振動攪拌水泥穩定砂礫強度性能對比研究

李汝凱，洛桑慈成，王火明，周 剛，劉秘強

(1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.西藏自治區交通勘察設計研究院，西藏 拉薩 850000； 3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

振動攪拌水泥穩定砂礫強度性能對比研究

李汝凱1，洛桑慈成2，王火明1，周 剛3，劉秘強3

(1.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067；2.西藏自治區交通勘察設計研究院，西藏 拉薩 850000； 3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

為了給西藏地區實體工程推薦較優的水泥穩定砂礫的拌和方式，采用室內無側限抗壓強度試驗和實體工程取芯強度試驗，對常規拌和工藝與振動攪拌工藝下不同養生齡期的水泥穩定砂礫的抗壓強度變化規律及其變異系數進行了對比研究。試驗結果表明：在西藏阿里地區特殊氣候環境下，水泥穩定砂礫混合料的抗壓強度增長相對緩慢；相比常規攪拌工藝，采用振動攪拌工藝后水泥穩定砂礫混合料的強度變異系數有所減小，混合料拌和更加均勻，抗壓強度可提高10%～15%，路用性能得以提升；在相同設計抗壓強度條件下可減少水泥用量，節約工程造價，減少基層裂縫，建議在西藏筑路材料匱乏地段可采用振動攪拌技術提高水泥穩定基層的強度和穩定性。

道路工程；振動攪拌；水泥穩定砂礫混合料；抗壓強度；變異系數

0 引 言

我國高等級公路瀝青路面基層大都采用半剛性材料鋪筑，具有整體性能好、承載能力強、經濟適用等特點，在我國強基薄面的公路建設中起到了重要作用；但隨著工程經驗的增加，發現常規水泥穩定拌和工藝存在一定的缺點，水泥、水、集料等原材料在常規拌和工藝下得不到充分混合，導致水泥穩定混合料的均勻性較差，施工后存在許多質量隱患和受力薄弱環節，施工質量難以保證，在使用周期內容易出現干縮、溫縮、局部松散等早期路面病害，進而導致瀝青路面產生反射裂縫、坑槽、唧泥等損害，后期維修養護頻繁，養護成本增加[1-3]。

國內學者針對此問題開展了大量研究，在水泥穩定混合料的拌和工藝上作出調整，研發出雙拌缸拌和、二次攪拌和振動攪拌工藝等新技術。程毅等[4]以混合料拌和工藝為出發點，對水泥穩定碎石串聯式雙拌缸技術進行了研究，結果表明采用雙拌缸工藝可提高混合料的路用性能，減小裂縫、離析等質量通?。煌跣l中等[5]針對傳統混凝土攪拌工藝存在的問題，研究了二次攪拌工藝對混凝土攪拌質量的影響，結果表明二次攪拌工藝較傳統攪拌工藝能明顯提高混凝土的攪拌質量和效率，改善了混凝土界面過渡區的黏結強度。有學者運用振動攪拌技術對水泥穩定碎石混合料的路用性能進行了研究，結果表明振動攪拌水泥穩定碎石拌和更加均勻，綜合性能優于雙拌缸和二次攪拌工藝[6-10]。

鑒于此，筆者結合西藏阿里地區某省道實體工程，采用室內無側限抗壓強度試驗和試驗段取芯強度試驗，選取不同養生齡期，對常規拌和工藝、振動拌和工藝下水泥穩定砂礫的抗壓強度及其變異系數進行研究，目的是為水泥穩定砂礫基層的施工提供較優的拌和工藝，提高水泥穩定材料的均勻性，進而提高水泥穩定基層的強度和穩定性。

1 原材料指標及配合比設計

對水泥穩定砂礫的配合比進行設計，用于西藏阿里地區某省道基層，采用32.5型普通硅酸鹽水泥，水泥劑量為3.0%，質量滿足JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》對普通硅酸鹽水泥技術指標的要求；水為生活飲用水，滿足規范要求。

集料采用當地砂礫石，由0～10 、10～15、10～20和20～30 mm4檔組成，各檔集料篩分結果及配合比設計摻量見表1，礦料級配曲線如圖1，滿足JTG/T F 20—2015《公路路面基層施工技術細則》對水泥穩定基層的推薦級配范圍。

