淺析振動成型法在抗裂型水泥穩定碎石基層中的應用

李順

摘 要：水泥穩定碎石基層是我國目前在高等級瀝青路面中應用最為廣泛的基層形式，具備整體強度高、板體性好；水穩定性與抗凍性較好；對地材要求低、造價低等優點，但同樣具有反射裂縫、早期破壞及結構性破壞，最后喪失板體性等缺點，文章主要介紹分析振動成型法在水泥穩定碎石級配設計、施工過程中的應用來避免裂縫等提高水泥穩定碎石基層的施工質量。

關鍵詞：振動成型；水穩混合料；重型擊實；設計強度

1 我國水泥穩定碎石基層的應用現狀

1.1 水泥穩定碎石基層是我國在瀝青路面中應用最為廣泛的基層形式，在新建及改擴建工程中所占比例在90%以上。作為承受路面主要荷載的水泥穩定碎石基層有以下優勢：水泥穩定碎石強度形成快，養生期短，開放交通早；水穩定性高，抗沖刷能力強；能避免粉煤灰中硫、磷等元素對路面的不利影響等。但水泥穩定碎石基層缺點同樣明顯，主要表現在：荷載作用下強度與模量逐年衰減；因反射裂縫導致瀝青面層出現裂縫；對荷載大小的敏感性較大，容易出現致命破壞；密水性好，容易積水，導致瀝青路面水損壞；收縮、溫縮系數大，導致路面早期破壞。

1.2 基于半剛性基層材料以上的特點，水泥穩定碎石基層強度和裂縫是半剛性基層的互相矛盾的兩個方面，強度是它的立身之本，有一個適宜的值，不是越大越好，強度高必然增加結合料用量，細料增加導致裂縫出現的頻率增高。為了更好的利用水泥穩定碎石的優點，弱化缺點，應在保證強度的基礎上盡量優化級配、采用較少的結合料用量，避免裂縫的出現。振動成型法就是一種突出其優點弱化其弱點的施工方法。

2 振動成型法原理及特點

2.1 振動成型法原理

2.1.1 普通標準擊實方法是在室內通過施加沖擊荷載對被壓材料進行壓實，與現場夯實過程一致，與現場靜力壓路機的作用過程雖不盡相同，但就通過對材料產生剪應力使之壓實這一效果來說是相似的。但與振動壓實通過高頻振動作用使材料產生液化來壓密的過程是完全不同的。靜力壓實成型試件的方法和靜力壓路機滾壓的機理是相同的，但是和振動壓路機的振動壓實機理則不同。

2.1.2 室內試驗作為現場施工質量控制的基礎，應當力求使室內試驗真正模擬現場的施工壓實工藝。為模擬振動壓實對材料的作用，振動成型法采用自上而下的振動成型壓實機。研究使用該成型機進行振動壓實試驗，確定材料的最佳含水量、最大干密度及振動成型試件測定無側限抗壓強度。

2.2 振動成型法特點

2.2.1 設計的水泥碎石混合料上下限均為骨架密實結構，0.075 mm篩孔通過率低，干縮抗裂系數是靜壓成型條件下的1.5倍，可顯著提高基層抗裂能力。

2.2.2 振動成型法確定的水泥穩定碎石最大干密度有所提高，平均為重型擊實法的1.024倍，因此避免了壓實度虛假超密的問題。

2.2.3 振動成型試件吸水率只有標準擊實1/10，更加致密，無側限抗壓強度更大，因此在滿足設計強度的條件下可以盡可能的減少水泥劑量。

2.2.4 振動成型法在提高混合料強度的同時，對剛度的影響較小，試件表現出更優的抗干縮性能。

2.2.5 振動法設計的混合料可以達到強度及抗裂能力同時增加的最優效果，而靜壓法則只能取其一，振動法設計可降低工程施工成本。

3 振動成型法施工質量控制

3.1 原材料控制，水穩穩定碎石的原材料質量不如瀝青面層的質量高，另外水穩混合料采用連續式拌和機，原材料規格（級配）的水穩性至關重要。因此，水泥穩定碎石質量控制的關鍵在于原材料的質量控制。

3.2 設計級配，目標是骨架密實結構，采用0.45次方級配圖，最好呈S型（其優點：既能嵌擠、又能密實，且能夠減少離析現象）。

關鍵篩孔的控制：通過率19mm（80%左右）、4.75（<35%）、0.075（<5%）

3.3 設計強度，設計強度是配合比設計時的唯一控制參數，其作用可想而知。關于其大小的問題，現行《公路路面基層施工技術規范》規定“對于高速公路和一級公路，水泥定土的7d浸水抗壓強度應根據交通量在3～5MPa之間”而新版《公路瀝青路面設計規范》規定“對于重交通而言，水泥穩定類材料的7d無側限抗壓強度應在3～4MPa之間，且不宜超過高限”。根據實踐經驗，靜壓成型的設計強度在3.5MPa左右，7d芯樣較為完整，振動成型的設計強度可設定在4.0～5.0MPa。

3.4 水泥劑量，水泥劑量的大小對于控制裂縫至關重要。一般來說，確定的成型方法下設計強度標準決定著水泥劑量的大小，一般水泥劑量增加一個百分點，強度提高40%左右。為了保證盡可能少的裂縫，在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量。由于水穩碎石施工中存在較大的變異性，考慮芯樣的完整性，建議水泥劑量控制在3.5%～4.5%。

4 振動成型法存在的不足

4.1 試驗參數不明確，影響振動擊實效果的參數主要是靜壓力、振動效率和振動時間，前兩者已經基本上達成共識，但對振動時間的控制一直存在爭議，目前存在幾個版本：100s、120s、140s～150s、回彈跳起、無規則回彈跳起、無規則回彈跳起后20～30s等，這是研究的重點。

4.2 試驗過程需進一步細化，混合料含水量較高時，混合料中的水泥漿易被振動擠出，影響試驗結果的有效性。

4.3 振動壓實時間的不確定性，導致擊實功變化，對于過振的混合料，集料破碎較嚴重。

4.4 試驗強度的離散程度大，比對困難。

5 結束語

根據已建項目施工經驗，采用靜壓成型方法設計的水穩混合料，最大干密度小，現場壓實度出現虛假的超密，且試件強度小，為了滿足設計強度必須用較高的水泥用量，因而出現裂縫較多的現象。靜壓成型方法設計水穩混合料室內的擊實功與現場的壓實機具不匹配，室內試驗的目的是指導生產，振動成型能很好的模擬現場，設計的混合料更接近現場壓實的混合料性質，能很好的指導生產。但振動成型法尚存在一些不足，需要同行們在日常的科學試驗、施工生產中不斷研究共同探討，使之成為一種科學成熟的施工工法。

參考文獻

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