韓意       袁華

（1. 浙江交工路橋建設有限公司，浙江  杭州  315200；

2. 許昌德通振動攪拌科技股份有限公司，河南  許昌  461000）

 

摘要：針對水泥穩定碎石半剛性基層的開裂問題，本文以G60滬昆高速金華互通至浙贛界段改擴建半剛性基層建設為依托，試驗對比研究了振動攪拌和普通攪拌兩種攪拌工藝的水泥穩定碎石路用性能。結果表明：相同水泥劑量4.2%時，與普通攪拌相比，振動攪拌7d無側限抗壓強度提高約14%，變異系數降低32.7%；采用振動攪拌時，水泥劑量更穩定，水泥穩定碎石密實度更高；在滿足5MPa的強度要求下，振動攪拌可節省水泥約16%，保證強度的同時大大提高了抗裂性能。研究表明，振動攪拌是一種滿足綠色工程建設要求的降本增效攪拌新方法，可以有效地提高水泥穩定碎石的路用性能，工程應用中經濟和社會效益顯著。

 

關鍵詞：振動攪拌；公路工程；水穩碎石；基層開裂 

中圖分類號：U414   文獻標識碼：A

 

0 引 言

　　截至2020年底，我國高速公路總里程已突破16萬公里，居世界第一，成為我國經濟建設的“大動脈”。水泥穩定碎石半剛性基層是我國高速公路最主要的結構之一，具有強度高、整體性能好等優點，但其在使用過程中易產生收縮裂縫，并在荷載和溫度的循環作用下容易擴展為路面的反射裂縫，是瀝青路面早期病害的主要原因。近年來，國內外學者為了改善水泥穩定碎石的路用性能，在級配設計、攪拌工藝、調整水泥用量等方面進行了大量的研究和試驗。例如，蔣應軍等通過采用逐級填充方法研究物料的最佳比例，形成了骨架密實型水泥粉煤灰碎石組成設計方法，對比試驗發現其路用性能優于規范級配水泥穩定碎石。胡力群等通過對比傳統強制式攪拌和振動攪拌生產的水泥穩定碎石，證明了振動攪拌工藝可以最大程度上發揮水泥的作用，提升水泥穩定碎石的力學性能和路用性能。大量工程實踐證明：振動攪拌可以有效地改善水泥穩定碎石的開裂問題，對提高半剛性基層瀝青路面的使用性能具有重大意義。趙利軍、姚運仕等通過對攪拌低效區進行研究，提出優化雙葉片攪拌機設計參數以消除攪拌低效區。甘肅路橋的科研人員分別在京新高速、白明高速等項目建設中應用振動攪拌技術，結果表明振動攪拌對水泥穩定碎石混合料的改善效果遠大于普通攪拌，能夠有效地提高半剛性基層的強度和耐久性。本文依托G60滬昆高速公路金華互通至浙贛界段改擴建工程開展振動攪拌水穩碎石的工程應用研究，依托工程樁號K409+000-K457+284，全長48.284km，水泥穩定碎石約130.7萬噸。擬通過不同攪拌工藝生產水穩碎石，鋪設試驗段，對試驗段的應用效果進行觀測與檢測評價，驗證振動攪拌工藝的優勢，并為項目的全面應用提供依據；通過依托工程品質工程建設，以期為同類工程建設提供有效借鑒 。

 

1 振動攪拌機理

　　傳統強制式攪拌一般是通過攪拌軸帶動葉片推動物料沿一定軌跡運動，迫使物料內各種顆粒互相穿插、碰撞，逐漸達到宏觀層次上的均勻。但對新拌混合料進行細致觀察后會發現部分水泥顆粒分布不均勻，存在聚團現象（如圖1 (a)），導致水泥水化反應不充分，不但浪費了水泥，還影響了混合料的工程使用性能和強度。振動攪拌是對混合料進行強制攪拌的同時復合一個高頻振動，使物料處于高頻顫振狀態，這種額外施加的高頻低幅振動可以破壞物料間的黏結，降低物料間的內摩擦力，減少水泥顆粒的團聚，提高微觀層次上的均勻性（如圖1 (b)），從而提高水泥穩定碎石半剛性基層的抗裂性能，滿足工程使用性能。

 

圖1 水泥團顆粒分布對比

 

2 室內試驗

2.1 原材料

　　水泥采用常山南方水泥有限公司產P.O42.5水泥，初凝時間377min,終凝時間453min，經過抽檢各項指標均符合規范要求。骨料采用嵊州市某公司生產的0～2.36mm、2.36～4.75mm、1.75～19.0mm、19.0～31.5mm四檔集料，所有材料經過抽檢各項指標均符合規范要求，檢測數據見表1～表4。根據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）、《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）和國家其他現行的有關規定，7天無側限抗壓強度要求不低于5.0MPa，路面基層設計水泥用量參考值為4.2%，壓實度要求不低于98%。

