水稳碎石混合料计算(振动搅拌技术在水泥稳定碎石基层中的应用)

Posted 2023-05-30

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水稳碎石混合料计算(振动搅拌技术在水泥稳定碎石基层中的应用)

摘要

为研究振动搅拌技术对水泥稳定碎石性能的影响，本文以某公路水泥稳定碎石基层施工为背景，通过检测水泥稳定碎石原材料性能并进行室内强度试验，来研究水泥稳定碎石在实际工程中的施工工序及施工应用效果。研究结果表明:随着水泥稳定碎石水灰比及养护龄期的增加，其无侧限抗压强度及劈裂强度均增加，且在同等水灰比及养护龄期下，振动搅拌成型试件强度均大于普通成型试件;振动搅拌成型试件抗压强度BDR(耐冻系数)优于普通搅拌成型试件;水泥稳定碎石基层施工完成后，检测得出压实度及平整度均满足规范要求，这表明振动搅拌在水泥稳定碎石中具有较好的应用效果。

关键词

水泥稳定碎石 | 振动搅拌 | 强度试验检测 | 压实度

本文以某公路水泥稳定碎石基层施工为背景，通过检测原材料并总结施工工艺，来研究水泥稳定碎石室内力学强度及实际工程中的应用效果，以期为道路基层施工提供建议。

原材料及试验方法

水泥

水泥作为保障水泥稳定碎石强度的重要原材料之一，其性质直接关乎道路施工质量及使用寿命。因此，本研究选用某品牌PC32.5R复合硅酸盐水泥，该水泥满足初凝时间3h以上及终凝时间在6h以上，水泥技术指标如表1所示。

集料与级配

(1)集料

集料技术性能如表2所示。

(2)级配

碎石合成级配如表3所示。

振动搅拌技术

(1)振动搅拌技术

现有水泥稳定碎石搅拌技术一般有自落式搅拌技术及强制式搅拌技术。自落式搅拌技术依靠混合料自身重力与搅拌设备转动进行强制拌和，难以对混合料搅拌均匀，同时生产效率较低。强制式搅拌技术依靠搅拌轴高转速不仅对设备磨损较大，而且由于较大的搅拌速度易造成混合料离析，严重影响混合料施工质量。近年来，随着材料工艺及施工设备的不断优化，诸如振动搅拌技术之类的施工新技术逐步应用于水泥稳定碎石拌合施工中，振动搅拌机采用外加振动作用，使得水泥颗粒在初步水化过程中保持振颤状态，从而减少未分散水泥的聚集，提高水泥颗粒在集料中的均匀性。此外，振动作用还可除去集料表面灰尘，加强水泥与集料之间的裹附粘接力。

(2)振动搅拌设备

本研究采用某品牌搅拌机进行室内试验，该搅拌机为双卧轴式搅拌设备，振动设备安装于搅拌主轴上，不开振动机械时即可作为普通搅拌机，某品牌振动搅拌机参数如表4所示。

水泥稳定碎石强度试验

基层在路面结构中除了承载自身重力，还需承上部结构及行车荷载的作用，因此，强度是保证水泥稳定碎石基层施工质量的关键指标之一。本文为研究不同搅拌方式对水泥稳定碎石强度的影响，分别采用振动搅拌方式及普通搅拌成型水泥稳定碎石试件，并对试件进行抗压强度试验、劈裂强度试验及冻融循环试验。为统一搅拌时间对试件强度的影响，本研究统一搅拌时间为50s。

无侧限抗压强度

本研究按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)规定，采用击实试验成型试件，并将其进行养生，待养护一定会龄期后对试件进行无侧限抗压试验，无侧限抗压强度试验结果如表5所示。

由表5可知，当水灰比一致时，随着养护龄期的增长，普通搅拌方式及振动搅拌方式成型的试件抗压强度均增大，且振动搅拌成型试件强度大于搅拌成型试件;当养护龄期相同时，随着水灰比的增加，水泥稳定碎石试件强度均增加，其中振动搅拌成型试件强度大于普通搅拌成型试件;当水泥稳定碎石搅拌方式不同时，无侧限抗压强度随着水泥用量的增加而增加，这可能是由于振动搅拌饭方式将混合料中的积聚水泥颗粒打散，使得水泥颗粒充分与水发生水化反应，并通过振动作用将水化产物均匀分散到混合料中。此外，在相同抗压强度等级下，振动搅拌方式水泥用量小于普通振动方式，由此可知，振动搅拌方式在一定程度上节约水泥用量，降低工程成本。

劈裂强度

水泥稳定碎石基层抗拉强强度是保证基层使用寿命的关键指标之一，劈裂强度即为间接拉伸强度，本研究采用养护28d的不同水泥剂量试件进行劈裂强度试验，劈裂强度试验结果如表6所示。

