振動攪拌水泥穩定碎石施工技術探討

張立亭

摘要：水泥穩定碎石基層極易產生開裂，且缺乏良好的抗疲勞性能，影響工程施工質量。通過振動攪拌，能增強水泥穩定碎石的均勻性，并能大幅度減少施工耗用的實際水泥劑量，有效增強水泥穩定碎石基層具備的抗裂性。文章介紹了振動攪拌技術研發歷程及原理，淺析了振動攪拌技術的優勢，探討了振動攪拌水泥穩定碎石施工技術的實踐應用，以期為水泥穩定碎石施工提供借鑒。

關鍵詞：振動攪拌;水泥穩定碎石;施工技術

Cement stabilized macadam base is prone to cracking and lacks good fatigue performance，which affects the quality of construction.The vibration stirring can enhance the uniformity of cement stabilized macadam，greatly reduce the actual cement dosage used in construction，and effectively enhance the crack resistance of cement stabilized macadam base layer.This article introduces the development process and principle of vibration stirring technology，analyzes the advantages of vibration stirring technology，and discusses the practical application of vibration stirring cement stabilized macadam construction technology，hoping to provide reference for cement stabilized gravel construction.

Vibration stirring;Cement stabilized macadam;Construction technology

0 引言

當前，公路建筑工程項目普遍將水泥穩定碎石作為基層，但水泥穩定碎石基層缺乏良好的穩定性，且強度較低，極易產生開裂現象。對此，可加強對振動攪拌施工技術的實踐應用，促進水泥穩定碎石強度的有效提高，并在相同強度下，有效減少水泥的實際用量，增強水泥穩定碎石施工的均勻性和施工質量，有效避免基層出現開裂，并降低工程施工成本，增強工程項目綜合效益。

1 振動攪拌研發歷程及原理分析

1.1 振動攪拌研發歷程

在1972年，前蘇聯即研發使用了下置式振動攪拌機，有效提高了混凝土施工質量。2009年，西安德通針對振動攪拌技術實施了工業化研發應用，在2012年成功研制出混凝土振動攪拌機，并在2014年成功研制出振動式水泥穩定碎石攪拌機。

1.2 振動攪拌原理

對水泥穩定碎石相應的混合料進行攪拌時，將振動加入其中，能促進混合料粒料形成擴散作用和對流作用，并促進具有較小粒徑的材料實現均勻分布。細集料相應顆粒以及水泥漿能均勻分散地在粗骨料表面形成粘結，能有效防止粗骨料出現露白現象，并避免混合料產生不均勻分布[1]。

振動攪拌機的具體原理是將激振器增設于攪拌機器上，借助傳動裝置對振動軸進行傳遞，在強制攪拌水泥穩定碎石相應的混合料的同時，有效施加振動作用。如圖1所示。

在振動狀態下，混合料所含顆粒的運動速度大幅度增加，進而增加了物料所含顆粒的碰撞頻率以及碰撞強度，并促進細集料以及水泥漿在粗骨料表面的均勻附著，這不僅能促進水泥進行水化反應，而且還能對水泥穩定碎石具備的微觀結構進行有效改善。

相對于普通攪拌機，振動攪拌機具有較高的頻率，每分鐘釋放的振動彈力波超過1 500次，對混合料形成的撞擊能量至少是普通攪拌機的10倍。振動攪拌機能促進各類細集料形成充分彌散，并促進水泥實現充分水化，能促進水泥水化物與骨料表面形成牢固粘結，還能大幅度提升混合料具備的耐久性，并增強其強度[2]。

2 振動攪拌的優勢分析

（1）具有良好的微觀均勻性和致密性。水泥穩定碎石的各項組成材料中，水泥顆粒實際粒徑通常保持在3～80 [WTBZ]μm之間，粉煤灰顆粒實際粒徑為45 [WTBZ]μm，水滴直徑最小為20 [WTBZ]μm。只有確保上述顆粒材料均勻分布在混合料中，才能確保微觀均勻。普通攪拌機存在機理缺陷，難以促進混合料實現微觀均勻。普通攪拌水泥穩定碎石材料所含的水化硅酸鈣凝膠顆粒在骨料表面散落缺乏強有力的粘附力，水泥水化物與粗細骨料存在明顯的界面，期間呈現出疏松的過渡相結構。振動攪拌之后的水泥穩定碎石材料則實現了充分的水泥水化，且水泥水化產物與粗細骨料不存在明顯界面，微小顆粒材料彌散均勻，整體具有致密結構[3]。

（2）能對材料離析進行有效改善。對水泥穩定碎石材料進行攤鋪并實施碾壓，極易引發離析。通過振動攪拌，能對材料離析現象進行有效改善。在振動攪拌過程中，攤鋪層肩部分布有大粒徑材料，粗骨料分布于攤鋪層的底部以及頂部，未發生骨料溜肩。基層經過碾壓后，其表面均勻分布著粗骨料，路面整體具有良好的平整性和密實性。

