水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術的應用

梁波 覃捷

摘要：文章結合河池至百色高速公路№E合同段路面工程實例，從振動攪拌原理、關鍵技術、試驗方法、研究成果等方面，介紹了振動攪拌技術的實際應用，為水泥穩(wěn)定碎石基層施工提供理論依據(jù)。

關鍵詞：振動攪拌;水泥穩(wěn)定碎石;試驗應用;研究成果

0 引言

傳統(tǒng)的攪拌技術在水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中存在水泥劑量偏大、混合料拌和不均勻等問題，導致基層不易壓實、板結性能不良、強度不足、容易出現(xiàn)開裂，存在較大的基層質量隱患。相對于傳統(tǒng)攪拌技術，水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術在攪拌機理方面實現(xiàn)了重大突破，在強制式攪拌的基礎上，加入振動攪拌，使混合料更加均勻地拌和，從而提高了混合料的使用性能，而且能夠適量地減少水泥用量，有利于現(xiàn)場施工質量管控，使得基層施工質量得到提高，為公路基層施工提供了經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

河池至百色高速公路№E合同段路面工程起訖樁號為K117+000～K145+400，公路里程為28.4 km，路基寬度為24.5 m，路基主線采用雙向四車道高速公路標準建設。主線路面基層結構為：20 cm級配碎石墊層+20 cm4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+33 cm5%水泥穩(wěn)定碎石基層。

2 研究內容及目的

2.1 研究內容

在河池至百色高速公路№E合同段路面基層施工中采用振動攪拌技術，主要從以下幾個方面內容進行研究分析：（1）進行配合比設計研究，選擇3種水泥劑量2.5%、3.0%、3.5%在相同的配比情況下，分別進行振動攪拌和非振動攪拌兩種攪拌方式的樣品對比，得出振動攪拌和非振動攪拌的各種指標的差別，尤其是強度最[KG（0.1mm]大值、強度最低值、變異系數(shù)、Rc0.95等幾個重要指標的差別;（2）按照設計配合比，在同一天、同一施工現(xiàn)場、同一拌和環(huán)境、同一運輸環(huán)境條件下，對水泥穩(wěn)定碎石混合料分別采用振動攪拌和非振動攪拌，在相同的攤鋪、碾壓、養(yǎng)護條件下，進行芯樣對比和抗壓試驗，從直觀和抗壓數(shù)據(jù)中對比評價攪拌效果;（3）根據(jù)試驗結果，在振動攪拌的各項試驗指標達到設計要求的前提下，逐步降低水泥用量，直至得出能滿足技術規(guī)范要求的現(xiàn)場施工最佳水泥用量;（4）總結成果推廣至整個合同段的基層施工，同時對施工過程和試驗數(shù)據(jù)進行嚴密控制，確保工程質量。

2.2 研究目的

為減少因水泥穩(wěn)定碎石的水泥用量取高限值時容易產生開裂，水泥用量偏小時出現(xiàn)基層板結性差承載能力差等質量問題，本文開展了水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術的研究，確定施工的最佳水泥用量，提高基層的施工質量，并且推動水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術廣泛應用。

3 振動攪拌工藝原理

水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌裝置如圖1所示。

振動攪拌裝置是在普通強制式攪拌機上施加振動器，在對水泥穩(wěn)定碎石混合料進行強制攪拌的同時加以振動作用。混合料的顆粒處于振動狀態(tài)，混合料顆粒的運動速度增大，增加了物料顆粒間的相互碰撞的頻率，水泥漿及細集料就會均勻地附著于粗骨料表面，這不僅可以增加水泥水化反應的進程，也可以改善水泥穩(wěn)定碎石的微觀結構。如圖2所示。

4 振動攪拌關鍵技術操作

4.1 振動攪拌站安裝

振動攪拌站主要是對以下設備進行依次安裝：振動攪拌主機、水泥配料系統(tǒng)、皮帶輸送機、骨料儲料斗、骨料配料系統(tǒng)、水泥倉、螺旋輸送機、電氣部分。

4.2 振動攪拌站試機

在調試前進行準備工作，檢查各部分的緊固情況，檢查各部位潤滑情況，檢查各減速箱及電動滾筒油位是否在要求范圍內等。然后對振動攪拌主機、原材料及混合料皮帶輸送機、粒料皮帶秤、粉料電子螺旋秤等進行單元調試。單元調試一切正常后進行空載試機，再進行負載試機，確定施工配合比后，先將水箱加滿水，水泥倉上好料，粒料在皮帶秤啟動后上料，將粒料用量輸入控制系統(tǒng)，調節(jié)好供水系統(tǒng)、水泥計量系統(tǒng)、粒料計量系統(tǒng)，然后手動單元負載試機后再整機負載試機。

4.3 混合料拌和

首先根據(jù)施工配合比對混合料級配范圍內不同集料、水泥、水進行單獨計量，然后將計量好的各種物料通過輸送機和供水系統(tǒng)輸入振動攪拌主機內，混合料在攪拌機內得到充分強制攪拌及振動作用，拌和均勻后混合料從出料口出來通過皮帶輸送機輸送至成品料儲料斗內，以備車輛裝載運至施工現(xiàn)場。

