成型方法對水泥穩定碎石強度的影響

周國輝

摘要：水泥穩定碎石基層以其優越的路用性能在我國高等級公路新建、改建、擴建中廣泛應用，由于其配合比設計及施工控制的室內試驗試件成型方法與現場施工碾壓特性有較大差別，室內試驗采用振動成型法確定混合料最大干密度及最佳含水率，采用靜壓法成型無側限抗壓試件，而現場壓實采用鋼輪振動壓路機和膠輪壓路機組合碾壓，兼具了振動壓實和揉搓壓實的特性。結合項目施工質量管控經驗，對五個標段水泥穩定碎石室內試驗強度與現場芯樣強度進行對比，發現后者比前者高出約19%;分別在固定混合料用量和不固定混合料用量的條件下采用靜壓成型法、振動成型法、旋轉壓實法制件，對其強度試驗結果對比發現，旋轉壓實成型法壓實效果最好，能提高試件抗壓強度約18%。

關鍵詞：靜壓成型;振動壓實成型;旋轉壓實成型;無側限抗壓強度

中圖分類號：U416.214 文獻標志碼：A

0引言

水泥穩定碎石基層已廣泛應用于我國高等級公路建設當中，在配合比設計及施工過程中均采用振動成型法確定最大干密度和最佳含水率，以7d無側限抗壓強度標準值為依據確定水泥摻配比例，評價混合料強度。但以上強度試驗中試件成型方法均為靜壓成型法，而事實上現場施工采用的壓實為鋼輪振動壓路機和膠輪壓路機組合碾壓，其壓實特性與靜壓法不一致，壓實效果也有很大差別，現場取芯的強度普遍高于室內成型試件強度及配合比設計強度。因此，分析研究靜壓法、振動壓實法、旋轉壓實法三種成型方法對水穩碎石試件強度的影響，進而選擇與現場實際相匹配的成型方法進行配合比設計已成為亟待解決的問題。

1成型方法與施工壓實特性

靜壓成型指將水穩碎石混合料一次性入模，安裝墊塊，由兩端勻速加壓成型為一定尺寸和形狀的試件，其特點在于成型壓力均勻施加，集料顆粒不能有效重排自密，且一次成型易形成壓力梯度，試件兩端密實，中間稍有疏松。

振動成型指在固定的面壓力、激振力和振動頻率下將水穩碎石混合料分兩層入模振動壓實成型為一定尺寸和形狀的試件。其特點在于由于振動，集料顆粒發生了適量的移動重排，密實性較好，分兩層成型壓實效果也有所提高。

旋轉壓實成型指在一定的面壓力和夾角、規定的旋轉壓實次數下，對水穩混合料進行揉搓碾壓成型為一定尺寸和形狀的試件。其特點在于由于旋轉揉搓，集料顆粒發生了較大程度的移動重排，密實性更好，壓實效果有較大提升。研究表明，旋轉壓實能使粗集料更好地形成嵌擠結構，提高試件局部抗荷載能力，減少成型過程中集料破碎程度。旋轉壓實與現場壓實效果存在較好的一致性。

鋼輪膠輪組合碾壓施工的壓實特性不同于靜壓成型，它同時兼具了振動壓實和旋轉壓實的特性，壓實效果最好。

2室內試驗強度與現場芯樣強度對比

本項目路面基層采用C-B-1級配的水泥穩定碎石結構，設計強度4.5 MPa，對五個標段水泥穩定碎石基層每天抽檢的室內無側限抗壓強度和現場芯樣抗壓強度進行對比。其中現場芯樣無側限抗壓強度試驗為施工后養生6 d，取芯并切割成規定尺寸的試件，浸人20℃±2℃恒溫水槽，浸水24 h后進行無側限抗壓試驗，試件數量與室內試驗一致。試驗結果見表1-5所列。

由表1-5可以看出，普遍存在現場芯樣強度>室內試驗強度>配合比設計強度，現場芯樣強度是室內試驗強度的119%，且遠高于設計強度。主要原因在于：（1）現場施工時考慮到拌和機計量誤差、拌和均勻性、攤鋪均勻性、現場養生條件差等因素，一般現場施工水泥計量比室內試驗確定的水泥劑量提高0.5%左右;（2）同樣的混合料室內試驗采用靜壓法成型試件，而現場壓實采用鋼輪振動壓路機和膠輪壓路機組合碾壓，其壓實特性有別于靜壓成型，既有膠輪的揉搓作用，又有鋼輪的振動作用，更有利于集料顆粒的重排密實，有利于提高壓實效果。

