基于振动搅拌水泥稳定碎石基层的工程应用

基于振动搅拌水泥稳定碎石基层的工程应用

江维

（四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司 四川成都 610000）

摘要：在研究水泥稳定碎石基层抗裂性时，仅仅依靠优化级配、调节水泥用量、改进施工工艺以及提高原材料质量等传统方法已经远远不够。采用振动搅拌技术来制备水泥稳定碎石基层混合料，可以显著增强其强度，减少收缩性能，并且在满足相关设计要求的前提下，显著减少水泥用量，从而充分提升基层的抗裂性能。水泥稳定碎石作为一种非匀质的复合材料，其整体性能与材料组成和空间分布紧密相关。对于低剂量散体材料的水泥稳定碎石基层而言，材料的出色力学性能和路用性能都建立在混合料具有宏观和微观均匀性的基础上。本研究结合最新的振动搅拌混合料制备工艺，通过对比实际工程中某联络线高速工程项目的 600 米试验段，评估了传统静力双搅拌缸工艺和振动搅拌工艺在水泥稳定碎石混合料均匀性、力学性能和抗裂性方面的差异。

关键词：振动搅拌；水泥稳定碎石基层；应用；

1.引言

混凝土搅拌涉及水泥、骨料和水在搅拌过程中的相互作用。这种作用导致它们相互碰撞、对流和扩散，推动材料颗粒（尤其是水泥颗粒）实现均匀分布。这一过程的目的是确保混凝土混合料在宏观和微观结构上均匀一致。混凝土搅拌质量的评价标准包括混合料搅拌后的均匀性程度、抗压强度以及耐久性指标。这些标准直接反映了混凝土搅拌工艺在宏观和微观层面上的均匀性水平。评价混凝土搅拌质量的标准主要包括三个方面：混合料搅拌后的均匀性程度、抗压强度以及耐久性指标。

近年来的大量研究表明，混凝土搅拌的动态变化和发展可以分为三个阶段：循环流动阶段、对流扩散阶段和基本稳定阶段。在第一个阶段，混合料在搅拌过程中，粗细骨料和水泥等成分进行循环流动，初步实现了宏观上的均匀，其主要运动方式为旋转流动。随着搅拌时间的增加，到达Tk时刻进入了对流扩散阶段，在这个阶段，混合料的粗细骨料和水泥开始扩散分布，特别是细骨料和水泥胶凝材料的扩散速度加快。运动方式主要为循环流动和对流扩散，此时混合料离析现象逐渐显现，研究者认为在Tm时刻开始，混合料的搅拌在均匀性和混合料离析之间交替进行，均匀度开始稳定。第三阶段，混合料处于基本稳定阶段，没有必要进一步搅拌。

2.试验设计

2.1试验段铺筑

在K3+900~K4+500 左幅下的基层施工现场将作为本研究的试验段。具体实施方案为：K3+900~K4+200 将采用传统静力搅拌技术，而K4+200~K4+500 的试验段则将尝试振动搅拌方法。这一段距离1号水稳拌合站比较近，因此在施工和管理上更为便利。基层的水泥稳定碎石将铺设厚度为19cm，长度为300m，总计658.35m3，在计划的10月10日完成铺筑。我们选取经验松铺系数1.30来作为水泥稳定碎石下基层试验段摊铺时的松铺系数，因此摊铺的厚度将为25cm。

2.2基层配合比设计

   在水泥稳定碎石下基层试验段的工作中，所选用的碎石材料是经过C4标准标定的片石，在拌和站旁设置了反击破机进行加工生产。为了确保质量，这些碎石的最大粒径被控制在31.5毫米以下，而细集料（0-5毫米）中小于0.075毫米的颗粒含量不能超过15%。水泥部分采用了上高市水泥有限公司制造的规格为P.O 42.5的水泥。基于配合比设计，水泥稳定级配碎石下基层所使用的集料规格包括：0~4.75毫米、4.75~9.5毫米、9.5~19毫米、19~31.5毫米，根据《基层细则》选择了C-B-3推荐级配范围为基础。按照本文的级配设计方法，确定了水泥稳定碎石下基层的配合比为：（19-31.5毫米）:（9.5-19毫米）:（4.75-9.5毫米）:（0-4.75毫米）=27:29:15:29。

