振动拌和+宽幅超厚技术在水泥稳定碎石中的应用.pdf

1722023年4月江西建材工程技术与应用振动拌和+宽幅超厚技术在水泥稳定碎石中的应月赵永伟甘肃公航旅路业有限公司，甘肃兰州730000摘要：半刚性基层已成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型，其中，水泥稳定碎石以强度高、建设成本低、抗冻性强、承载力大、水稳性好、刚度大等优点，在水泥、石灰、粉煤灰半刚性基层结合料中应用较为广泛。在施工过程中，水泥稳定碎石基层裂缝是影响半刚性基层路面疲劳寿命的重要因素之一；延长半刚性基层路面的使用寿命或降低裂缝产生的概率，是加强半刚性基层路面施工环节控制的关键。文中结合半刚性基层水泥稳定碎石基层实际案例，对相关方案可行性进行了研究。关键词：水泥稳定基层；振动拌和；宽幅超厚中图分类号：TU525文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 17 2-0 2Application of Vibration Mixing+Wide Width and Uitra ThickTechnology in Cement Stabilized Crushed StoneZhao YongweiGansu Gonghang Travel Road Industry Co.Ltd.,Lanzhou,Gansu 730000Abstract:Semi rigid base has become the main structural type of asphalt pavement on high-grade highways in China.Among them,cementstabilized crushed stone is widely used in cement,lime,and fly ash semi rigid base binder due to its advantages of high strength,lowconstruction cost,strong frost resistance,large bearing capacity,good water stability,and high stiffness.During the construction process,cracks in cement stabilized crushed stone base are one of the important factors affecting the fatigue life of semi rigid base pavement;Extending the service life of semi rigid base pavement or reducing the probability of cracks is the key to strengthening the control of theconstruction process of semi rigid base pavement.This article combines the practical case of semi rigid base cement stabilized crushed stonebase to study the feasibility of relevant schemes.Key words:Cement stabilized base;Vibration mixing;Wide and ultra thick0引言现阶段，我国超过9 0%的已建成高速公路采用半刚性基层沥青路面。在各种半刚性基层中，水泥稳定碎石具有强度高、建设成本低、抗冻性强、承载力大、水稳性好、刚度大等特点，在无机结合料中优势突出 1。