振動攪拌技術在公路工程中的應用綜述

尚慶芳 孔鮮寧 張紅杰

(河南萬里交通科技集團股份有限公司，許昌德通混凝土產業技術研究院有限公司 河南 許昌 461000)

伴隨著我國社會經濟持續快速發展，關乎民生的基礎設施建設——公路建設也取得了較好較快的發展。水泥混凝土、瀝青混凝土、水泥穩定土等是各種道路建設的基礎材料，其質量的好壞直接影響公路的使用性能，而這些材料的拌和質量是影響其質量的關鍵因素之一。宏觀上拌和均勻的混合料，微觀上不一定達到均勻，如：將肉眼觀察均勻的混凝土材料在顯微鏡下觀察，可以看到約10%-30%的水泥微細顆粒團聚在一起，并未實現真正的均勻，浪費水泥的同時還影響了混凝土的工作性、強度及耐久性。所以，尋求新的途徑，如新的攪拌技術，來實現混合料的微觀均勻，是具有深遠意義的事情。

一、振動攪拌技術及其發展

振動攪拌技術是通過釋放激振力的方式來強化混合料的攪拌過程。振動攪拌設備同時對混合料進行強制攪拌和振動的作用，使得混合料的顆粒處于振動狀態，大大增加混合料中微細顆粒的運動速度，物料顆粒間相互碰撞的頻率和強度也隨之增加，有利于水泥漿及細集料均勻的附著于粗集料表面，提高水泥水化反應的速度的同時，改善其微觀結構[1-3]。

二十世紀三十年代初，前蘇聯首次通過附加激振器的方法驗證振動作用對水泥砂漿和預拌水泥漿體的有益效果；隨后，又在自落式攪拌機中設置振動攪拌葉片，以此新設備來攪拌混凝土。自1940年，美、德及日本等國也相繼對振動攪拌技術進行研究[3-5]。由于振動強度大與機器可靠性之間的矛盾等一直找不到有效途徑來解決，使得該項技術未能實現工業化應用。

我國相關領域學者自1990年進行振動攪拌技術的相關研究[2-3]，經過約20年的研究，已取得豐碩的成果，并已成功實現振動攪拌技術的工業化應用。

二、振動攪拌技術在水泥穩定土中的應用

振動攪拌技術具有提高混合料均勻性、強度、抗裂性能及耐久性能、降低水泥用量等諸多優勢。目前，振動攪拌水泥穩定土技術已應用于全國多個省市、200余個工程項目。

張玉偉[6]研究了水泥用量、拌和方式對骨架-密實型混合料干縮性能的影響，研究表明：本實驗條件下，2.5%水泥用量下的穩定土材料的干縮性能最好；振動拌和顯著改善了穩定土材料的均勻性，對于其抗裂性能的提高具有有益效果。

彭愛紅、張雄、諶潔[7]通過對江西省內已建成的四條高速公路路面基層的檢測，證明了振動攪拌提高穩定土基層強度的同時，降低強度值變異系數；振動攪拌技術的使用有利于降低水泥用量、提高混合料微觀均勻性及耐久性。

黃志鵬[8]分析了振動攪拌技術在黑龍江省水穩基層施工中的效果，振動攪拌使水穩混合料充分彌散，形成完整的骨架密實結構，取芯芯樣完整密實；經過季節性冰凍的考驗，無縱向裂紋產生，偶有橫向不規則裂紋出現。

李汝凱、洛桑慈成、王火明等[9]依托西藏地區實體過程研究振動攪拌對水泥穩定砂礫強度性能的影響，結合室內試驗結果和試驗路監測結果得出：振動攪拌技術降低了水泥穩定砂礫混合料抗壓強度值的變異系數，拌和的更加均勻，減少了抱團和離析現象；振動攪拌水泥穩定砂礫的強度較普通攪拌提高約10%-15%；達到相同強度值時，振動攪拌技術可節約水泥用量，降低工程造價。

