振動攪拌技術(shù)在水穩(wěn)層施工中的應(yīng)用效果分析

黃華顯 劉敬霜

文章對比分析了傳統(tǒng)攪拌與振動攪拌技術(shù)的優(yōu)劣，并結(jié)合靖西至龍邦高速公路工程實例，分析了振動攪拌技術(shù)在水穩(wěn)層施工中的應(yīng)用控制方法與效果。

振動拌合;基層;底基層;水泥;耐久性;均勻性

0?引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，公路交通荷載愈來愈繁重。同時，伴隨公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，提升路面結(jié)構(gòu)的耐久性需求愈來愈迫切?；鶎雍偷谆鶎拥氖┕べ|(zhì)量對其使用耐久性的影響至關(guān)重要。從路面結(jié)構(gòu)原理上講，不論是剛性基層結(jié)構(gòu)、半剛性基層結(jié)構(gòu)還是柔性基層結(jié)構(gòu)，基層和底基層都是路面結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)層。因此，加強施工質(zhì)量的控制與管理，提高基層和底基層的施工質(zhì)量有利于提高路面整體結(jié)構(gòu)使用性能的耐久性和延長使用壽命。

1?傳統(tǒng)拌合和振動攪拌對比

1.1?傳統(tǒng)拌合機現(xiàn)狀

傳統(tǒng)攪拌方式攪拌的水泥穩(wěn)定碎石具有相對較差的勻質(zhì)性，尤其是水泥與粉煤灰等粉料和質(zhì)地相對較細(xì)的材料，不能做到充分地均勻彌散和包裹，經(jīng)常出現(xiàn)粗骨料表面干燥露白的狀況。而且砂石與細(xì)集料間粘結(jié)度較低，有些材料在裝卸、運輸、攤鋪過程中容易離析，這就很容易出現(xiàn)一定的安全隱患。經(jīng)深入分析，現(xiàn)有的連續(xù)式攪拌裝置的攪拌在時間上相對較短，很多的細(xì)度材料在攪拌上不均勻，使很多的施工單位在施工時為了保證使用強度，往往利用高含量的水泥增加強度，導(dǎo)致該路面基層建設(shè)出現(xiàn)很多裂縫，嚴(yán)重影響路面的壽命。如果攪拌不均勻，也會導(dǎo)致局部混合料水泥含量偏小，路面基體的抗載荷能力及穩(wěn)定性降低，使路基地面出現(xiàn)一定程度的沉陷。

1.2?振動拌合機拌合原理及優(yōu)勢

振動拌合相比普通攪拌來講，其頻率較高，同時攪拌裝置在攪拌時都會有周期性的振動彈力波，拌合裝置每次對混合料撞擊的能量能達(dá)到靜力攪拌機的5倍以上，使水泥等細(xì)集料能夠得到充分彌散，水泥水化更加充分，水泥水化產(chǎn)物與骨料表面粘結(jié)度得到大幅提升，基體面的強度耐久性及耐沖刷性也得到極大的提升。振動攪拌技術(shù)的優(yōu)勢如下：

（1）離析現(xiàn)象明顯減少

水穩(wěn)基層施工中，經(jīng)常會出現(xiàn)材料的離析狀況，這就要求在攪拌環(huán)節(jié)中生產(chǎn)工藝的離析控制要把握好。在實際基層施工時，振動攪拌大粒徑水穩(wěn)材料時，使所有的材料能夠在基層鋪設(shè)上得到最有效的均勻分布，在最大程度上降低骨料溜肩現(xiàn)象的發(fā)生，使路基面的整體契合度平整密實。

（2）和易性好，壓實容易

在對公路基層的碾壓中，底基不實也是經(jīng)常出現(xiàn)的問題，這會使路基路面出現(xiàn)不同程度的斷裂現(xiàn)象，給工程安全帶來很大的隱患。振動攪拌的應(yīng)用既能使得水泥水化得到最優(yōu)化的調(diào)和，也能使和水泥水化物相融合的細(xì)集料得到合理的均勻包裹，大粒徑砂石表面能夠得到最均勻的涂層，使得整個材料之間在壓合時摩擦力減小，完全能夠達(dá)到最緊密的契合，使得基面整體的抗壓度提升。

（3）降低水泥用量

在公路施工中，水泥用量較大，若不能對其進(jìn)行合理的質(zhì)量管理，就會導(dǎo)致整個路面基層出現(xiàn)裂縫，影響整體水泥用料的使用壽命，甚至?xí)?dǎo)致整體工程項目質(zhì)量出現(xiàn)安全隱患，造成不必要的損失。若是水泥用量縮小，也會導(dǎo)致工程出現(xiàn)局部混合料水泥含量不足，尤其是在公路橋梁的施工中，水泥用量不足的區(qū)域在很大程度上會降低整個工程面的抗負(fù)荷抗壓能力，使整體工程的路面出現(xiàn)局部的塌陷或沉陷等問題，嚴(yán)重影響施工的質(zhì)量。因此，利用振動攪拌技術(shù)能有效對混合料中的水泥成團(tuán)施以作用，保證振碎工作落實到位，且能在一定程度上提高混合料的充分?jǐn)嚢璩潭?，保證細(xì)集料能有效包裹在粗集料的表面，保證標(biāo)準(zhǔn)成品料中水泥用量的合理性縮減。

2?振動攪拌技術(shù)在靖西至龍邦高速公路中的應(yīng)用控制

2.1?工程概況

靖西至龍邦高速公路路線總里程為28.279 6 km。全線設(shè)置地州、龍邦互通式立交2處，隧道5座，大橋7座，龍邦服務(wù)區(qū)1處、靖西養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處（與靖西高速管理所合建）。基層使用4%水泥穩(wěn)定碎石（厚200 mm）617 146 m2，5%水泥穩(wěn)定碎石（厚330 mm）575 962 m2。

