半刚性基层路面振动成型技术及应用

赵 评 宏

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

半刚性基层路面振动成型技术及应用

赵 评 宏

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

介绍了公路工程中半刚性基层材料设计及施工现状，根据振动成型技术原理，论述了半刚性基层路面振动成型技术的特点，并对比分析了静压成型法与振动成型法的优缺点，提出了振动成型施工中原材料的质控措施，提高了半刚性基层路面的抗裂性和抗疲劳性，延长了路面使用寿命。

半刚性基层，振动成型，原材料

0 引言

在我国公路建设中，沥青路面是应用最为广泛的路面结构形式。路面基层材料是直接运用于沥青面层下作为承重层的，在确保路面承载力方面起到了至关重要的作用。根据应用的材料和其力学特性的不同，路面基层可分为三类，分别是柔性基层、半刚性基层和刚性基层。

半刚性基层路面具有整体性好、强度高、水稳性好、承载力高的优点，在二十世纪六七十年代，半刚性沥青路面就成为欧洲、美国、日本等国主要的路面结构形式，在这些国家得到了广泛应用。目前，在我国已建的高速公路中，大约85%的公路基层采用半刚性基层材料，形成了以半刚性基层为主的格局。

随着半刚性基层的大量应用，也暴露出其存在的一些问题。随着使用年限的增加，半刚性基层路面会出现严重的基层裂缝，在行车荷载的反复作用下将导致路面强度大大降低，加速沥青路面的破坏，影响公路使用质量和寿命。因此，通过对半刚性基层进行进一步的研究，在设计理论、指标标准、试验方法和质量控制等方面进行改进，以确保和提高半刚性基层的路用使用性能。

1 半刚性基层材料设计及施工现状

半刚性基层主要有水泥稳定类、石灰工业废渣稳定类、石灰稳定类等。国外的半刚性材料主要是用水泥稳定碎石类，对石灰稳定类使用较少。在我国，通过对半刚性基层沥青路面出现的损害分析，半刚性基层具有强度和刚度大，板体性强的优势，且水稳定性和抗冻性良好。但其抗变形能力较差，收缩系数较大，抗弯拉强度低，这使得基层对荷载敏感性较大，容易开裂。

在设计中，实验室内材料的最大干密度和最佳含水量通过使用重型击实试验来确定，测定7 d无侧限抗压强度通过使用静压成型试件来实现。在施工现场，大多数施工中是使用振动压路机和胶轮压路机进行碾压。这一切都使得试验数据难以准确反映和控制现场施工质量。这些使得对混合料的综合路用性能难以进行有效控制，严重影响着半刚性基层的施工质量，导致路面基层的抗裂性和抗冲刷能力不足，与面层的粘结差，使用一段时间后出现大量裂缝等(见图1，图2)。

在我国，很多选择采用半刚性基层的沥青路面均出现了不同程度的早期损害现象。可这并不能否定半刚性基层材料良好的路用性能，更不能说明选择采用半刚性基层作为高等级路面结构是不合适的。只能说明目前对于半刚性基层材料还需要进行进一步的研究，通过对其设计、指标、试验方法等方面进行优化来显著提升其性能。

2 振动成型技术原理和特性

振动成型仪是振动成型技术的关键试验设备(见图3)。振动成型技术是通过振动压实原理来优化级配，将水泥剂量适当降低，在保证基层强度的前提下提高其抗裂性能。在级配优化中，将粗集料含量适当提高，有效提升颗粒间嵌挤效果。同时，通过增强碾压可使得骨架间的内摩阻力增大，使得基层密实度显著提高，从而使得基层抗裂性能显著提高。

振动压实的原理：通过将振动冲击力施加给颗粒性材料，在冲击波作用下颗粒间的摩擦力由静摩擦状态逐渐进入动摩擦状态，使得材料间的摩擦阻力大大下降。在共振的作用下，机械的振动频率与被压材料的固有频率两者一致时，使得被压实材料的内部阻力降低，得到显著压实效果。

半刚性材料振动成型过程：在振动击实作用下，半刚性基层材料处于振动状态。在水分的离析作用下，在材料颗粒表面形成的一层水膜，其具有的润滑效果可使得颗粒间的摩擦力和粘结力有效减小。在振动状态下的颗粒发生位移，相互填充从而形成骨架密实型嵌挤结构(见图4)，这对于提高基层的承载力和稳定性是十分有效的。

振动成型法的技术特点：

1)最大限度的模拟施工现场碾压情况。在我国，半刚性基层施工一般都选择使用振动压路机和轮胎压路机。研究表明，“振动成型仪—被压材料”的动态响应与“振动压路机—被压材料”的动态响应基本一致，表明实验室内的振动压实效果与振动压路机在施工现场的压实效果基本相似，将实验室数据用于现场施工质量的指导、预测和控制是可行的。

2)以振动击实密度来控制施工现场的压实度。研究表明，振动击实密度一般比传统的重型击实密度提高了3%～4%。选择使用振动成型法进行施工质量控制，将施工现场压实度标准设定为振动击实密度。通过压实标准的提高，可使得室内成型法与施工实际不符而导致的压实度超百现象得到有效避免，显著提高半刚性基层强度及其抗裂和抗疲劳性能。

