振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)探討

張立亭

摘要：水泥穩(wěn)定碎石基層極易產(chǎn)生開裂，且缺乏良好的抗疲勞性能，影響工程施工質(zhì)量。通過振動(dòng)攪拌，能增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的均勻性，并能大幅度減少施工耗用的實(shí)際水泥劑量，有效增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石基層具備的抗裂性。文章介紹了振動(dòng)攪拌技術(shù)研發(fā)歷程及原理，淺析了振動(dòng)攪拌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，探討了振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，以期為水泥穩(wěn)定碎石施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)攪拌;水泥穩(wěn)定碎石;施工技術(shù)

Cement stabilized macadam base is prone to cracking and lacks good fatigue performance，which affects the quality of construction.The vibration stirring can enhance the uniformity of cement stabilized macadam，greatly reduce the actual cement dosage used in construction，and effectively enhance the crack resistance of cement stabilized macadam base layer.This article introduces the development process and principle of vibration stirring technology，analyzes the advantages of vibration stirring technology，and discusses the practical application of vibration stirring cement stabilized macadam construction technology，hoping to provide reference for cement stabilized gravel construction.

Vibration stirring;Cement stabilized macadam;Construction technology

0 引言

當(dāng)前，公路建筑工程項(xiàng)目普遍將水泥穩(wěn)定碎石作為基層，但水泥穩(wěn)定碎石基層缺乏良好的穩(wěn)定性，且強(qiáng)度較低，極易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。對(duì)此，可加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)攪拌施工技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，促進(jìn)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的有效提高，并在相同強(qiáng)度下，有效減少水泥的實(shí)際用量，增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石施工的均勻性和施工質(zhì)量，有效避免基層出現(xiàn)開裂，并降低工程施工成本，增強(qiáng)工程項(xiàng)目綜合效益。

1 振動(dòng)攪拌研發(fā)歷程及原理分析

1.1 振動(dòng)攪拌研發(fā)歷程

在1972年，前蘇聯(lián)即研發(fā)使用了下置式振動(dòng)攪拌機(jī)，有效提高了混凝土施工質(zhì)量。2009年，西安德通針對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)實(shí)施了工業(yè)化研發(fā)應(yīng)用，在2012年成功研制出混凝土振動(dòng)攪拌機(jī)，并在2014年成功研制出振動(dòng)式水泥穩(wěn)定碎石攪拌機(jī)。

1.2 振動(dòng)攪拌原理

對(duì)水泥穩(wěn)定碎石相應(yīng)的混合料進(jìn)行攪拌時(shí)，將振動(dòng)加入其中，能促進(jìn)混合料粒料形成擴(kuò)散作用和對(duì)流作用，并促進(jìn)具有較小粒徑的材料實(shí)現(xiàn)均勻分布。細(xì)集料相應(yīng)顆粒以及水泥漿能均勻分散地在粗骨料表面形成粘結(jié)，能有效防止粗骨料出現(xiàn)露白現(xiàn)象，并避免混合料產(chǎn)生不均勻分布[1]。

振動(dòng)攪拌機(jī)的具體原理是將激振器增設(shè)于攪拌機(jī)器上，借助傳動(dòng)裝置對(duì)振動(dòng)軸進(jìn)行傳遞，在強(qiáng)制攪拌水泥穩(wěn)定碎石相應(yīng)的混合料的同時(shí)，有效施加振動(dòng)作用。如圖1所示。

在振動(dòng)狀態(tài)下，混合料所含顆粒的運(yùn)動(dòng)速度大幅度增加，進(jìn)而增加了物料所含顆粒的碰撞頻率以及碰撞強(qiáng)度，并促進(jìn)細(xì)集料以及水泥漿在粗骨料表面的均勻附著，這不僅能促進(jìn)水泥進(jìn)行水化反應(yīng)，而且還能對(duì)水泥穩(wěn)定碎石具備的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改善。

