振動攪拌技術在水穩層施工中的應用效果分析

黃華顯 劉敬霜

文章對比分析了傳統攪拌與振動攪拌技術的優劣，并結合靖西至龍邦高速公路工程實例，分析了振動攪拌技術在水穩層施工中的應用控制方法與效果。

振動拌合;基層;底基層;水泥;耐久性;均勻性

0?引言

隨著我國經濟建設的發展，公路交通荷載愈來愈繁重。同時，伴隨公路建設的可持續發展，提升路面結構的耐久性需求愈來愈迫切。基層和底基層的施工質量對其使用耐久性的影響至關重要。從路面結構原理上講，不論是剛性基層結構、半剛性基層結構還是柔性基層結構，基層和底基層都是路面結構的主要承重結構層。因此，加強施工質量的控制與管理，提高基層和底基層的施工質量有利于提高路面整體結構使用性能的耐久性和延長使用壽命。

1?傳統拌合和振動攪拌對比

1.1?傳統拌合機現狀

傳統攪拌方式攪拌的水泥穩定碎石具有相對較差的勻質性，尤其是水泥與粉煤灰等粉料和質地相對較細的材料，不能做到充分地均勻彌散和包裹，經常出現粗骨料表面干燥露白的狀況。而且砂石與細集料間粘結度較低，有些材料在裝卸、運輸、攤鋪過程中容易離析，這就很容易出現一定的安全隱患。經深入分析，現有的連續式攪拌裝置的攪拌在時間上相對較短，很多的細度材料在攪拌上不均勻，使很多的施工單位在施工時為了保證使用強度，往往利用高含量的水泥增加強度，導致該路面基層建設出現很多裂縫，嚴重影響路面的壽命。如果攪拌不均勻，也會導致局部混合料水泥含量偏小，路面基體的抗載荷能力及穩定性降低，使路基地面出現一定程度的沉陷。

1.2?振動拌合機拌合原理及優勢

振動拌合相比普通攪拌來講，其頻率較高，同時攪拌裝置在攪拌時都會有周期性的振動彈力波，拌合裝置每次對混合料撞擊的能量能達到靜力攪拌機的5倍以上，使水泥等細集料能夠得到充分彌散，水泥水化更加充分，水泥水化產物與骨料表面粘結度得到大幅提升，基體面的強度耐久性及耐沖刷性也得到極大的提升。振動攪拌技術的優勢如下：

（1）離析現象明顯減少

水穩基層施工中，經常會出現材料的離析狀況，這就要求在攪拌環節中生產工藝的離析控制要把握好。在實際基層施工時，振動攪拌大粒徑水穩材料時，使所有的材料能夠在基層鋪設上得到最有效的均勻分布，在最大程度上降低骨料溜肩現象的發生，使路基面的整體契合度平整密實。

（2）和易性好，壓實容易

在對公路基層的碾壓中，底基不實也是經常出現的問題，這會使路基路面出現不同程度的斷裂現象，給工程安全帶來很大的隱患。振動攪拌的應用既能使得水泥水化得到最優化的調和，也能使和水泥水化物相融合的細集料得到合理的均勻包裹，大粒徑砂石表面能夠得到最均勻的涂層，使得整個材料之間在壓合時摩擦力減小，完全能夠達到最緊密的契合，使得基面整體的抗壓度提升。

（3）降低水泥用量

在公路施工中，水泥用量較大，若不能對其進行合理的質量管理，就會導致整個路面基層出現裂縫，影響整體水泥用料的使用壽命，甚至會導致整體工程項目質量出現安全隱患，造成不必要的損失。若是水泥用量縮小，也會導致工程出現局部混合料水泥含量不足，尤其是在公路橋梁的施工中，水泥用量不足的區域在很大程度上會降低整個工程面的抗負荷抗壓能力，使整體工程的路面出現局部的塌陷或沉陷等問題，嚴重影響施工的質量。因此，利用振動攪拌技術能有效對混合料中的水泥成團施以作用，保證振碎工作落實到位，且能在一定程度上提高混合料的充分攪拌程度，保證細集料能有效包裹在粗集料的表面，保證標準成品料中水泥用量的合理性縮減。

2?振動攪拌技術在靖西至龍邦高速公路中的應用控制

2.1?工程概況

靖西至龍邦高速公路路線總里程為28.279 6 km。全線設置地州、龍邦互通式立交2處，隧道5座，大橋7座，龍邦服務區1處、靖西養護工區1處（與靖西高速管理所合建）。基層使用4%水泥穩定碎石（厚200 mm）617 146 m2，5%水泥穩定碎石（厚330 mm）575 962 m2。