然而，半刚性基层在广泛应用的同时，也暴露出了一些问题，特别是在已建成的高速公路中，半刚性基层出现了较多的早期裂缝，造成使用寿命缩短，并引发沥青路面出现其他类型的早期破坏，例如，唧浆、网裂、水损害等2。如何有效减少水泥稳定碎石裂缝数量、延缓裂缝产生的时间，是呕须解决的重要问题。本文利用现有项目，采用振动拌和加宽幅超厚铺筑技术对半刚性基层裂缝进行研究，并对项目质量和经济效益进行比选。1案例概述为切实验证振动拌和+宽幅超厚技术方案的可行性，本文选取肃北至沙枣园一级公路工程建设项目为例进行研究。肃北至沙枣园一级公路路线起于肃北县规划环城西路与纬二路延伸线交叉口，经五个庙、独山子，止于敦煌市沙枣园，与G3011柳园至格尔木国家高速公路敦煌至当金山段采用枢纽互通立交相接。施工单位综合实际情况，决定采用全宽大厚度水泥稳作者简介：赵永伟（19 7 9-），男，甘肃永昌人，本科，高级工程师，主要研究方向为施工一线及施工项目管理、公路施工企业生产经营管理。定碎石基层一次性摊铺作业施工，具体施工设计技术方案如下：主线采用双向四车道一级公路技术标准建设，水泥稳定碎石基层宽度为11.8 5m，基层厚度3 2 cm。2施工前期分析本项目地处甘肃省戈壁沙漠地区，干旱少雨，昼夜温差大，水资源匮乏，年平均气温在0 14之间，干旱、大风、沙尘暴、暴雨、冰電、霜冻和干热风等气候条件容易造成水泥稳定碎石基层产生干缩、温缩开裂现象，进而影响基层的使用寿命。项目最终确定采用振动拌和代替普通拌和，用宽幅超厚摊铺代替分层摊铺。3振动拌和+宽幅超厚铺筑在工程中的实际应用3.1振动拌和作业振动拌和是指在搅拌叶片的作用下，水泥稳定碎石混合料以左右螺旋线为运动轨迹，作圆周方向的剪切、抛洒运动并沿轴向出料口移动。在移动过程中，借助强制拌和引发的高频振动现象，将物料带入震颤状态，使水和粉料产生更为强烈的弥散，缩短水泥与水出现水化反应的时间，水化产物、粗集料、细集料碰撞完成骨料表面净化，之后水泥的水化产物和细集料会紧紧包裹粗骨料，使拌和变得更加均匀。除此之外，在振动拌和作用的影响下，水泥会充分弥散，水化反应也会变得更加彻底，虽然水泥剂量降低了，但是并不会对水泥稳定碎石基层强度产生不良影响。173：2023年4月工程技术与应用江西建材为详细论证振动拌和的可操作性，技术人员在开工前对拌和机进行计量标定处理，并确定准确可靠的生产参数。本项目采用振动搅拌代替普通静力拌和进行生产，拌和时设置拌缸长度为3.4m，进料斗5个，料斗通过间隔板隔开，装载机上料时不得装料过满，防止窜料。配置2 个容量为10 0 t的水泥罐，罐仓防起拱结构将水泥分散滑落至水泥仓出料口，主动破坏水泥在水泥仓内的起拱停留现象；料斗及罐仓装配称量精度达到0.5%，加水量使用流量计控制。施工采用的拌和机为定型产品，在多个工程中应用。每天开工前，现场试验人员应检验场内各处集料的含水率，并且根据含水率计算当天施工配合比。当天气炎热或运距较长时，应适当增加含水率 3 。对稳定中、粗粒材料，混合料的含水率应高于最佳含水率0.5 1个百分点。拌和过程中，技术人员应当实时监测各个料仓的生产计量。拌和采用振动搅拌强化稳定碎石搅拌，可以起到以下作用。（1）在高频低幅振动作用下，颗粒处于颤振状态，微观上成团的水泥颗粒被振开并充分弥散，改善混凝土的微观均匀性；（2）振动搅拌使混合料颗粒运动速度提升，增加了有效碰撞次数，黏接强度得到增强，对中粗骨料表面起到了净化作用；（3）振动搅拌有效消除了搅拌低效区，提高了稳定碎石的搅拌质量和效率；（4）振动搅拌的稳定碎石在运输过程中不会发生离析现象 4。在搅拌和振动过程中，水泥稳定碎石会受到水泥材料的对流和剪切运动，以及高频和低振幅振动的影响。水泥稳定碎石混合料一直处于高频振动状态，胶凝材料的扩散运动加速，水泥和水的水化反应加速，骨料与水泥水化产物高速碰撞，不仅净化了骨料表面，而且将粗骨料、细骨料和水泥水化产物紧密包裹在一起，有效提高了水泥稳定碎石各成分混合的宏观均匀性和各成分的微观均匀性，大幅度提升搅拌质量，缩短搅拌时间。