相對(duì)于普通攪拌機(jī)，振動(dòng)攪拌機(jī)具有較高的頻率，每分鐘釋放的振動(dòng)彈力波超過1 500次，對(duì)混合料形成的撞擊能量至少是普通攪拌機(jī)的10倍。振動(dòng)攪拌機(jī)能促進(jìn)各類細(xì)集料形成充分彌散，并促進(jìn)水泥實(shí)現(xiàn)充分水化，能促進(jìn)水泥水化物與骨料表面形成牢固粘結(jié)，還能大幅度提升混合料具備的耐久性，并增強(qiáng)其強(qiáng)度[2]。

2 振動(dòng)攪拌的優(yōu)勢(shì)分析

（1）具有良好的微觀均勻性和致密性。水泥穩(wěn)定碎石的各項(xiàng)組成材料中，水泥顆粒實(shí)際粒徑通常保持在3～80 [WTBZ]μm之間，粉煤灰顆粒實(shí)際粒徑為45 [WTBZ]μm，水滴直徑最小為20 [WTBZ]μm。只有確保上述顆粒材料均勻分布在混合料中，才能確保微觀均勻。普通攪拌機(jī)存在機(jī)理缺陷，難以促進(jìn)混合料實(shí)現(xiàn)微觀均勻。普通攪拌水泥穩(wěn)定碎石材料所含的水化硅酸鈣凝膠顆粒在骨料表面散落缺乏強(qiáng)有力的粘附力，水泥水化物與粗細(xì)骨料存在明顯的界面，期間呈現(xiàn)出疏松的過渡相結(jié)構(gòu)。振動(dòng)攪拌之后的水泥穩(wěn)定碎石材料則實(shí)現(xiàn)了充分的水泥水化，且水泥水化產(chǎn)物與粗細(xì)骨料不存在明顯界面，微小顆粒材料彌散均勻，整體具有致密結(jié)構(gòu)[3]。

（2）能對(duì)材料離析進(jìn)行有效改善。對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行攤鋪并實(shí)施碾壓，極易引發(fā)離析。通過振動(dòng)攪拌，能對(duì)材料離析現(xiàn)象進(jìn)行有效改善。在振動(dòng)攪拌過程中，攤鋪層肩部分布有大粒徑材料，粗骨料分布于攤鋪層的底部以及頂部，未發(fā)生骨料溜肩。基層經(jīng)過碾壓后，其表面均勻分布著粗骨料，路面整體具有良好的平整性和密實(shí)性。

（3）能增強(qiáng)材料和易性。對(duì)普通攪拌混合料進(jìn)行攤鋪并實(shí)施碾壓，極易出現(xiàn)難以壓實(shí)的現(xiàn)象，并導(dǎo)致底部缺乏充分壓實(shí);而振動(dòng)攪拌能促進(jìn)細(xì)集料以及水顆粒實(shí)現(xiàn)充分彌散，能有效增強(qiáng)材料和易性，并促進(jìn)完整芯樣的形成，確保上下均勻[4]。

3 振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)的應(yīng)用試驗(yàn)

3.1 工程概況

某高速公路工程采用厚度為40 cm的水泥穩(wěn)定碎石作為基層，為加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)攪拌施工技術(shù)的推廣應(yīng)用，項(xiàng)目組在開展基層施工的過程中，專門設(shè)置了鋪筑試驗(yàn)段，對(duì)振動(dòng)攪拌水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，有效檢測(cè)了試驗(yàn)段水泥穩(wěn)定碎石的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并與普通攪拌施工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 配合比設(shè)計(jì)以及材料性質(zhì)

遵循相關(guān)施工細(xì)則，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的實(shí)際級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表1所示。

碎石材料來源于當(dāng)?shù)厥蠌S，各項(xiàng)指數(shù)指標(biāo)相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果如表2所示，全部符合設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。

