振动搅拌水泥稳定碎石在白明高速公路的应用
时间：2021-01-09 20:02:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】针对时下水泥稳定碎石基层易产生裂缝的普遍问题，京新国家高速白明路面五标项目部采用振动搅拌技术对其进行改善。结果表明：振动搅拌技术一方面使粗骨料表面被细集料及水泥水化产物紧密包裹，致使其产生一定的粘聚性，从而在后续的运输、摊铺过程中混合料的离析程度显著减小；另一方面使水泥与水达到充分弥散状态，即使在大幅度减少水泥用量的情况下，水泥稳定碎石基层的强度却能大幅度的得到提高，在大幅度减少半刚性基层裂纹的同时，保证了它的强度和耐久性等基层结构的使用性能。
【关键词】裂缝；水泥稳定碎石；振动搅拌技术；路面；公路
1 研究与应用背景
我国半刚性基层耐久性差和裂缝问题已经存在了多年，其中一个主要原因是搅拌的水泥稳定碎石材料不均匀[1]。这种不均匀性不仅是指经常出现的粗骨料表面干燥露白现象，这是明显的宏观不均匀，而且还指部分水与水泥等粉料拌和不均匀而出现结团的现象以及水泥等粉料和细料不能充分的均匀弥散、包裹粗骨料的细观和微观的不均匀。没有使新拌水泥稳定碎石的固、液、气三相形成完全均匀的微观结构，水泥稳定碎石在结构上存在着易发生裂缝与耐久性差的缺陷。通过把普通搅拌且在宏观上呈均匀状态的水泥稳定碎石中的水泥团放在显微镜下观察，会发现有10%～30%的水泥颗粒聚在一起形成微小的水泥团，没有完全弥散开来，如图1（a）所示。水泥团的存在一是浪费了水泥，二是聚团的水泥处由于水泥分散不均匀稳定土的强度与耐久性反而会受到影响。因此，必须通过某种方式将水泥稳定碎石中聚集、结团的水泥颗粒分散开，使其尽可能接近图1（b）所示的微观均匀的分布状态[2]。
因此，2015年8月1号实施的“公路路面基层施工技术细则”（JTG/TF20-2015）对搅拌均匀性提出了严格要求[3-5]。
2 振动搅拌技术简介
振动搅拌技术是指水泥稳定碎石在受到强制搅拌产生对流移动与剪切的同时，还受到高频低幅的振动作用，使得混合料处于高频的振动状态，粉料与水的扩散运动加快，水泥与水的水化反应速率加快进行，粗骨料与细集料及水泥的水化产物频繁碰撞，既对骨料表面起到净化的作用，还使粗骨料被细集料及水泥的水化产物充分包裹，不仅提高了水泥稳定碎石混合料的宏观均匀性，而且使水泥稳定碎石混合料的微观均匀性得到极大改善。
通过振动搅拌作用使粗骨料表面被细集料及水泥水化产物紧密包裹，致使其产生一定的粘聚性，从而在后续的运输、摊铺过程中混合料的离析程度显著减小，并使振动压实时的和易性能明显提高。此外，由于振动搅拌作用，水泥与水达到充分弥散状态，即使在大幅度减少水泥用量的情况下，水泥稳定碎石基层的强度却能大幅度的得到提高，在大幅度减少半刚性基层裂纹的同时，保证了它的强度和耐久性等基层结构的使用性能。但振动搅拌是近几年才出现的一种新的拌和技术，在水泥稳定碎石基层方面的研究和应用很少，在甘肃省的适用性、施工工艺以及其水稳碎石的力学和路用性能都有待进一步研究。本文通过试验分析，比较普通试验条件下的水泥稳定碎石与振动条件的力学性能、路用性能的差异，为该技术与设备大面积的在甘肃应用积累实践经验与依据。
3 振动搅拌技术的应用
甘肃路桥建设集团养护科技有限责任公司在京新国家高速白明路面五标宽幅超厚水泥稳定碎石底基层试验段的摊铺中，采用600t/h的双拌缸水泥稳定碎石搅拌设备1套、600t/h的单拌缸水泥稳定碎石振动搅拌设备1套来拌和水稳混合料，见图2。
