振动法在试件成型中的应用分析

时小梅　张　青(.中铁济南工程建设监理有限公司， 山东济南　500; .长安大学公路学院， 陕西西安　70064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei　ZHANG Qing

振动法在试件成型中的应用分析

时小梅1张青2(1.中铁济南工程建设监理有限公司， 山东济南250022; 2.长安大学公路学院， 陕西西安710064)Application Analysis of Vibratory Compaction in Specimen ShapingSHI Xiaomei1ZHANG Qing2

摘要为了研究成型方式对试件物理力学性能的影响，以水泥稳定碎石和沥青混合料为依托，采用静压与振动法对水泥稳定碎石材料进行试件成型，并测试水泥稳定碎石试件的最佳含水量、最大干密度和无侧限抗压强度指标，同时采用马歇尔击实法和振动法对沥青混合料进行试件成型，并测定其密度、稳定度、沥青饱和度、劈裂强度等主要性能指标。通过对比分析可知，振动法更加符合施工现场的条件限定及要求，而且无论是对于水泥稳定基层材料还是在沥青混合料其成型后的试件性能都具有一定的优越性。

关键词道路工程水泥稳定基层沥青混合料振动法

随着公路工程对施工工艺要求的逐渐提高，常规试件成型方式已不能满足现场施工精度的要求。目前振动压实已经成为高等级公路水泥稳定碎石混合料基层普遍采用的施工工艺，但室内更多的是采用重型击实法确定最大干密度及最佳含水量，静压法成型试件测得抗裂及抗压特性与现场匹配度较低，存在一系列的问题。对于沥青混合料，传统采用马歇尔击实法成型试件来研究沥青混合料的力学特性，现场却普遍采用振碾方式压实沥青混合料，这一结果导致了马歇尔试件实验与实际钻取芯样相关性较差。

1压实成型原理

路基路面施工破坏土体的天然状态，致使结构松散，颗粒重新组合[1]。为使路基路面具有足够的强度与稳定性，必须予以压实，以提高其密实程度。压实的目的是使混合料重新组合，彼此挤密，空隙缩小，单位重量提高，形成密实整体，最终使得强度增大，稳定性提高[2]。

1.1　静压法

静压法是在试验室内直接利用冲击荷载对试验研究材料进行压实。从静压法的试验原理来讲，静压法成型试件与静力压路机对路面进行滚压压实的机理相类似[3]。混合料静压成型时集料只能做上下运动，不能重新排列组合。因此，静压成型不能使集料充分嵌挤，致使水泥稳定碎石混合料达不到理想的强度。

1.2　振动法

振动压实仪主要由控制平台、振动系统及转动装置三部分组成。控制平台主要是通过调节振动频率、振动时间来控制振动系统的升降；转动装置主要是通过油泵将液压油通过导管送进振动平台以带动升降台上升或下降；振动系统是整个装置最主要的部分，又分为上车系统、下车系统、激振器和振动轴等，通过上车系统的束缚作用带动下车系统规律性的振动。振动法充分发挥了振动压实的优势，使颗粒重新排列，更加密实紧凑[4]。

1.3　马歇尔击实

马歇尔击实法是目前国际公认的沥青混合料配合比设计方法之一，属于体积设计法[5]，是通过击实锤做自由落体运动，利用重力对套筒中的试件进行击实做功。马歇尔击实法虽然有其自身的优势，但是随着交通流、行车荷载的不断变化，马歇尔击实法就显得滞后和单一，而且利用马歇尔击实法成型的试件与现场实际路面系统存在较大的差异性[6]。

2研究方案

选取水泥稳定碎石和沥青混合料两种混合料进行试验研究。采用静压法和振动法对同一级配水泥剂量分别按3.5%、4.5%制备2组水泥稳定碎石混合料进行试件成型，每组试件做3组平行试件，测定主要参数并取其平均值进行对比分析。