尽管水泥稳定碎石材料成分不同，但水泥、石灰等胶凝材料在搅拌和振动下完全分散的变化趋势是一致的。要根据不同的搅拌材料，选择适合的振动模式和参数，促使振动搅拌对各种水泥稳定碎石和基层稳定材料具有良好的适应性 5。由于搅拌机的搅拌和振动，粗骨料表面被细骨料和水泥水化产物紧紧包裹，具有一定的黏附性；在随后的运输和摊铺过程中，混合料的离析程度显著降低，振动压实过程中的工作性能显著提高；振动搅拌使水泥和水充分分散，减少了水泥用量，大幅度提高了水泥稳定碎石基层的强度，因此，半刚性基层的裂缝大大减少，基层结构的强度和耐久性等使用性能得到了保证。普通连续搅拌机很难在10 s内将水泥稳定碎石混合均匀，尤其是在微观均匀性较差的情况下，水泥、水和其他细粉未完全分散，水泥的水化作用不足以均匀覆盖骨料表面。在拌和中仔细观察并分析这种混合物，我们发现，水泥稳定碎石中的一些骨料表面是比较干燥的，部分水泥稳定碎石中还有一些小的干燥水泥块，如图1（a）所示，这种现象称为水泥的团聚，其不仅浪费了水泥，而且很大程度影响了水泥稳定碎石的强度和耐久性。如果水泥颗粒发生团聚现象，水化面积就会减小，具有增强强度的水化产物同样减少。因此，施工过程中要尽量减少水泥颗粒团聚现象，使团聚的水泥颗粒分离，使其尽可能接近图1（b）理想的分布状态。8EOOO=囍（a）水泥颗粒的团聚现象（b）水泥颗粒均匀分布图1水泥的结团与充分弥散振动搅拌技术的应用提高了水泥稳定碎石混合料的搅拌均匀性，降低了混合料的质量变化，在减少水泥用量的条件下，可以满足设计强度，从而减少水泥稳定砂砾基层的裂缝数量，延缓了裂缝的产生时间。3.2宽幅超厚摊铺作业宽幅超厚技术可有效避免传统分层铺筑中普遍存在的受力分层问题，可将水泥稳定碎石基层层间弯拉应力缩小，基层整体更加稳定，进而有效控制裂缝数量。由于半刚性基层刚度较大，交通荷载引起的半刚性基层底面弯曲拉应变或弯曲拉应力的大小与半刚性基层厚度的平方近似成反比，即厚度越大，弯曲拉应力越小。施工过程中，半刚性基层一般分为两层进行摊铺和碾压。然而，分层摊铺施工不仅影响基层整体应力，而且相比整体摊铺，可能导致基层强度大幅度降低 6 。此外，分层施工工艺复杂，工期较长，养护期比一次性摊铺长一周，对人力物力造成二次浪费，增加了工程成本。本工程摊铺基层混合料采用1台徐工PR1655摊铺机，按照试验段总结的松铺系数1.2 4进行摊铺，采用全幅一次性摊铺，使基层一次摊铺成型，简化了施工工序，大幅优化了施工效率，减少了两层铺筑、分层碾压造成的层间结合处理不当现象，显著提高了铺筑质量，减少了裂缝产生，有效确保了使用性能。此外，宽而厚的摊铺形式可以有效避免阶梯式摊铺纵向接缝处理困难、施工效率低、施工离析严重等问题。本工程应用宽幅全厚一次成型技术，解决了分层铺筑基层整体承载能力变弱的问题，避免了基层层间弯拉应力，保证了基层的整体受力性能。4结语目前，我国在半刚性基层应用方面已经积累了丰富的经验，对水泥稳定碎石的研究也取得了一定的成果，但高速公路的早期破坏并没有得到有效的处治。因此，我们要对相关结构进行深人研究，并在各类公路项目中积极探索改进有关技术，以促进公路工程高质量可持续发展，为建设耐用性能强、使用寿命长的路面提供重要技术支撑。参考文献【1何伟军.超厚宽幅公路水泥稳定碎石基层施工技术分析【J】.工程技术研究，2 0 2 2，7（11）：57-59.2宋敏.水泥稳定碎石基层施工质量影响因素及控制措施【J】.科技创新与应用，2 0 2 0（3 5）：118-119.3马龙，贺健，花红桂，等.宽幅大厚度水泥稳定碎石施工优化及应用效果J.中国公路，2 0 2 0（2 3）：114-115，117.4栗颖.超厚宽幅水泥稳定碎石基层施工技术分析J.交通世界，2022(S1):153-154.5马权生.水泥稳定碎石层双缸单振动拌和施工方法研究J.运输经理世界，2 0 2 0（11）：13 2-13 3.6黄华显，刘敬霜.振动搅拌技术在水稳层施工中的应用效果分析J西部交通科技，2 0 19（11）：2 4-2 5，42.