2.2?水泥穩定碎石基層裂縫控制

造成水泥穩定碎石基層開裂的原因有很多，如干縮性裂縫、荷載性裂縫和溫縮性裂縫等。對基層裂縫的預防和控制可以通過以下手段進行：控制級配和壓實度、控制<0.075 mm以下的顆粒含量、控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量、選擇有利的季節或時間進行水穩基層的施工等。其中，嚴格控制混合料的級配和在施工過程中嚴格控制水泥用量是主要的預防和控制措施。

普通攪拌機拌合時間一般在15 s以內，而無機結合料穩定材料拌合物中水泥含量一般在5%以下，很難在短時間內拌合均勻，從理論上和實踐上都證明難以保證混合料的拌合均勻性。為保證使用強度，水泥穩定碎石的水泥用量普遍取高限值，這會導致在使用中出現裂縫。而其抗沖刷性能的不足是在面層出現裂縫后導致路面使用壽命迅速縮短的另一個主要因素。實驗證明，振動拌合改善了穩定碎石材料的微觀結構，能夠在提高強度的同時，減少水泥用量，從而減少裂縫的產生，提高混凝土的抗裂性及抗沖刷性能，保證水穩基層的質量。

2.3?模擬室外現場環境，采用室內振動拌合設備進行目標配合比的設計

本項目在目標配合比設計時采用了改裝的室內振動拌合設備對混合料進行拌制，該設備模擬室外振動拌合設備，使集料在拌合過程中更加均勻地與水泥結合，減小離析，提高水泥利用效率。試驗室對原材（集料、水泥、水）性能進行檢驗，各項指標滿足基層規范和設計圖紙要求。

通過7 d無側限抗壓強度試驗結果顯示，當水泥劑量為3.5%和4.5%時變異系數最小，分別為6.9%和6.4%，強度代表值分別為5.1 MPa和7.3 MPa（7 d無側限抗壓強度要求≥4 MPa）。設計圖紙要求水泥劑量為5.0%，因此上報總監辦并經審批的水泥劑量為4.5%。合理降低水泥用量更能保證水泥穩定碎石基層的質量。

2.4?生產配合比的確定和驗證

（1）通過試驗路的鋪筑，確定生產配合比

本項目基層厚度為33 cm，分兩層攤鋪，上下基層粘結通過撒水泥漿的方式進行連接。在K26+350～K26+650段進行基層試驗段的鋪筑，對目標配合比進行驗證。

通過試驗段對基層混合料的級配進行了驗證，篩分結果與設計配合比相符合，19～31.5 mm碎石∶13.2～19 mm碎石∶9.5～13.2 mm碎石∶4.75～9.5 mm碎石∶0～4.75 mm石屑=16∶17∶11∶19∶37，基層水泥劑量為4.5%，最大干密度為2.373 g/cm3，最佳含水量為5.2%。上下基層粘結用水灰比為2∶1的水泥凈漿，灑布量為1.25 kg/m2。

（2）在施工過程中對水泥劑量的進一步調整

根據水穩碎石基層和底基層配合比設計可知，底

基層和基層集料比例相同，差別在于水泥劑量的不同。當水泥劑量為2.5%時，基層強度代表值為3.6 MPa;當水泥劑量為3.5%時，基層強度代表值為5.1 MPa。

為在保證水泥穩定碎石基層質量的前提下進一步控制裂縫擴展、減小水泥劑量，在K26+350～K26+650段鋪筑水泥穩定碎石基層，在K27+000～K27+830段左幅鋪筑水泥穩定碎石底基層，得出以下結論：

通過上述路段基層和底基層的鋪筑，得出當底基層水泥劑量≥2.5%時，7 d無側限抗壓強度為3.4 MPa（設計要求強度≥3 MPa）;當基層水泥劑量≥3.5%時，7 d無側限抗壓強度為5.4 MPa（設計要求強度≥5 MPa）。經過其他路段的鋪筑得出相同的結論，且現場取芯完整密實，裂縫也得到了有效的控制，除在試驗段（水泥劑量為4.5%）出現數量極少的橫向裂縫外，未在其他路段發現基層裂縫。

3?結語

雖然水泥穩定碎石基層質量在本項目中得到了有效控制，但因地域差異造成各地材料的物理化學性能不盡相同，如何進一步在后續工程實施過程中保證水泥穩定碎石基層施工質量的前提下優化配合比、減小水泥用量、控制質量的問題仍需要我們更多地去探索。總的來講，在水泥穩定碎石基層施工項目中，振動攪拌技術的使用能夠在很大程度上提升工程基層面的質量，并且還可以使工程項目的使用壽命得到延長，保障工程項目的安全使用。

[1]JTG/T F20-2015，公路路面基層施工技術細則[S].