攪拌工藝對水穩(wěn)碎石均勻性與強度的影響

劉玉朋

（蘇交科集團檢測認證有限公司，江蘇南京 211112）

1 振動攪拌技術(shù)的主要原理

（1）在下臥軸的振動作用下，其可以釋放出1500次/min的彈力波，該彈力波頻次較高，能夠?qū)崟r的將振動能量傳遞到各個方向，水泥穩(wěn)定碎石材料在該技術(shù)的作用下可以長期處于振顫狀態(tài)下，可以對細集料、水分子以及水泥顆粒產(chǎn)生較大的影響，避免出現(xiàn)水泥砂漿結(jié)團及水泥被破壞的現(xiàn)象，如圖1所示，從微觀和宏觀的角度上提高水泥穩(wěn)定碎石材料的均勻性。

圖1振動攪拌對水泥漿結(jié)團的影響

（2）振動的過程中，能量波可以高頻次持續(xù)擴散，與普通靜力攪拌相比，其所產(chǎn)生的撞擊能量更大，可以使材料顆粒的接觸面積、接觸頻率、有效碰撞次數(shù)、運動速度等得到有效的增加，有效規(guī)避傳統(tǒng)攪拌的盲區(qū)，使水泥水化速度提高，達到提高攪拌效率的目的。

2 集料組成設(shè)計及方案對比

2.1 集料組成設(shè)計

為了對不同攪拌工藝條件下的碎石混合料的均勻性進行分析，防止對級配產(chǎn)生不良影響，技術(shù)人員應(yīng)對集料組成進行設(shè)計，對級配進行優(yōu)化。本實驗的結(jié)構(gòu)為骨架嵌擠密實結(jié)構(gòu)，并采用FAF（第三、第二控制篩孔通過率比值）、FAC（第二、第一控制篩孔通過率比值）以及貝雷法CA（粗集料比）對級配骨架嵌擠密實效果進行分析。

試驗所采用的水泥品種為P.O 42.5緩凝水泥，水泥用量為4.5%，；試驗集料的最大公稱粒徑為26.5mm，圖2為設(shè)計級配試件斷面結(jié)構(gòu)圖。從圖2可知，該級配骨架具有較好的嵌擠密實效果。

圖2試件斷面集料結(jié)構(gòu)

2.2 攪拌工藝方案對比

以施工現(xiàn)場攪拌站的建設(shè)情況以及研究主要目的為依據(jù)，對對比方案進行設(shè)計。本次試驗中設(shè)備均為2臺拌缸串聯(lián)，采用二次攪拌的方式對水泥穩(wěn)定碎石基層材料進行攪拌，兩種方案的區(qū)別在于第二次攪拌是否為振動攪拌。

3 對材料攪拌均勻性進行試驗

3.1 試驗方法

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層的耐久性、抗沖刷性、抗裂性以及強度都與攪拌均勻性息息相關(guān)。本文以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在水泥EDTA滴定試驗以及篩分試驗的基礎(chǔ)上，對水泥劑量平均值、變異系數(shù)、標準差以及集料關(guān)鍵篩孔通過率等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，判斷攪拌的均勻性。通過篩分試驗，可以了解施工級配的波動，從宏觀的角度反應(yīng)集料分布的均勻性，通過水泥EDTA滴定實驗，可以對混合料中水泥的分散情況進行觀察，從微觀角度反應(yīng)集料均勻性。

3.2 對試驗結(jié)果進行分析

3.2.1集料攪拌的均勻性

以2種方案為基礎(chǔ)對集料攪拌，經(jīng)過攤鋪后對其進行篩分試驗，每15min取一次料，每種方案進行8組平行試驗。分別對4.75mm、9.5mm、13.2mm以及19mm篩孔通過率、變異系數(shù)CV、標準差SD以及平均值進行統(tǒng)計和分析。

通過分析可知，方案1（振動攪拌）及方案2（普通攪拌）后的混合料篩孔通過率平均值較為接近，且兩者的平均值均接近于設(shè)計通過率。由此可知，水穩(wěn)基層集料質(zhì)量可控性較高，有利于提高施工級配總體穩(wěn)定性，與此同時，2種方案的變異系數(shù)和標準差水平較低，因此可知通過2臺拌缸串聯(lián)對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行二次攪拌可以使攪拌均勻性得到有效改善。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知，與方案2相比，方案1的變異系數(shù)及標準差較小，比如方案1的13.2mm與19mm篩孔通過率變異系數(shù)分別減小了13%和26%。根據(jù)結(jié)果可知，第二次攪拌時使用振動攪拌可以有效提高集料的分布均勻性，且改善效果隨著集料粒徑的減小而增加，與此同時，在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石混合料種存在黏結(jié)結(jié)團等問題，因此當(dāng)集料粒徑越小，混合料的非均勻性越明顯。