采用马歇尔击实与振动法对AC-13混合料进行击实成型，每种方法做3组平行试件，测定主要技术指标取其平均值，并进行对比分析。

3原材料设计

3.1　水泥技术指标

试验选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，表1为其各项技术指标。试验选用的集料主要成分为石灰岩，将集料分为四挡，规格分别为为10～30 mm，5～10 mm，3～5 mm，0～3 mm。集料的压碎值为18%，0.6 mm以下的颗粒塑性指数为5，试验所用矿料级配见表2。

结合规范[7]推荐级配，采取四分法，选取接近级配中值的级配曲线，画出水泥稳定碎石混合料的级配曲线，结果如图1所示。

3.2　沥青混合料性能指标

试验所用原材料如表3、表4所示。

根据规范中沥青混凝土混合料矿料级配范围，得出设计级配上下限，并运用Excel绘图命令绘制级配曲线，最终得到的级配曲线如图2所示。

4试验结果分析

4.1　水泥稳定碎石性能对比

分别测定振动法与静压法成型试件各组的最佳含水量、最大干密度和7d抗压强度[8]，取其平均值，结果见表5。

由表5可得：击实方式对混合料的性能指标有直接影响，在不同的水泥剂量下，振动成型试件的最大干密度大于静压成型；水泥稳定碎石混合料振动成型与静压成型试件的7 d抗压强度随水泥剂量的增加而增大，且振动成型试件强度大于静压成型。

4.2　沥青混合料性能对比

根据规范[9]测定马歇尔击实和振动成型试件的密度、稳定度、沥青饱和度、劈裂强度，取其平均值，结果如表6所示。

由表6可知：两种击实方法由于有自己的压实机理及击实特性，因此其试验结果也存在一定的差异。由表6可以直观的看出，振动击实所成型试件的密度、稳定度、饱和度和劈裂强度明显高于标准击实试件所测结果，其中稳定度提高较大，为标准击实的2倍左右。从中可以看出，振动击实法使材料颗粒之间重新排列与填充，颗粒之间更加紧密[10]。

对试件进行车辙试验，测其动稳定度，结果如表7所示。

从表7可以得出，振动击实法成型试件的动稳定度比标准击实法提高大约25%，说明振动击实法成型的试件具有更好的耐高温与抵抗变形的能力，具有一定的优势。

5结束语

(1)对于水泥稳定基层混合料，采用静压法成型试件确定的最大干密度小，采用振动成型法得到的试件干密度能够更好地提高水泥稳定材料的密实度，使得水稳基层材料的整体稳定性能得以提高，且振动成型试件的粗集料分布紧密均匀，剖面结构表观密实。

(2)振动成型充分发挥了振动与冲击双重作用，使混合料内部重新排列，更容易形成一个密实的整体，同时力学性能也有很大提高，劈裂强度增加了25%左右，抗变形能力有显著提高。

参考文献

[1]邓学钧.路基路面工程：第三版[M].北京：人民交通出版社，2001

[2]申爱琴.道路工程材料[M].北京：人民交通出版社，2009

[3]延西利，吕高巍，常小马.沥青混合料的压实性能研究[J].西安公路交通大学学报，1996，16(1):1-3

[4]王天林，蒋应军.沥青混合料试件振动成型方法[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2014，38(3):1-3

[5]张登良.沥青路面[M].北京:人民交通出版社，1998

[6]解晓光，马松林，王哲人.沥青混合料马歇尔击实法与振动压实法成型工艺的比较研究[J].中国公路学报，2001，14(1):9-12

[7]JTG F40—2004公路沥青路面施工技术规范[S]

[8]JTG E51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S]

[9]JTGE20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]

[10]胡涛.沥青混合料压实特性分析[D].西安:长安大学，1993

中图分类号：TU528.063

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)06-0044-03

作者简介：第一时小梅(1983—)，女，2010年毕业于兰州交通大学道路与铁道工程专业，硕士，工程师。

收稿日期：2015-09-17