圖1 礦料級配曲線Fig. 1 Gradation curve of mineral aggregate

項目材料名稱比例/%各檔粒徑/mm集料通過率/%31．526．5191613．29．54．752．361．180．60．30．150．075集料篩分20～30mm10080．464．533．721．29．52．40．30．20．20．20．20．10．110～20mm100100．0100．096．886．370．029．212．16．02．61．51．00．70．410～15mm100100．0100．0100．098．693．271．719．97．94．12．00．90．40．20～10mm100100．0100．0100．0100．0100．096．070．350．636．525．219．013．19．7混合料級配組成20～30mm10～20mm10～15mm0～10mm混合級配規范級配范圍3024．119．410．16．42．90．70．10．10．10．10．10．00．01414．014．013．612．19．84．11．70．80．40．20．10．10．11313．013．013．012．812．19．32．61．00．50．30．10．10．04343．043．043．043．043．041．330．221．815．710．88．25．64．210094．089．080．074．367．855．434．623．716．711．48．55．84．3上限100．094．083．078．073．064．050．036．026．019．014．010．07．0下限90．081．067．061．054．045．030．019．012．08．05．03．02．0中值95．087．575．069．563．554．540．027．519．013．59．56．54．5

2 試驗方案

2.1 室內無側限抗壓強度試驗

在常規攪拌與振動攪拌裝置的拌缸內取水泥穩定砂礫混合料，成型標準抗壓試件，由于實驗室條件限制，成型好的標準試件直接放到室內灑水養護，并用塑料袋覆蓋養生，分別測定7、14、28 d試件的無側限抗壓強度，每種條件進行9組平行試驗，取平均值作為最終結果，抗壓強度及其變異系數分別用R和C表示。

2.2 試驗段取芯強度試驗

現場鋪筑1.8 km的試驗段，采用相同原材料和配合比鋪筑，碾壓完成后立即灑水，并覆蓋薄膜養生7、14、28 d，鉆取芯樣分別測定常規攪拌與振動攪拌路段的抗壓強度，每種方案進行9組平行試驗，取平均值作為最終結果，抗壓強度及其變異系數分別用Q和V表示。

2.3 試驗方案

本研究試驗量較大，測定不同攪拌形式與不同養生齡期下水泥穩定砂礫的抗壓強度，用于評價路用性能；并計算強度變異系數，用于評價混合料的拌和均勻性，具體實施組織方案如表2。

表2 試驗方案Table 2 Test scheme

3 試驗結果分析

采用抗壓強度試驗設備對水穩砂礫試件的無側限抗壓強度進行測定，試驗結果見表3。將抗壓強度值及其變異系數繪制成對比圖，見圖2和圖3。

表3 水穩砂礫抗壓強度試驗結果Table 3 Test results of compressive strength of cement stabilized gravel mix

圖2 不同成型條件抗壓強度試驗結果Fig. 2 Test results of compressive strength under different forming conditions

圖3 不同成型條件抗壓強度變異系數Fig. 3 Variation coefficients of compressive strength under different forming conditions

對比不同成型條件下水泥穩定砂礫的抗壓強度及變異系數結果可得：

1)振動攪拌工藝可提高水泥穩定砂礫混合料的抗壓強度。從表3和圖2可見：與常規攪拌技術相比，在振動攪拌工藝下，室內成型的水穩砂礫混合料試件養生7、14、28 d后抗壓強度分別提高了9.7%、14.7%、15.4%；現場鉆取的芯樣試件的抗壓強度分別提高了8.6%、14.6%、11.1%。綜合兩種試驗結果，振動攪拌工藝可使水泥穩定砂礫混合料的抗壓強度提高10%～15%，路用性能得以提升；同理，在相同設計強度下，振動攪拌技術可減少水泥用量，降低工程造價。

2)振動攪拌工藝可減小水穩砂礫混合料的強度變異系數，使混合料拌和更加均勻，減小原材料抱團離析現象。從表3和圖3可見：在常規拌和工藝條件下，室內成型的水穩砂礫混合料試件養生7、14、28 d后所測抗壓強度的變異系數分別為14%、10%、13%，現場鉆芯取樣試件的抗壓強度的變異系數分別為18%、32%、23%；振動攪拌條件下，室內成型試件相對應的抗壓強度變異系數分別為10%、9%、7%，現場鉆芯取樣試件相對應的變異系數分別為21%、13%、9%，即振動攪拌工藝的抗壓強度變異系數小于相同條件的常規拌和工藝。