2.3施工质量关键控制点

  （1）施工工艺流程

下层准备工作包括清扫、立模和测量放样。然后进行混合料的拌和，可以选择在厂内进行拌和工作。之后需要进行试验检测，确保混合料的质量符合要求。接着是运输环节，将拌好的混合料运送到指定位置。在摊铺过程中需要进行标高检测，以确保摊铺的平整度。然后进行碾压和试验工作，以确保混合料的密实度。之后进行养生和交通管制工作，确保施工区域的安全和质量。最后进行质量验收，确保整个施工工艺流程符合相关要求。

（2）下层准备及测量放样

在验收基础层之后，必须对其进行仔细检查和彻底清理，还需要进行边部立模操作。这样做的目的是确保基础层的平整度和密实度达到横坡、宽度等技术标准的要求，同时避免出现任何松散或积水等不良现象。为此，需要采取一系列措施来保障工作的顺利进行。首先，对底基层的每个细节进行认真检查，确保没有任何疏漏。其次，对底基层进行全面的清扫，包括清除表面的灰尘和杂物，以确保边部作业的顺利进行。最后，在边部进行立模操作，以形成稳固的建筑结构。通过这一系列措施，确保基础层的质量和可靠性，为后续工作奠定坚实的基础。

（3）拌合质量控制

考虑到配合比设计中抗裂性的要求，要注意使用级配粗集料多、水泥剂量低的特点，因此对于拌合质量的要求更高。需要确保配料准确稳定，拌合充分、彻底、均匀。可以采用振动搅拌设备来满足拌合质量的要求。具体控制要点包括：

1. 控制水泥剂量：在配合比设计阶段确定合适的掺入量，确保水泥剂量既不过大也不过小；同时需要对拌合楼水泥添加设备进行稳定性的标定和调整，以及确保拌合均匀性。

2. 控制含水量：保证拌合均匀性；建议在摊铺碾压时的初始含水量略大于最佳含水量，约增加0.3%-0.7%；在碾压完成并达到所需测压实度时，含水量略大于或等于最佳含水量；实时关注运输距离、交通状况、气温等变化情况，并根据需要调整含水量。

该试验段采用水稳拌和站进行集中拌和，按照配合比设计，将经试验符合规定的水、集料和水泥与有准确计量的稳定土一起进行拌和。在每次开工前，根据碎石的含水量调整施工配合比。项目的稳定土拌和站产量为800吨/小时。（拌合前需要进行试拌，确保级配、水泥剂量和含水量合格后方可进行生产）

（4）混合料运输质量控制

混合料的搬运工作使用25吨自卸卡车执行，务必确保搬运过程中在指定的掉头区域转向，以免对底层准备工作的基础造成破坏。在装载前，务必清洁车厢，运输途中应覆盖防水布，以减少水分损失。在卸载过程中要有专人指挥，以避免卡车碰撞铺路机，并且需要采取适当的防止分散措施来确保运送过程中的品质。

3.1摊铺效果

采用振动搅拌设备拌合的混合料，混合料粗细骨料分布均匀，无明显拌合不均导致的骨料花白和离析现象，整体上摊铺效果良好。为了检验不同搅拌方式的拌和均匀性，通过在混合料传送带与装料车上分布取3组混合料进行EDTA 水泥剂量滴定试验。结果表明：振动搅拌试验段的水泥滴定试验数据变异系数相对要小，说明混合料在振动搅拌拌合下，混合料各个组成颗粒都处于颤振状态，不断破坏了颗粒之间的粘结状态，破坏了水泥微粒团，将水泥颗粒团状态对流扩散运动，从而达到水泥稳定碎石混合料在宏观和微观上的匀质。因此在水泥剂量滴定试验中可以发现，振动搅拌可以有效地降低混合料离析和提高混合料均匀性。在相同的运输、装料方式，而传统搅拌方式的混合料水泥滴定试验结果变异系数相对要大，说明传统静力搅拌设备，仅仅只能满足宏观上均匀，但微观上就难以保证一定均匀性。在施工过程中，选择合适的搅拌设备对于混凝土的均匀性至关重要。振动搅拌方式能够有效地改善混合料的分布情况和粘结状态，从而提高整体质量。然而，对于传统静力搅拌设备而言，在保证宏观均匀性的同时，往往难以达到微观均匀性的要求，因此在选择搅拌方式时应综合考虑材料特性和施工需求，以确保施工效果最佳。