　　（1） 0～2.36mm細集料

表1 0～2.36mm細集料檢測結果

　　（2） 2.36～4.75mm細集料

表2 2.36～4.75mm細集料檢測結果

　　（3） 4.75～19.0mm粗集料

表3 4.75～19.0mm粗集料檢測結果

　　（4） 19.0～31.5mm粗集料

表4 19.0～31.5mm粗集料檢測結果

2.2 級配設計

　　根據現場物料情況和試驗室試拌情況，確定了0～2.36mm、2.36～4.75mm、1.75～19.0mm、19.0～31.5mm四種粒徑的骨料級配和水泥穩定碎石配合比，如表5所示，采用振動成型得到了不同水泥含量時混合料的最大干密度、最佳含水量，如表6所示。

表5 礦質混合料級配

表6 不同水泥摻量時混合料的最佳含水量和最大干密度

2.3 試驗結果及分析

　　（1） 混合料水泥劑量

　　為了對比不同攪拌方式下水泥劑量的穩定性，分別對兩種攪拌工藝生產的混合料取不同車次進行水泥劑量滴定試驗，各進行5次滴定試驗，通過滴定結果計算標準差，試驗結果見表7。

表7 水泥劑量試驗結果

　　從表7可以看出，設定水泥劑量3.5%，振動攪拌時水泥劑量平均值為3.56%，普通攪拌時為3.74%，均滿足水泥劑量設計值3.5%的要求。

　　與普通攪拌相比，振動攪拌時水泥劑量更接近設定值，標準差為0.24，水泥劑量也更穩定。

　　（2） 無側限抗壓強度

　　無側限抗壓強度是評價混合料性能的一項重要指標。在本次試驗中，對兩種攪拌工藝生產的不同水泥劑量混合料取樣，振動成型無側限抗壓試件，分別進行養護后開展室內7d無側限抗壓強度試驗，試驗結果見表8。

表8 室內7d無側限抗壓強度試驗結果

圖2 不同攪拌方式7d無側限抗壓強度對比        圖3 不同攪拌方式無側限抗壓強度變異系數對比

　　由表8和圖2～圖3可知：水泥劑量為4.2%時，采用傳統雙拌缸攪拌工藝時，7d無側限抗壓強度平均值為6.2MPa，代表值為5.0MPa，變異系數11.9%；采用振動攪拌工藝時，7d無側限抗壓強度平均值為6.6MPa，代表值為5.7MPa，變異系數8.0%。與普通攪拌相比，強度代表值提升了14%，變異系數降低了32.7%。水泥劑量為3.5%時，采用振動攪拌工藝7d無側限抗壓強度代表值為5.1MPa，與普通攪拌4.2%水泥劑量時相當，變異系數只有7.7%，降低了35%。由此可見，強度設計值為5MPa時，采用振動攪拌僅需3.5%水泥劑量，與普通攪拌4.2%水泥劑量相比，節省了16.6%。

 

3 路用性能試驗

　　為了研究不同攪拌工藝對路用性能的影響，對兩種攪拌工藝進行了試驗段對比，振動攪拌設備為德通產DT600穩定土振動攪拌設備（圖4）。在相同攤鋪、碾壓和養生條件下，取芯對比芯樣完整性和強度。圖5和圖6分別為振動攪拌和傳統雙拌缸攪拌的芯樣，可以看出，振動攪拌時芯樣密實度及完整性明顯好于傳統雙拌缸。

圖4 穩定土振動攪拌機

　　由表9和表10可知：在相同條件下，水泥劑量設定值為3.5%，采用振動攪拌時，強度代表值為5.09MPa，滿足設計要求，變異系數為5.97%；采用普通攪拌時，強度代表值為3.23MPa，不滿足設計要求，變異系數為8.29%。所以采用振動攪拌時水泥穩定碎石路用性能更佳，3.5%水泥劑量即可滿足設計強度要求，芯樣完整不斷根，滿足工程要求。

表9 傳統雙拌缸試驗段芯樣強度

表10 振動拌合組試驗段芯樣強度

圖5 振動攪拌芯樣                   圖6 傳統攪拌芯樣

　　根據試驗段的情況，本項目全線應用振動攪拌技術，實現了綠色建設、降本增效的目標。

 

4 結 語

　　同條件下不同攪拌工藝對比結果表明：

　　（1）采用振動攪拌時，水泥劑量更穩定，利于保證工程質量一致性；

　　（2）相同水泥劑量4.2%時，與傳統雙拌缸攪拌相比，振動攪拌時，7d無側限抗壓強度提高約14%，同時變異系數降低32.7%；

　　（3）滿足設計強度5MPa時，普通攪拌需4.2%水泥劑量，振動攪拌僅需3.5%，節省約16%，同時變異系數降低35%。原路面結構強度PSSI對就地熱再生技術的成敗至關重要，其值大于80才是理想的方案。

 

參考文獻

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作者簡介：韓意，男，本科，工程師，主要從事試驗檢測管理工作。

（責任編輯：休魚）