（3）能增強材料和易性。對普通攪拌混合料進行攤鋪并實施碾壓，極易出現難以壓實的現象，并導致底部缺乏充分壓實;而振動攪拌能促進細集料以及水顆粒實現充分彌散，能有效增強材料和易性，并促進完整芯樣的形成，確保上下均勻[4]。

3 振動攪拌水泥穩定碎石施工技術的應用試驗

3.1 工程概況

某高速公路工程采用厚度為40 cm的水泥穩定碎石作為基層，為加強對振動攪拌施工技術的推廣應用，項目組在開展基層施工的過程中，專門設置了鋪筑試驗段，對振動攪拌水泥穩定碎石施工技術進行了應用試驗，有效檢測了試驗段水泥穩定碎石的各項性能指標，并與普通攪拌施工技術進行對比分析。

3.2 應用效果

3.2.1 配合比設計以及材料性質

遵循相關施工細則，對水泥穩定碎石的實際級配進行設計，如表1所示。

碎石材料來源于當地石料廠，各項指數指標相應的檢測結果如表2所示，全部符合設計的各項要求。

選用32.5型的普通硅酸鹽水泥，其強度檢測各項結果如表3所示，其3 d抗壓及抗折強度均符合相關設計要求。

3.2.2 性能對比

分別采用普通攪拌和振動攪拌施工技術對配合比相同的水泥穩定碎石進行施工，分別遵循相關規范對標準試塊進行取樣制作，按照規定的養護條件，對標準試塊進行為期7 d的養護，然后實施無側限抗壓強度試驗，得出的試驗結果如表4所示。

對表4數據進行分析，可得出如下結論：（1）采用振動攪拌施工技術，能促進水泥穩定碎石強度的有效提高。在5%的用量下，實施了振動攪拌施工技術的水泥穩定碎石，其7 d無側限抗壓強度相對于實施了普通攪拌施工技術的水泥穩定碎石強度提高了17.7%。究其原因，主要是因為振動攪拌施工技術能促進水泥實現充分水化。（2）在相同強度下，振動攪拌施工技術能促進水泥實際用量大幅度降低。在5%的水泥用量下，利用普通攪拌施工技術，水泥穩定碎石的7 d無側限抗壓強度是4.5 MPa;在4%的水泥用量下，利用振動攪拌施工技術，水泥穩定碎石的7 d無側限抗壓強度為4.4 MPa，二者在強度上不存在較大差別，但是采用振動攪拌施工技術，水泥的實際用量有效減少了1%，能有效節約工程投資。

按照表1所示的配合比設計，在5%的水泥含量條件下，分別采用振動攪拌施工技術與普通攪拌施工技術修建200 m試驗路。在實際施工中，振動攪拌施工技術下的水泥穩定碎石，其混合料實現了均勻分布，且水泥實現了充分水化。而普通攪拌施工技術下的水泥穩定碎石則在一定程度上形成了水泥團聚，粗集料表面出現了干燥露白現象，粗細集料發生了離析。在實施為期7 d的養護后，對該兩段試驗路分別進行鉆芯，實施無側限抗壓強度試驗，其試驗結果如表5所示。

對表5數據進行分析可知，振動攪拌施工技術形成的芯樣強度，其變異系數是6.9%，相對于普通攪拌施工技術形成的芯樣強度相應的變異系數，減少了58.4%。同時，振動攪拌施工技術形成的芯樣抗壓強度代表值為6.5 MPa，相對于普通攪拌施工技術形成的芯樣抗壓強度代表值提高了51.2%。這表明采用振動攪拌施工技術能大幅度提高水泥穩定碎石的強度以及均勻性。

4 結語

振動攪拌具有較強的應用優勢與良好的微觀均勻性和致密性，能對材料離析進行有效改善，并能增強材料和易性。振動攪拌施工技術通過振動源對激振力進行釋放，能對水泥團聚進行破壞，促進水泥實現充分水化和攪拌均勻性。根據工程試驗結果，在相同水泥用量下，振動攪拌施工技術能提高水泥穩定碎石的7 d無側限抗壓強度;在相同強度下，通過振動攪拌施工技術能有效減少水泥的實際用量;另外，振動攪拌施工技術能有效增強水泥穩定碎石的拌合均勻性和質量，并有效避免基層出現開裂。

參考文獻：

[1]金宏波.振動攪拌水泥穩定碎石施工技術應用[J].建材與裝飾，2018（4）：267-268.

[2]刁 龍.振動攪拌技術在水穩碎石基層施工中的應用效果研究[J].北方交通，2017（3）：98-100.

[3]張飛龍，張良奇.振動攪拌技術在水泥穩定碎石基層施工中的應用[J].工程機械與維修，2017（9）：94-97.

[4]張海濤，梁 爽，楊洪生.水泥穩定碎石振動攪拌技術與性能研究[J].科學技術與工程，2017，17（21）：303-306.