選用32.5型的普通硅酸鹽水泥，其強(qiáng)度檢測(cè)各項(xiàng)結(jié)果如表3所示，其3 d抗壓及抗折強(qiáng)度均符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 性能對(duì)比

分別采用普通攪拌和振動(dòng)攪拌施工技術(shù)對(duì)配合比相同的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行施工，分別遵循相關(guān)規(guī)范對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行取樣制作，按照規(guī)定的養(yǎng)護(hù)條件，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行為期7 d的養(yǎng)護(hù)，然后實(shí)施無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得出的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

對(duì)表4數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：（1）采用振動(dòng)攪拌施工技術(shù)，能促進(jìn)水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的有效提高。在5%的用量下，實(shí)施了振動(dòng)攪拌施工技術(shù)的水泥穩(wěn)定碎石，其7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相對(duì)于實(shí)施了普通攪拌施工技術(shù)的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度提高了17.7%。究其原因，主要是因?yàn)檎駝?dòng)攪拌施工技術(shù)能促進(jìn)水泥實(shí)現(xiàn)充分水化。（2）在相同強(qiáng)度下，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)能促進(jìn)水泥實(shí)際用量大幅度降低。在5%的水泥用量下，利用普通攪拌施工技術(shù)，水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是4.5 MPa;在4%的水泥用量下，利用振動(dòng)攪拌施工技術(shù)，水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.4 MPa，二者在強(qiáng)度上不存在較大差別，但是采用振動(dòng)攪拌施工技術(shù)，水泥的實(shí)際用量有效減少了1%，能有效節(jié)約工程投資。

按照表1所示的配合比設(shè)計(jì)，在5%的水泥含量條件下，分別采用振動(dòng)攪拌施工技術(shù)與普通攪拌施工技術(shù)修建200 m試驗(yàn)路。在實(shí)際施工中，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)下的水泥穩(wěn)定碎石，其混合料實(shí)現(xiàn)了均勻分布，且水泥實(shí)現(xiàn)了充分水化。而普通攪拌施工技術(shù)下的水泥穩(wěn)定碎石則在一定程度上形成了水泥團(tuán)聚，粗集料表面出現(xiàn)了干燥露白現(xiàn)象，粗細(xì)集料發(fā)生了離析。在實(shí)施為期7 d的養(yǎng)護(hù)后，對(duì)該兩段試驗(yàn)路分別進(jìn)行鉆芯，實(shí)施無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

對(duì)表5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)形成的芯樣強(qiáng)度，其變異系數(shù)是6.9%，相對(duì)于普通攪拌施工技術(shù)形成的芯樣強(qiáng)度相應(yīng)的變異系數(shù)，減少了58.4%。同時(shí)，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)形成的芯樣抗壓強(qiáng)度代表值為6.5 MPa，相對(duì)于普通攪拌施工技術(shù)形成的芯樣抗壓強(qiáng)度代表值提高了51.2%。這表明采用振動(dòng)攪拌施工技術(shù)能大幅度提高水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度以及均勻性。

4 結(jié)語

振動(dòng)攪拌具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與良好的微觀均勻性和致密性，能對(duì)材料離析進(jìn)行有效改善，并能增強(qiáng)材料和易性。振動(dòng)攪拌施工技術(shù)通過振動(dòng)源對(duì)激振力進(jìn)行釋放，能對(duì)水泥團(tuán)聚進(jìn)行破壞，促進(jìn)水泥實(shí)現(xiàn)充分水化和攪拌均勻性。根據(jù)工程試驗(yàn)結(jié)果，在相同水泥用量下，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)能提高水泥穩(wěn)定碎石的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度;在相同強(qiáng)度下，通過振動(dòng)攪拌施工技術(shù)能有效減少水泥的實(shí)際用量;另外，振動(dòng)攪拌施工技術(shù)能有效增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的拌合均勻性和質(zhì)量，并有效避免基層出現(xiàn)開裂。

參考文獻(xiàn)：

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