由表6可知，随着混合料水灰比的增加，两种不同搅拌方式成型的试件劈裂强度均逐步增长，其中振动搅拌成型的试件劈裂强度及劈裂强度增长幅度均大于普通搅拌成型的试件，这种现象与抗压强度增长过程类似，均由于振动搅拌技术分散水泥颗粒，促进水泥水化程度，提高集料与水泥浆的裹附性，从而增强混合料强度。

冻融循环试验

水泥稳定碎石冻融循环试验直接反映实际环境中基层的抗冻能力，本研究按照《无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)进行冻融循环试验，将养护28d，水灰比为5%的试件经过5个冻融循环后，分别进行无侧限抗压强度及劈裂强度试验，试验结果如表7所示。

由表7可知，经5次冻融循环后，振动搅拌成型试件抗压强度BDR(耐冻系数)为93.3%，大于普通搅拌成型试件;振动搅拌成型试件劈裂强度BDR(耐冻系数)为77.6%，小于普通搅拌成型试件。

工程实践

工程概况

某公路工程修筑水泥稳定碎石基层试验段，试验段全长500m，双向4车道，设计厚度18cm，并采用振动搅拌机进行水泥稳定碎石拌合。

施工工序

(1)施工前准备

施工人员首先应对进场原材料进行检测，对于不符合要求的原材料禁止进入施工拌合站，同时检修施工参与器械，尽可能保持施工机械处于最佳施工状态;进入施工场地前，施工人员检查、清扫下承层表面，使得施工路段内清洁、无杂物，为水泥稳定碎石混合料创造良好的施工条件。

(2)混合料拌合

本项目水泥稳定碎石拌合采用双卧轴式振动搅拌机，为提高水稳碎石混合料拌合均匀，各原材料应集中厂拌，如若施工现场条件限制也可选用施工现场采用振动拌合设备进行拌合。原材料拌合前需对振动搅拌设备进行调试，并根据生产配合比和集料干湿状况计算水泥、砂及水用量。混合料加水拌合时，施工人员应根据施工当天温度及日照蒸发量情况调节用水量，当在夏日炎热、蒸发量较大施工时，拌合用水量可适当提高0.5~1%;而当施工温度较低时，拌合用水量可适当降低0.5%。此外，在混合料拌合过程中，施工人员需随时抽检拌合用水、级配及混合料均匀性。

(3)混合料运输

待混合料拌合完成后即可装料运输，为减小混合料在装料过程中发生离析，混合料装车时应采用三步装料法，遵循车厢前、后、中装料顺序。由于水泥稳定碎石混合料含水量极易受到环境影响而影响压实质量，因此在装料完成后采用土工布或篷布覆盖在车厢。在运料过程中，由于车速突然加减容易对混合料产生振荡作用，进而使得混合料发生离析，因此，车辆行进过程中，尽量保持匀速行驶。

(4)混合料摊铺

水泥稳定碎石摊铺前调整摊铺机摊铺宽度及摊铺机螺旋布料器，减少在摊铺过程中混合料进料不均匀而产生离析情况;并且调整摊铺机导料板距离摊铺面的高度，防止因为距离较大导致混合料在下落过程中发生离析，直接影响到混合料摊铺均匀性和强度形成的稳定性。

(5)混合料压实

水泥稳定碎石压实过程是基层强度形成的重要工序，待摊铺完成后，首先及时启动钢轮压路机连续在摊铺全宽范围内进行初压，压路机碾压路线应先两边后中间进行均匀碾压，碾压搭接宽度应为碾压宽度的三分之一。复压采用振动压路机进行压实作业，并在此时对基层压实度进行检测，对欠压实区域及时进行补压，直至施工路段内压实度符合要求。终压采用胶轮压路机消除复压钢轮轮迹，并提高基层顶面的平整度。

(6)基层养生

水泥稳定碎石基层施工完成后，即刻布设土工布进行保湿养生，在养生期内施工路段无关人员及车辆禁止穿行。

施工质量检测

(1)压实度检测

压实度作为控制水泥稳定碎石基层施工质量的主要指标之一，其压实情况直接反映基层性能要求及使用寿命。因此，本文采用灌砂法对基层压实情况进行检测，压实度检测结果如表8所示。

由表8可知，该施工路段压实度检测值平均值达98.3%，各检测点压实度均满足压实度规范要求。

(2)平整度检测

基层平整度直接影响到上面层平整性及面层厚度均匀性，因此基层施工完成后，研究人员采用3m直尺对基层平整度进行检测，基层平整度检测结果如表9所示。

由表9可知，水泥稳定碎石基层平整度各检测值均小于规范要求值8mm，且基层顶面平整度均值为5.9mm，完全能够满足设计要求。

结语

振动搅拌技术运用于水泥稳定碎石基层中，由于其利用小的水泥用量达到同等水平的基层强度，且搅拌效率及搅拌混合料性能优于普通搅拌技术。本文通过检测水泥稳定碎石各原材料性能，概括总结振动搅拌技术及其实际工程中的施工工序，研究振动搅拌技术与普通搅拌技术在水泥稳定碎石基层中应用的差异性，这对我国公路建设具有重要意义。