皮帶輸送機采用稱重傳感器對骨料進行連續(xù)稱量，稱重傳感器將稱量信號不斷反饋至電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)進而給對應的配料倉底部卸料口的控制泵發(fā)出指令信號，實時對骨料實際輸送量進行調節(jié)。振動攪拌站工作如圖3所示。

5 試驗方法

5.1 水泥穩(wěn)定碎石級配范圍，如表1所示。

5.2 級配設計

采用1#（19～31.5）、2#（9.5～19）、3#（4.75～9.5）、4#（0～4.75）四種集料進行骨架密實型級配設計。如表2、表3所示。

5.3 確定最佳含水量和最大干密度

選擇水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%，分別測定各劑量條件下混合料的最佳含水率和最大干密度。確定混合料最大干密度采用重型擊實法，至少做最小、中間和最大三種不同水泥劑量混合料的擊實試驗。其他兩種劑量混合料的最佳含水量和最大干密度用內插法確定，結果見表4。

5.4 無側限抗壓強度試驗

根據(jù)《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）規(guī)定，本項目水泥穩(wěn)定碎石基層的7 d齡期無側限抗壓強度≥4.0～6.0 MPa，根據(jù)試驗確定的最佳含水率、最大干密度及壓實度要求，用靜壓法按壓實度（98%）成型標準試件，分別對不振動和振動攪拌進行試驗，兩種條件下每種水泥劑量均制作9個試件，在標準條件下養(yǎng)生6 d，浸水24 d后取出，進行無側限抗壓強度試驗，試驗結果見下頁表5、表6。

5.5 現(xiàn)場芯樣抗壓強度試驗

根據(jù)現(xiàn)場具體施工情況，分別對不振動和振動攪拌段落進行鉆芯取樣，兩種條件下每種水泥劑量均鉆取3個芯樣，并制作成標準試件，進行抗壓強度試驗。試驗結果見表7、表8。

根據(jù)以上的試驗結果可知，采用振動攪拌時，水泥劑量為3.0%，滿足設計要求;采用常規(guī)攪拌時，水泥劑量為3.5%，滿足設計要求。

5.6 推廣實施數(shù)據(jù)情況

6 主要研究成果

（1）減少水泥用量，節(jié)約生產成本

河池至百色高速公路土建工程№E合同段，水泥穩(wěn)定碎石基層采用振動攪拌施工工藝，完成28.4 km水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層的施工。為滿足規(guī)范要求，不振動攪拌水泥用量底基層為3.5%，基層為4.5%;而采用振動攪拌技術，底基層水泥用量可調整為3.0%，基層為4.0%，同等條件下所需水泥用量可減少5%～10%。經(jīng)計算可得單幅路基每公里水泥穩(wěn)定碎石基層和底基層可以減少水泥用量約為72.7 t，按水泥價350元/t計算則可以節(jié)省2.5萬元/km（單幅）。

（2）改善混合料的綜合性能，提高工程質量

水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層采用振動攪拌施工工藝后，水泥顆粒分布更加均勻，水泥水化反應速度更加快，增加了水泥和骨料間的粘結力，提高混合料的強度與均質性，能夠解決因水泥穩(wěn)定碎石的水泥分布不均導致局部水泥含量高而產生裂紋的問題和局部水泥用量低而產生的抗載荷能力及水穩(wěn)定性降低、局部唧漿沉陷等問題。在運輸、攤鋪過程中混合料的離析程度顯著減小，碾壓壓實效果更好，工程質量得到大幅提升。

（3）減少占地，適應復雜環(huán)境施工

傳統(tǒng)攪拌機為了保證攪拌質量，一般采用增加攪拌筒的長度以提高攪拌的時間，但增加攪拌筒長度也相應增加了機械成本。而振動攪拌無須增加攪拌長度就能使混合料攪拌更加均勻，同時對安裝場地的要求更低，占地較少，更有利于整體布局。

（4）減少路面病害的發(fā)生，具有良好的社會效益

水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌可以減少水泥用量，減少能源的開采，降低對環(huán)境的污染。同時，減少了基層的開裂，減少反射裂縫的發(fā)生，減輕了瀝青路面早期損害程度，在一定程度上改善了道路的行車舒適性。公路的日常養(yǎng)護也因此大大減少，并減少了交通擁堵的發(fā)生率，有利于可持續(xù)發(fā)展，具有很好的社會效益。

7 結語

本文研究了水泥穩(wěn)定碎石振動攪拌技術在河池至百色高速公路№E合同段基層施工中的試驗及實際推廣應用，從施工現(xiàn)場芯樣可以看出基層水泥穩(wěn)定碎石的完整性及均勻性都得到有效提升。振動技術提高了水泥利用率，在確保基層抗壓強度的前提下可以適量減少水泥用量，使得本合同段基層質量很大程度上得到良好提升，提高了路面使用的耐久性，而且降低了工程成本，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

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