是通過擊實錘做自由落體運動，利用重力對套筒中的試件進行擊實做功。馬歇爾擊實法雖然有其自身的優(yōu)勢，但是隨著交通流、行車荷載的不斷變化，馬歇爾擊實法就顯得滯后和單一，而且利用馬歇爾擊實法成型的試件與現(xiàn)場實際路面系統(tǒng)存在較大的差異性[6]。

2研究方案

選取水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混合料兩種混合料進行試驗研究。采用靜壓法和振動法對同一級配水泥劑量分別按3.5%、4.5%制備2組水泥穩(wěn)定碎石混合料進行試件成型，每組試件做3組平行試件，測定主要參數(shù)并取其平均值進行對比分析。

采用馬歇爾擊實與振動法對AC-13混合料進行擊實成型，每種方法做3組平行試件，測定主要技術(shù)指標取其平均值，并進行對比分析。

3原材料設(shè)計

3.1　水泥技術(shù)指標

試驗選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，表1為其各項技術(shù)指標。試驗選用的集料主要成分為石灰?guī)r，將集料分為四擋，規(guī)格分別為為10～30 mm，5～10 mm，3～5 mm，0～3 mm。集料的壓碎值為18%，0.6 mm以下的顆粒塑性指數(shù)為5，試驗所用礦料級配見表2。

結(jié)合規(guī)范[7]推薦級配，采取四分法，選取接近級配中值的級配曲線，畫出水泥穩(wěn)定碎石混合料的級配曲線，結(jié)果如圖1所示。

3.2　瀝青混合料性能指標

試驗所用原材料如表3、表4所示。

根據(jù)規(guī)范中瀝青混凝土混合料礦料級配范圍，得出設(shè)計級配上下限，并運用Excel繪圖命令繪制級配曲線，最終得到的級配曲線如圖2所示。

4試驗結(jié)果分析

4.1　水泥穩(wěn)定碎石性能對比

分別測定振動法與靜壓法成型試件各組的最佳含水量、最大干密度和7d抗壓強度[8]，取其平均值，結(jié)果見表5。

由表5可得：擊實方式對混合料的性能指標有直接影響，在不同的水泥劑量下，振動成型試件的最大干密度大于靜壓成型；水泥穩(wěn)定碎石混合料振動成型與靜壓成型試件的7 d抗壓強度隨水泥劑量的增加而增大，且振動成型試件強度大于靜壓成型。

4.2　瀝青混合料性能對比

根據(jù)規(guī)范[9]測定馬歇爾擊實和振動成型試件的密度、穩(wěn)定度、瀝青飽和度、劈裂強度，取其平均值，結(jié)果如表6所示。

由表6可知：兩種擊實方法由于有自己的壓實機理及擊實特性，因此其試驗結(jié)果也存在一定的差異。由表6可以直觀的看出，振動擊實所成型試件的密度、穩(wěn)定度、飽和度和劈裂強度明顯高于標準擊實試件所測結(jié)果，其中穩(wěn)定度提高較大，為標準擊實的2倍左右。從中可以看出，振動擊實法使材料顆粒之間重新排列與填充，顆粒之間更加緊密[10]。

對試件進行車轍試驗，測其動穩(wěn)定度，結(jié)果如表7所示。

從表7可以得出，振動擊實法成型試件的動穩(wěn)定度比標準擊實法提高大約25%，說明振動擊實法成型的試件具有更好的耐高溫與抵抗變形的能力，具有一定的優(yōu)勢。

5結(jié)束語

(1)對于水泥穩(wěn)定基層混合料，采用靜壓法成型試件確定的最大干密度小，采用振動成型法得到的試件干密度能夠更好地提高水泥穩(wěn)定材料的密實度，使得水穩(wěn)基層材料的整體穩(wěn)定性能得以提高，且振動成型試件的粗集料分布緊密均勻，剖面結(jié)構(gòu)表觀密實。

(2)振動成型充分發(fā)揮了振動與沖擊雙重作用，使混合料內(nèi)部重新排列，更容易形成一個密實的整體，同時力學性能也有很大提高，劈裂強度增加了25%左右，抗變形能力有顯著提高。

參考文獻

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[8]JTG E51—2009公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S]

[9]JTGE20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S]

[10]胡濤.瀝青混合料壓實特性分析[D].西安:長安大學，1993

中圖分類號：TU528.063

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)06-0044-03

作者簡介：第一時小梅(1983—)，女，2010年畢業(yè)于蘭州交通大學道路與鐵道工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-09-17