2.2?水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫控制

造成水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的原因有很多，如干縮性裂縫、荷載性裂縫和溫縮性裂縫等。對基層裂縫的預(yù)防和控制可以通過以下手段進(jìn)行：控制級配和壓實度、控制<0.075 mm以下的顆粒含量、控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量、選擇有利的季節(jié)或時間進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工等。其中，嚴(yán)格控制混合料的級配和在施工過程中嚴(yán)格控制水泥用量是主要的預(yù)防和控制措施。

普通攪拌機拌合時間一般在15 s以內(nèi)，而無機結(jié)合料穩(wěn)定材料拌合物中水泥含量一般在5%以下，很難在短時間內(nèi)拌合均勻，從理論上和實踐上都證明難以保證混合料的拌合均勻性。為保證使用強度，水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量普遍取高限值，這會導(dǎo)致在使用中出現(xiàn)裂縫。而其抗沖刷性能的不足是在面層出現(xiàn)裂縫后導(dǎo)致路面使用壽命迅速縮短的另一個主要因素。實驗證明，振動拌合改善了穩(wěn)定碎石材料的微觀結(jié)構(gòu)，能夠在提高強度的同時，減少水泥用量，從而減少裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的抗裂性及抗沖刷性能，保證水穩(wěn)基層的質(zhì)量。

2.3?模擬室外現(xiàn)場環(huán)境，采用室內(nèi)振動拌合設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)配合比的設(shè)計

本項目在目標(biāo)配合比設(shè)計時采用了改裝的室內(nèi)振動拌合設(shè)備對混合料進(jìn)行拌制，該設(shè)備模擬室外振動拌合設(shè)備，使集料在拌合過程中更加均勻地與水泥結(jié)合，減小離析，提高水泥利用效率。試驗室對原材（集料、水泥、水）性能進(jìn)行檢驗，各項指標(biāo)滿足基層規(guī)范和設(shè)計圖紙要求。

通過7 d無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果顯示，當(dāng)水泥劑量為3.5%和4.5%時變異系數(shù)最小，分別為6.9%和6.4%，強度代表值分別為5.1 MPa和7.3 MPa（7 d無側(cè)限抗壓強度要求≥4 MPa）。設(shè)計圖紙要求水泥劑量為5.0%，因此上報總監(jiān)辦并經(jīng)審批的水泥劑量為4.5%。合理降低水泥用量更能保證水泥穩(wěn)定碎石基層的質(zhì)量。

2.4?生產(chǎn)配合比的確定和驗證

（1）通過試驗路的鋪筑，確定生產(chǎn)配合比

本項目基層厚度為33 cm，分兩層攤鋪，上下基層粘結(jié)通過撒水泥漿的方式進(jìn)行連接。在K26+350～K26+650段進(jìn)行基層試驗段的鋪筑，對目標(biāo)配合比進(jìn)行驗證。

通過試驗段對基層混合料的級配進(jìn)行了驗證，篩分結(jié)果與設(shè)計配合比相符合，19～31.5 mm碎石∶13.2～19 mm碎石∶9.5～13.2 mm碎石∶4.75～9.5 mm碎石∶0～4.75 mm石屑=16∶17∶11∶19∶37，基層水泥劑量為4.5%，最大干密度為2.373 g/cm3，最佳含水量為5.2%。上下基層粘結(jié)用水灰比為2∶1的水泥凈漿，灑布量為1.25 kg/m2。

（2）在施工過程中對水泥劑量的進(jìn)一步調(diào)整

根據(jù)水穩(wěn)碎石基層和底基層配合比設(shè)計可知，底

基層和基層集料比例相同，差別在于水泥劑量的不同。當(dāng)水泥劑量為2.5%時，基層強度代表值為3.6 MPa;當(dāng)水泥劑量為3.5%時，基層強度代表值為5.1 MPa。

為在保證水泥穩(wěn)定碎石基層質(zhì)量的前提下進(jìn)一步控制裂縫擴展、減小水泥劑量，在K26+350～K26+650段鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層，在K27+000～K27+830段左幅鋪筑水泥穩(wěn)定碎石底基層，得出以下結(jié)論：

通過上述路段基層和底基層的鋪筑，得出當(dāng)?shù)谆鶎铀鄤┝俊?.5%時，7 d無側(cè)限抗壓強度為3.4 MPa（設(shè)計要求強度≥3 MPa）;當(dāng)基層水泥劑量≥3.5%時，7 d無側(cè)限抗壓強度為5.4 MPa（設(shè)計要求強度≥5 MPa）。經(jīng)過其他路段的鋪筑得出相同的結(jié)論，且現(xiàn)場取芯完整密實，裂縫也得到了有效的控制，除在試驗段（水泥劑量為4.5%）出現(xiàn)數(shù)量極少的橫向裂縫外，未在其他路段發(fā)現(xiàn)基層裂縫。

3?結(jié)語

雖然水泥穩(wěn)定碎石基層質(zhì)量在本項目中得到了有效控制，但因地域差異造成各地材料的物理化學(xué)性能不盡相同，如何進(jìn)一步在后續(xù)工程實施過程中保證水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量的前提下優(yōu)化配合比、減小水泥用量、控制質(zhì)量的問題仍需要我們更多地去探索。總的來講，在水泥穩(wěn)定碎石基層施工項目中，振動攪拌技術(shù)的使用能夠在很大程度上提升工程基層面的質(zhì)量，并且還可以使工程項目的使用壽命得到延長，保障工程項目的安全使用。

[1]JTG/T F20-2015，公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].