振動成型法最佳振動時間控制應(yīng)用研究

丁剛++胡文奎++魏汝明

摘要：結(jié)合廣州至樂昌某高速公路工程，通過級配衰退規(guī)律試驗及擊實試驗，探討了振動成型法的最佳振動時間。研究結(jié)果表明：在2 min時水泥穩(wěn)定碎石混合料各粒徑顆粒振碎率增長均趨于緩和，2 min后振動對級配衰退規(guī)律影響不大；振動擊實試驗在120 s、135 s時最大干密度分別為2.328 g/cm3、2.325 g/cm3，均已經(jīng)超過重型擊實法下的最大干密度，2 min后的最大干密度均在誤差范圍內(nèi)上下浮動，均符合工程要求；2 min可作為合理的振動擊實時間用于振動擊實試驗，以供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：振動時間；級配衰退；振動成型法；重型擊實法；最大干密度

中圖分類號：U414

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）10020303

1 引言

近年來，振動成型法以成為水泥穩(wěn)定碎石材料基層的設(shè)計施工的常用方法。利用振動成型法進行水泥穩(wěn)定碎石基層配合比優(yōu)化設(shè)計，并同傳統(tǒng)重型擊實方法進行對比分析，在提高水泥穩(wěn)定碎石強度、降低水泥劑量和減少收縮裂縫等方面取得了顯著的成果[1～3]。《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51-2009）對振動成型法進行了詳細地闡述，并對振動壓實機振動參數(shù)進行了規(guī)定，但現(xiàn)行規(guī)程并未對振動時間進行規(guī)定，在實際工程中缺少相應(yīng)的工程經(jīng)驗參考依據(jù)。因此，基于廣州至樂昌某高速公路工程項目，開展振動成型法最佳振動時間控制的應(yīng)用研究，分析并確定合理的振動時間[5～7]。

2 原材料和混合料級配

（1）水泥。以華新水泥有限公司生產(chǎn)的華新堡壘牌復(fù)合硅酸鹽水泥為標(biāo)本，強度等級為32.5 MPa，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF30-2003）要求。

（2）集料。采用昌山石料場生產(chǎn)的集料，規(guī)格分為19～31.5 （mm）、9.5～19 （mm）、4.75～9.5（mm）和0～4.75（mm）。其中，碎石粒徑不大于31.5 mm，集料壓碎值為20.6%；19～31.5 （mm）規(guī)格碎石針片狀的含量為9.7%；9.5～19 （mm）規(guī)格碎石針片狀的含量為19.0%；石屑中小于0.5（mm）粒料中液限為17.0%，塑性指數(shù)為3.0。含泥量：9.5～31.5（mm）為0.5%；4.75～9.5（mm）為2.0%。

（3）混合料級配。參照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000），采用骨架密實型級配，混合料級配如表2所示。

3 振動擊實法合理振動時間的試驗研究

3.1 振動時間對級配衰退規(guī)律的試驗研究

壓實機采用ZY-4型振動成型壓實機，在對壓實機進行參數(shù)設(shè)置之后，分別對水泥穩(wěn)定碎石試件進行振動擊實，研究時間對水泥穩(wěn)定碎石級配衰退的影響規(guī)律，確定合理的振動時間。試驗結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3試驗的結(jié)果得到曲線，見圖1、2。

在兩種不同振動參數(shù)下，顆粒振碎率與振動時間關(guān)系曲線十分相近，說明壓實機振動對水泥穩(wěn)定碎石級配影響規(guī)律基本一致；振動前期（約0～1 min），19 mm顆粒的振碎率在20%～25%之間，9.5 mm顆粒振碎率在14%～20%之間，4.75 mm顆粒振碎率在10%～15%之間，說明壓實機在振動前期（0～1 min）對水泥穩(wěn)定碎石級配影響較大，水泥穩(wěn)定碎石破碎率增幅較大；振動中期（1～2 min）顆粒振碎率增幅逐漸減緩。其中，2 min時19 mm顆粒振碎率比1 min中時僅增加4.6%和8%，9.5 mm顆粒振碎率僅增加2.1%和2.4%，4.75 mm顆粒振碎率增加較少，不到0.9%和1.7%；在2 min之后，各粒徑顆粒振碎率增長均趨于緩和，在振動作用下水泥穩(wěn)定碎石混合料逐漸密實。