水穩碎石混合料抗壓強度增大及變異系數減小的主要原因是：振動攪拌技術對混合料的拌缸進行了改進，引進了振動裝置，可在整個拌和過程中持續不斷的提供高頻率振動彈力波，使原材料及混合料通過拌缸時拌和地更加均勻，這種均勻不僅體現在宏觀層面上，還體現在混合料微觀領域，使水、水泥、集料充分融合和彌散開，減少原材料抱團離析。

3)在西藏高海拔地區實體工程中，水泥穩定材料的抗壓強度增長速度高于室內成型養生的試件。西藏條件較為艱苦，施工期集中在每年的5～10月份，不具備標準養生條件，成型后大都放在室內養生，此種養生條件使水泥穩定類材料的試件的強度增長較慢，增長速度明顯小于實體工程。建議在西藏高海拔地區進行水泥穩定類材料施工時，若無標準養生條件，應根據當地氣候特點延長基層材料的養生齡期，不僅僅局限于測定7 d標準齡期的無側限抗壓強度。

4 結 論

筆者對常規拌和工藝和振動攪拌工藝下水泥穩定砂礫材料的抗壓強度的變化規律進行了探索研究，并比較了兩種狀態下抗壓強度變異系數的變化情況。結合室內試驗結果和試驗路段的鋪筑情況，得出以下幾點結論。

1)相比常規拌和工藝，振動攪拌技術可提高水泥穩定砂礫混合料的抗壓強度，在西藏高海拔地區水穩材料的抗壓強度可提高10%～15%，路用性能得以提升；在相同設計抗壓強度條件下可減少水泥用量，節約工程造價。

2)相比常規拌和工藝，振動攪拌技術可減小水泥穩定砂礫抗壓強度的變異系數，使水穩砂礫在宏觀和微觀層面拌和地更加均勻，減少集料和水泥抱團離析，建議在西藏筑路材料匱乏地段采用振動攪拌技術提高水穩基層的強度和穩定性。

3)鑒于西藏惡劣的低溫氣候條件，水泥穩定類材料的抗壓強度增長緩慢，建議在西藏高海拔地區進行水泥穩定類材料施工時，若無標準養生條件，應根據當地氣候特點延長水穩材料的養生齡期，不僅僅局限于測定7 d標準齡期的無側限抗壓強度。

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ComparativeStudyonStrengthPerformanceofCementStabilizedGravelMixunderVibrationStirring

LI Rukai1, LUOSANG Cicheng2, WANG Huoming1, ZHOU Gang3, LIU Miqiang3

(1.China Merchants Chongqing Communications Research and Design Institute Co. Ltd., Chongqing 400067,P.R.China; 2. Traffic Survey and Design Institute of Tibet Autonomous Region, Lhasa 850000, Tibet,P.R.China; 3. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,P.R.China)

In order to recommend a better mixing way of cement stabilized gravel for practical projects in Tibet, the indoor unconfined compressive strength test and practical projects core strength test were adopted, to carry out the comparative study on the variation law of compressive strength and the variation coefficient of cement stabilized gravel of different curing age in conventional mixing process and vibration stirring process. The test results show that the increase of the compressive strength of cement stabilized gravel mix is relatively slow under special climatic conditions of Ali district in Tibet. Compared with the conventional stirring process, the variation coefficient of the strength of cement stabilized gravel mix after vibration stirring is reduced; the mixing of the mixture is more uniform, the compressive strength can be increased by 10%～15%, and the road performance can be improved. With the same designed compressive strength conditions, the vibration stirring technique can reduce the amount of cement, save the project cost and reduce the primary crack. Therefore, it is suggested that the vibration stirring technique can be adopted in the area with the shortage of road construction materials in Tibet to improve the strength and stability of cement stabilized base.

highway engineering; vibration stirring; cement stabilized gravel mix; compressive strength; variation coefficient

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.07

2016-10-25；

2017-01-19

交通運輸部建設科技項目(2014 318 J15 070)；重慶市社會民生科技創新項目(cstc2015shmszx30010)；重慶市交通委員會科技項目(2016-04)；云南省交通運輸廳科技項目((2016)140(B))

李汝凱(1989—)，男，山東泰安人，工程師，主要從事路面結構與材料方面的研究。E-mail：lirukai@cmhk.com。

U416.2

A

1674-0696(2017)11-033-04

(責任編輯：譚緒凱)