3.2取芯情况

对于本次试验段分别在振动搅拌与静力搅拌方式试验段分别取9组芯样，带回室内试验室进行切割进行强度试验。在本次取芯检查过程中，在振动搅拌试验段总共取芯9次，有一处取芯不是很完整，底部些许松动，其他几处取芯芯样基本完整，芯样混合料分布均匀；在静力搅拌试验段共取芯10次，其中一处严重烂根，取芯失败，有2处芯样底部些许松动，完整性一般，其他芯样均较为完整。结果为，振动搅拌方式的试验段中取芯强度平均值为8.16MPa，芯样完整体良好、混合料致密。传统静力搅拌的试验段中取芯强度平均值为6.0MPa。在不同水泥剂量条件下，振动搅拌的强度比静力搅拌的强度还要高出35%。可以明显得出，采用振动搅拌方式拌合，能够有效提高混合料的抗压强度和改善混合料的均匀性，提升路用性能。本次试验结果表明振动搅拌方式相比传统静力搅拌方式具有更佳的效果。通过使用振动搅拌方法，混合料的强度平均值显著提高，并且混合料的完整性和均匀性也得到了显著改善。因此，我们可以得出结论，振动搅拌方式对于提高混合料的抗压强度以及改善其性能具有重要的作用。这一发现对于道路建设和其他工程项目的设计和施工都具有重要的指导意义。

3.3试验段裂缝情况

从整体上来看，试验结果证明了振动搅拌方式在高温条件下对水泥稳定碎石基层的养护和抗裂效果。在试验段施工时期，经过半个月的保养和调查发现，振动搅拌试验段没有出现裂缝，并且基层表面平整。相比之下，传统静力搅拌试验段出现了一条约3m长的横向裂缝。这证明了振动搅拌方式能够很好地提高混合料基层的抗裂性。通过级配优化和振动搅拌技术的应用，不仅提高了水泥稳定碎石基层的抗裂性能，还减少了水泥的使用量，从而大大降低了工程造价，具有非常好的经济实用性。因此，在高温天气下施工时，应该重视水泥稳定碎石基层的养护，采用振动搅拌方式是一个有效的选择。

4.结束语

本文主要介绍了振动搅拌的原理，且以本文研究的级配设计方法，在某高速公路实际工程项目上采用不同搅拌方式进行了试验段铺筑，提出了抗裂性水泥稳定碎石混合料施工工艺质量控制要点。对比分析了振动搅拌与传统静力搅拌对混合料各性能的影响。

在试验中，我们通过对不同搅拌方式的试验段进行观察和分析，得出了一些重要结论。首先，振动搅拌能够更好地保证混合料的均匀性和致密性，有效地提高了混合料的强度和稳定性。其次，振动搅拌可以有效地减少混合料中的空隙率，降低了渗水性和冻融损伤的风险。此外，振动搅拌还能够提高混合料的工作性能，使其更易于施工和铺筑。

与传统静力搅拌相比，振动搅拌具有明显的优势。传统静力搅拌往往需要较长的搅拌时间，并且无法完全保证混合料的均匀性和致密性。而振动搅拌则能够在较短的时间内实现混合料的均匀搅拌，大大提高了生产效率。此外，振动搅拌还能够使混合料中的颗粒更加紧密排列，增加了混合料的强度和稳定性。

综上所述，振动搅拌是一种有效的混合料搅拌方式，能够显著提高混合料的性能和施工质量。因此，在实际工程中应该加大对振动搅拌技术的推广应用，并结合本文提出的抗裂性水泥稳定碎石混合料施工工艺质量控制要点，确保工程质量和耐久性。。

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