李超[10]研究了振動攪拌水泥穩定碎石技術在甘肅白明高速公路上的應用，振動攪拌作用下水泥與水充分彌散、水化，在保證強度的同時減少水泥劑量、減少基層裂縫的發生；通過對白明高速試驗段的觀測發現，振動攪拌條件下穩定土混合料的密實性好，7天無側限抗壓強度代表值達到4.1MPa，比普通雙拌缸提高范圍在0.2MPa-0.5MPa之間。

張亞剛、楊萬紅、蘇潤[11]研究了振動攪拌技術在戈壁地區寬幅超厚穩定土混合料中的應用，從無側限抗壓強度、拌和質量變異性及裂縫數量三個方面進行了研究，得出以下結論：水泥用量相同時，振動攪拌穩定土混合料的強度值高于普通攪拌約1MPa；達到相同設計強度值時，振動攪拌下水泥的用量降低約15%；振動攪拌穩定土混合料的礦料級配、水泥劑量和含水量的變異性均小于普通攪拌；同一齡期養生后，振動攪拌下水穩基層的裂縫比普通攪拌的降低約260%。

三、振動攪拌技術在混凝土中的應用

振動攪拌技術具有提高混凝土微觀均勻性、減少微裂縫、改善孔結構及分布狀態、提高生產效率、強度及耐久性等諸多優勢。且目前的研究多集中于振動攪拌普通混凝土方面，振動攪拌碾壓混凝土、鋼纖維混凝土的研究相對較少。

姚運仕、馮忠緒、趙萬芹[12]在3種解決普通強制式攪拌機攪拌低效區的方案中選擇振動攪拌方案，通過理論分析與室內試驗研究確定了合理的振動攪拌參數。振動攪拌方式下混凝土試塊的抗壓強度值比設計值提高了36.4%，在攪拌時間縮短一半或水泥用量減少20%的情況下，試塊的強度值同樣也滿足要求。

馮忠緒、王衛中[13]對振動攪拌技術的機理進行了分析，并進行了相關試驗研究，振動攪拌技術可強化混凝土的攪拌過程，提高混凝土強度和生產效率。

付昌會、王衛中、張磊[14]探討了增加混凝土含氣量的新方法，發現攪拌裝置的參數在一定范圍內影響混凝土的含氣量：小振幅、中頻及一定的攪拌速度情況下可使混凝土含氣量達到約3.5%，混凝土強度有一定程度的提高，振動攪拌不僅能提高混凝土含氣量、改善氣孔分布狀況，并且能提高強度及耐久性能。

馮建生、馮忠緒等[15]研究了不同攪拌方式及不同配比下混凝土性能的試驗，振動攪拌方式下C20、C30、C40混凝土的坍落度降低約15%-25%、強度提高10%左右、平均強度的離差系數降低約30%、含氣量有一定程度的提高，有利于提高混凝土的強度和耐久性。

趙悟、王博等[16]通過對不同攪拌方式下混凝土的力學性能與微觀結構的試驗得出：振動作用使水泥顆粒充分彌散，加速了水化反應速度，一定程度地改善其微觀均勻性。

閆少杰、宋少民、張良奇[17]研究了振動攪拌技術對大流動性混凝土性能的影響，振動攪拌技術可一定程度上減少混凝土中的微裂縫及微孔聚集現象，改善混凝土的微觀結構、勻質性，從而對混凝土的力學性能及抗氯離子滲透能力帶來有益效果。

四、結語

目前，振動攪拌技術在混凝土及水泥穩定碎石中的應用研究較多，應用效果已很明顯，其帶來的經濟效益是顯而易見的；振動攪拌技術對水泥乳化瀝青砂漿的研究僅限于室內研究，還未進行工業化應用；振動攪拌對瀝青混凝土的研究還未展開。值得我們注意的是，混凝土與水泥穩定碎石中水泥與水發生化學反應，振動攪拌作用能加速水化反應的進行，而瀝青屬于黏-彈-塑性材料，其不與石料及礦粉等發生任何化學反應，作用機理不同于混凝土與水泥穩定碎石，故振動攪拌對瀝青混凝土的作用還有待進一步的驗證。