3)通过降低水泥剂量来提高基层的抗裂性。振动成型技术的特性在于通过优化级配提高颗粒之间的挤嵌效果，有效降低水泥剂量1.0%～1.5%，可使得基层强度和抗裂性能显著提高。试验表明，采用振动成型法下试件的干缩抗裂系数是传统的静压成型试件的1.5倍。

4)优化级配范围较窄，便于进行施工质量控制。以确保基层强度和抗裂性最佳为依据，对半刚性材料使用振动成型法进行级配优化，相对于规范要求其范围较窄，这对进行混合料生产的质量控制是有利的。

3 静压成型法和振动成型法的对比

在传统方法下，静压成型法是通过静荷载对材料施加的剪应力迫使材料颗粒间相互靠近，从而达到压实的效果。振动成型法则是利用高频的振动作用使得材料产生液化位移，从而形成相互填充挤嵌的效果来达到压密的目的。

从图5，图6可以看出，两种不同的成型方式差异显著，振动成型技术可显著提升基层的密实度和抗裂性。

在图5中，从两种试件的外观上进行对比，可以看出，由于振动具有提浆效果，振动成型法下的试件表面和侧壁均有水泥浆，试件表面光滑密实，脱模时的阻力小。静压成型法下的试件表面多孔粗糙，脱模时的阻力大。

从图6中两种试件的剖面结构上进行对比，可以看出，在振动成型法下的试件，其剖面结构密实，粗集料排列紧密且均匀，整体性好。混合料中的细集料及胶结料对粗集料的骨架间隙实现了有效填充，大的空隙肉眼观察不到。在静压成型法下的试件，其剖面结构呈松散状态，粗集料分布不均。集料颗粒未被细集料及胶浆充分裹覆，可用肉眼看到分布于剖面表面大大小小的空隙。

4 施工中的原材料质量控制

在振动成型施工中，为确保施工质量，应进行原材料质量控制、混合料级配控制、施工机械配置控制和施工关键控制点等质量控制措施。

原材料质量控制是确保施工质量的一个重要因素，在本文中仅介绍原材料的质量要点。

1)集料。集料的压碎值、针片状含量、含泥量等应符合规范要求。骨架密实结构对集料的规格性和均匀性要求较高。粗集料的含量是影响基层强度的关键因素。在施工中，通过对关键筛孔的通过率进行质量控制，以达到在粗集料之间形成骨架结构的目的。

石屑是影响混合料路用性能的重要因素，其含泥量和级配变异性较大，对混合料级配的稳定性和质量的均匀性有着直接影响，进行质量控制的难度较大。在施工过程中，严格地落实源头管理，加大筛分频率，合理确定整体变异程度，堆放时采取苫盖等措施。

2)消石灰。在施工中，应分批采购进料，既不影响施工进度，又不过多存放。

在施工前，消石灰必须充分消解。否则，碾压完成后，基层出现局部胀松鼓包，影响底基层的整体强度和平整度。

消解后的石灰应保持一定湿度，控制在15%～20%为宜，不得扬尘，也不可过湿成团。

在每次使用之前，必须复检有效钙和氧化镁含量，不合格的消石灰不得使用。

增加消石灰含量可以提高强度，但会严重影响混合料的收缩性能，在施工过程中必须严格禁止随意提高消石灰含量。

堆放时，需采取苫盖措施，以确保含水量的均匀性。

3)粉煤灰。存放时，料堆表面应保持湿润，含水量宜控制在15%～20%，做到既不扬尘也不过湿成团。存放时必须采取苫盖措施，若部分粉煤灰凝结成块，使用时须将灰块打碎。

4)水泥。对强度形成起关键作用。重视水泥的品质和剂量，在符合规范要求的前提下，形成定时与不定时相结合的抽检制度，严格复检选择采用水泥的各项指标，坚决禁止使用不合格的水泥。

5 结语

半刚性基层是我国应用最广泛的基层结构形式，具有强度高、稳定性好、刚性大以及板体性好等优点。随着使用年限的增加，出现严重的基层裂缝会影响公路的使用质量和寿命。

振动成型技术能够最大限度的模拟现场的施工条件，应用于进行现场的施工指导，对进行现场的施工质量控制效果显著。因此，在我国大力推广和应用振动成型技术，在确保提高半刚性基层强度的前提下，能显著提高基层的抗裂和抗疲劳性能，实现路面使用寿命的有效延长。

[1] 天津市市政工程研究院.半刚性基层振动成型法施工技术与质量控制[Z].2010.

[2] 高 畅，陈 颖.基于振动成型法的半刚性基层配合比设计和施工技术探讨[J].公路交通技术，2011(5)：55-56.

[3] 谢 丽.基于振动成型法的抗裂水稳碎石关键技术研究及应用[J].北方交通，2015(2)：17-19.

Vibration molding technology and application of semi-rigid base course pavement

Zhao Pinghong

(ShanxiJinzhongHighway&BridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper introduces semi-rigid base course material design and construction status in highway engineering,discusses vibration molding technology features of semi-rigid base course pavement according to vibration molding technology principles,compares and analyzes merits and defects of static pressure molding and vibration molding method,and puts forward raw material quality control measures in vibration molding construction. As a result,it improves the anti-cracking and anti-fatigue properties of semi-rigid base course pavement,and prolongs the pavement utilization cycle.

semi-rigid base course,vibration molding,raw material

2015-10-14

赵评宏(1974- )，男，工程师

1009-6825(2015)36-0160-03

U416.223 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A