3.2 工程應(yīng)用研究

3.2.1 擊實試驗

振動擊實法。利用ZY-4型振動成型壓實機，壓實成型水泥穩(wěn)定碎石混合料試件，確定不同水泥含量的水泥穩(wěn)定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。

壓實機參數(shù)設(shè)置。振動頻率29 Hz、偏心塊夾角600、激振力6800 N、靜面壓力0.1 MPa，選取不同振動總時間，研究振動時間對水泥穩(wěn)定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度的影響規(guī)律。

重型擊實法。利用JZ-2D重型擊實儀，壓實成型水泥穩(wěn)定碎石混合料試件，確定不同水泥含量的水泥穩(wěn)定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度，試驗結(jié)果與振動擊實法試驗結(jié)果進行對比。

3.2.2 試驗結(jié)果對比

采用3.0%水泥劑量進行振動擊實試驗，比較在兩種不同擊實方法下（ 振動擊實和重型擊實）混合料的最大干密度和最佳含水量。

振動擊實試驗選擇振動時間分別為45 s、75 s、105 s、135 s、165 s，試驗結(jié)果如表4所示。

通過分析表4及圖3試驗結(jié)果可知，在振動時間為135 s時最大干密度達到2.325 g/cm3，最佳含水量為5.4%，其最大干密度已經(jīng)超過重型擊實法下的最大干密度，已經(jīng)符合工程規(guī)范要求。

為了進一步確定最合理的振動時間，在縮小振動時間范圍后繼續(xù)開展振動擊實試驗，確定在不同振動時間下的最大干密度及最佳含水量，試驗結(jié)果表5所示。

縮小振動時間范圍后振動擊實最大干密度隨振動時間變化曲線如圖4所示。

通過分析表5及圖4試驗結(jié)果可知，振動時間為120 s時最大干密度達到2.328 g/cm3，最佳含水量為5.3%，其最大干密度不僅超過重型擊實法下的最大干密度，符合工程規(guī)范要求，而且在120 s之后混合料的最大干密度趨于穩(wěn)定，在誤差范圍內(nèi)上下浮動，與前面振動時間對水泥穩(wěn)定碎石級配衰退影響規(guī)律一致，證明將2 min作為振動擊實時間用于振動擊實試驗，作為工地實驗室參考依據(jù)，進行水泥穩(wěn)定碎石基層配合比優(yōu)化設(shè)計是合理的。

4 結(jié)論

（1）振動時間對級配衰退規(guī)律的影響用于確定最佳的振動時間是可行的。試驗表明，在2 min時水泥穩(wěn)定碎石混合料各粒徑顆粒振碎率增長均趨于緩和，2 min后振動對級配衰退規(guī)律影響不大，2 min可作為合理的振動擊實時間用于振動擊實試驗。

（2）初步試驗得出，振動成型法在135 s時最大干密度為2.325 g/cm3，已經(jīng)超過重型擊實法下的最大干密度，最佳振動時間存在105～135 s之間。

（3）經(jīng)進一步試驗驗證，振動成型法在2 min時最大干密度為2.328 g/cm3，大于重型擊實法下的最大干密度，2 min后的最大干密度均在誤差范圍內(nèi)上下浮動，均符合工程要求，證明2 min作為振動擊實時間用于振動擊實試驗，作為工地實驗室參考依據(jù)，進行水泥穩(wěn)定碎石基層配合比優(yōu)化設(shè)計是合理的。

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