根据《公路路面基层施工技术规范》（JTG/TF20-2015）、《公路工程无机结合料稳定材料试验规范》（JTG E51-2009）、《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）、《京新国家高速白明公路建设项目设计图纸》等规范和要求，水泥稳定碎石7天无侧限抗压强度设计值为3.5MPa。根据设计强度，确定该水泥稳定材料室内配合比设计水泥剂量为3.3%，按厂拌法应比室内配合比确定的水泥剂量增加0.5%，施工中应按3.8%水泥剂量控制。采用振动成型确定水泥剂量为3.8%时最大干密度为2.451g/cm3，最佳含水量为5.0%。水泥剂量为3.8%时EDTA消耗量为10.7mL。水泥稳定碎石的级配为，0-2.36mm石屑：2.36-4.75 mm：4.75-9.5mm：9.5-19mm ：19-31.5mm=30： 5： 10： 35： 20。采用双拌缸拌和水泥稳定碎石时的施工工艺为：12吨双钢轮前静后振一遍，36吨单钢轮振动两遍，36吨胶轮跟进雾化补水，22吨单钢轮前振后静一遍，36吨胶轮跟进雾化补水。采用振动型拌缸拌和水泥稳定材料时的施工工艺：振动12吨双钢轮前静后振一边，32吨单钢轮振动两边，30吨胶轮跟进雾化补水，26吨单钢轮前振后静一遍，30吨胶轮跟进雾化补水。
现场施工监测发现，振动搅拌的水泥稳定材料密实性好，未出现离析现象，见图3。经过试验检测，7天无侧限抗压强度代表值为4.6MPa，在使用同一水泥剂量的情况下，比普通双拌缸搅拌混合料强度提高0.9—1.1MPa。这是甘肃省内首次改造使用振动搅拌设备的路面施工项目，通过振动搅拌结合宽幅大厚度摊铺施工，探索防治基层裂缝这一病害的有效方法，对甘肃高速公路，甚至西北地区公路施工行业病害预防具有指导性意义。
4 研究结论
（1）我国半刚性基层耐久性差和裂缝问题已经存在了多年，其中一个主要原因是搅拌的水泥稳定碎石材料不均匀。这种不均匀性不仅是指经常出现的粗骨料表面干燥露白现象，而且还指部分水与水泥等粉料拌和不均匀而出现结团的现象以及水泥等粉料和细料不能充分的均匀弥散、包裹粗骨料的现象。没有使新拌水泥稳定碎石的固、液、气三相形成完全均匀的微观结构，水泥稳定碎石在结构上存在着易发生裂缝与耐久性差的缺陷。
（2）振动搅拌水泥稳定碎石的主要特点是，通过振动搅拌作用使水泥与水充分弥散，保证水泥稳定碎石强度不下降的同时，可以减少水泥用量，减少半刚性基层裂纹。
（3）白明路面五标宽幅超厚水泥稳定碎石底基层试验段的监测发现，振动搅拌的水泥稳定材料密实性好，未出现离析现象，7天无侧限抗压强度代表值为4.1MPa，在使用同一水泥剂量的情况下，比普通双拌缸搅拌混合料强度提高0.2—0.5 MPa。
【参考文献】
[1]羡蓓蓓.水泥稳定碎石基层施工质量变异性研究[D].西安：长安大学公路学院，2006.
[2]赵利军.搅拌低效区及其消除方法的研究[D].西安：长安大学，2005.
[3]中華人民共和国交通运输部，JTG/TF20-2015.公路路面基层施工技术细则[S].北京：人民交通出版社，2015.
[4]王旭东，张蕾，曾峰，肖倩，编著.《公路路面基层施工技术细则》实施手册[M].北京：人民交通出版社，2015.
[5]中华人民共和国交通部，JTJ034-2000.公路路面基层施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2000.
[责任编辑：张涛]