3.2.2對水泥分散的均勻性進行分析

在對混合料進行水泥EDTA滴定試驗的過程中，取料的時間間隔、位置以及平行試驗組數(shù)應(yīng)與篩分試驗一致，并對方案1和方案2所制備的混合料的水泥用量變異系數(shù)CV、標準差SD以及平均值進行統(tǒng)計和分析。

對水泥滴定試驗的結(jié)果進行分析可知，方案1及方案2的水泥用量平均值較為接近，且兩種方案的變異系數(shù)和標準差水平都較低。通過進一步的分析可知，方案1所制備的混合料的變異系數(shù)和標準差更低，其中變異系數(shù)降低了36%，標準差降低了34%，因此，雖然采用兩個方案進行攪拌后的混合料水泥分布都較為均勻且變異水平低，但是方案2可以使水泥漿體結(jié)團的現(xiàn)象得到進一步改善，使水泥變異水平進一步降低，從而使水泥分散均勻性進一步提高。

對方案1工藝制成的混合料進行觀察可知該混合料顏色整體相對較深，接近水泥自身的顏色，大粒徑碎石包裹性較好，碎石表面存在“長毛”現(xiàn)象，可知此時水泥漿攪拌分散較為均勻。

4 對施工均勻性和強度進行試驗

4.1 試驗方案

強度是判斷水泥穩(wěn)定半剛性基層質(zhì)量的重要指標，該指標對基層承載力有非常重要的影響，對最新施工技術(shù)細則進行分析可知，我國對水泥穩(wěn)定半剛性基層強度的要求越來越高，因此施工單位應(yīng)重視施工強度。在對路面結(jié)構(gòu)進行施工時，強度的變異水平與施工均勻性之間存在較大的聯(lián)系。對方案1和方案2所制得的混合料采用相同的養(yǎng)生工藝及碾壓工藝，分別進行試驗。

4.2 對試驗結(jié)果進行分析

混合料養(yǎng)生完成后，對使用2種方案進行施工的路段進行取樣，每個路段隨機鉆取9組芯樣，并對芯樣進行切割，使其高徑比為1:1，切割前后的芯樣圖如圖3，并對芯樣的無側(cè)限抗壓強度變異系數(shù)CV、標準差SD、均值以及95%保證率條件下的強度代表值進行測試。

對試驗結(jié)果進行分析可知，與方案1相比，方案2中7d和28d的無側(cè)限抗壓強度代表值比較小，且采用方案1所制得的芯樣的強度變異系數(shù)及標準差均小于方案2。根據(jù)此結(jié)果，采用振動攪拌對混合料進行施工，可以有效改善混合料的強度，因此在對混合料進行制備過程中，為了使公路的整體質(zhì)量得到改善，施工單位應(yīng)合理選擇振動攪拌進行施工。

圖3切割前后芯樣

除此之外，對采用方案1所制得的芯樣進行進一步的分析，7d無側(cè)限抗壓強度的均值和代表值提高幅度均小于28d抗壓強度提高幅度，與此同時，7d強度變異系數(shù)降低幅度也小于28d降低幅度，由此可知，隨著養(yǎng)生時間的增加，水泥穩(wěn)定碎石基層強度的施工均勻性和強度改善效果更為明顯。

對上述結(jié)果的原因進行分析可知，通過振動攪拌方式水泥穩(wěn)定碎石混合料中細集料和水泥黏結(jié)結(jié)團現(xiàn)象得到有效改善，進一步提高混合料的攪拌均勻性，使粗集料的裹附效果和水泥漿的分散效果得到提高。隨著養(yǎng)生時間的增加，材料的均勻性也會隨之發(fā)生變化，在此過程中，施工均勻性和強度提升幅度提高，但是當(dāng)養(yǎng)生時間大于28d時，其提升幅度開始趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

本文采用方案1（振動攪拌）及方案2（普通攪拌）對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行處理，并對其施工均勻性、強度及材料均勻性進行分析，得到如下幾方面結(jié)論：

（1）在對水文混合料進行生產(chǎn)過程中，采用二次攪拌工藝可以使水泥用量滴定試驗的變異系數(shù)、標準差以及集料的關(guān)鍵篩孔通過率得到有效改善，第二次攪拌工藝采用振動攪拌時，可以時變異系數(shù)和標準差得到進一步降低，進而進一步提高混合料的攪拌均勻性；

（2）對7d和28d無側(cè)限抗壓強度行觀察可知，與第二次采用普通攪拌工藝相比，采用振動攪拌工藝可以在提高代表值和均值的同時降低強度變異系數(shù)和標準差。

綜上所述，在對路面進行施工過程中，為了使施工整體質(zhì)量得以提高，施工單位可以合理選擇振動攪拌工藝進行施工。