3不同成型方法的水穩碎石強度對比

為進一步研究不同成型方法對水泥穩定碎石材料強度的影響，現對同一水穩碎石混合料在固定材料用量和不固定材料用量兩種條件下，分別采用靜壓法、振動壓實法和旋轉壓實法成型試件，按無側限抗壓強度試驗相關規定進行強度試驗。

3.1固定混合料用量前提下靜壓法、振動壓實法及旋轉壓實法強度對比

根據同一配合比進行配料，按照配合比確定的最大干密度、最佳含水率、98%壓實度標準計算成型所需混合料質量為6 621 g，分別按照靜壓法、振動壓實法及旋轉壓實法成型試件。通過調整振動壓實時間、旋轉壓實次數，使試件幾何尺寸滿足試驗規程要求，在溫度20℃±2℃，相對濕度在95%以上的標準條件下養護6 d，第7天浸泡20℃±2℃水中24 h，進行抗壓試驗，每種成型方法進行三組抗壓試驗，每組試驗成型13個試件，試驗結果見表6所列。

由表6可以看出，在相同成型混合料用量的條件下，采用靜壓法、振動壓實法以及旋轉壓實法成型的試件抗壓強度差別不大，原因在于試件質量及幾何尺寸一致，其壓實度、密度、強度等也基本一致。

3.2不固定混合料用量前提下靜壓法、振動壓實法及旋轉壓實法強度對比

根據同一配合比進行配料，按照配合比確定的最大干密度、最佳含水率、98%壓實度標準計算靜壓成型所需混合料質量為6 591 g，參照瀝青馬歇爾試件成型方法，通過試驗調試確定振動壓實法成型規定幾何尺寸試件所需混合料質量為6 608 g，旋轉壓實法成型試件所需混合料質量為6 632 g，分別按照靜壓法、振動壓實法及旋轉壓實法成型試件，使試件幾何尺寸滿足試驗規程要求，在溫度20℃±2℃，相對濕度在95%1）.2上的標準條件下養護6 d，第7天浸泡20℃±2℃水中24 h，進行抗壓試驗，試驗結果見表7所列。

由表7可知，同一水穩碎石混合料，采用靜壓法、振動壓實法以及旋轉壓實法成型的試件所需材料質量有所不同，其抗壓強度也有較大差別。振動壓實法試件強度是靜壓法試件強度的107%，旋轉壓實法試件強度是靜壓法試件強度的118%，原因在于不同的成型方法其壓實效果有所不同，試件的壓實度、密度、強度也不同，壓實效果：旋轉壓實>振動壓實>靜壓法。

4數據分析

基于以上數據及分析，靜壓成型法試件強度與現場芯樣強度差距較大，不能很好反應現場實際情況;旋轉壓實法成型試件的抗壓強度比較接近現場芯樣強度，其壓實特性能更好的模擬現場實際壓實機理。研究表明，提高水泥摻量能夠顯著提升水泥穩定碎石的抗壓強度，但同時也加劇了水泥穩定碎石的干縮和溫縮，控制水泥穩定碎石基層干縮、溫縮裂縫，應在滿足強度要求得前提下，盡量減少水泥用量。因此通過優化水泥穩定碎石配合比設計方法，提高室內試驗與現場實際的匹配性，在滿足強度要求得前提下，進一步減少水泥用量，可在提高經濟效益的同時減少水穩碎石基層的非荷載裂縫質量病害。

5結束語

（1）在現有施工條件下，同一水泥穩定碎石混合料現場芯樣強度是室內試驗強度的119%。

（2）同一水泥穩定碎石采用靜壓法、振動壓實法以及旋轉壓實法三種不同的方法成型試件，進行7 d無側限抗壓強度試驗，振動壓實法試件強度是靜壓法試件強度的107%，旋轉壓實法試件強度是靜壓法試件強度的118%。