振动搅拌水泥稳定碎石在京新高速路面的应用

马胜军

(甘肃路桥建设集团养护科技有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

振动搅拌水泥稳定碎石在京新高速路面的应用

马胜军

(甘肃路桥建设集团养护科技有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

针对传统拌和方式下水泥稳定碎石基层混合料拌和均匀性差、成品混合料时常存在干燥露白现象等问题，以京新高速公路白明段路面施工项目为依托，对普通搅拌与振动搅拌作用下的水泥稳定碎石混合料外观以及矿料级配进行分析研究。结果表明：振动搅拌作用使混合料中的水与集料充分接触，水泥、水与集料达到充分均匀弥散的状态，细集料均匀包裹粗集料，且矿料级配变异性小于普通搅拌作用，有利于水泥稳定材料耐久性和强度的提高。

公路工程；振动搅拌；水泥稳定碎石；均匀性

0 引 言

由于拌和不均匀等问题，水泥稳定碎石基层早期常出现较为严重的收缩裂缝，在行车荷载反复作用下沥青面层极易产生反射裂缝[1-2]。水泥稳定碎石基层的收缩性能与水泥剂量、用水量、矿料级配和细集料含量等因素密切相关[3]，由于拌和的不均性，不能使水泥、水与集料充分弥散，细集料不能均匀地将粗集料包裹，而水与集料的不充分接触在一定程度上造成了水泥的水化不充分，使得不同工程水泥稳定碎石的实际使用级配差别较大，当矿料级配欠佳时往往通过增加水泥剂量来补足强度[4]，从而降低了混合料的抗裂能力，增大裂缝出现的概率。

搅拌后的水泥稳定碎石混合料不均匀不仅是指“干燥露白”的宏观不均匀性，还指部分水与水泥等粉料拌和不均匀出现结团的现象，以及水泥等粉料和细料不能充分均匀弥散、包裹粗骨料的细观和微观的不均匀性。张良奇等[5]把普通搅拌且在宏观上呈均匀状态的水泥团放在显微镜下观察，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。水泥团聚现象的存在不但浪费了水泥，而且使得水泥的水化作用只在水泥颗粒的表面进行，减少了具有强度的水化生成物生成，使得稳定土的强度与耐久性受到影响。因此，必须采取某种方式将水泥稳定碎石中结团的水泥颗粒分散开来。故本文以振动搅拌水泥稳定碎石在白明高速公路路面的应用为基础，为振动搅拌技术的发展提供一定的支持。

1 振动搅拌技术

振动搅拌技术的核心在于使水泥稳定材料在轴向搅拌的同时加以竖向偏心振动作用，使水泥颗粒处于颤动状态，从而破坏水泥颗粒的聚团，使其分布均匀。同时，振动搅拌使混合料颗粒的运动速度增快，增加有效碰撞次数，加速集料颗粒表面水化生成物向液相扩散的速度，使水泥水化加速；此外，还可净化集料表面，增加水泥和集料间的黏结力[10]。振动搅拌技术的应用使得粗骨料被水、细集料及水泥的水化产物紧密包裹，不但提高水泥稳定碎石的宏观均匀性，还增强水泥稳定碎石的微观均匀性；水泥的充分弥散使得相同强度下所需的水泥剂量有所降低，从拌和质量以及拌和效率两方面，对水泥稳定碎石的强度、耐久性以及使用性能都起到保障作用。

2 振动搅拌技术在白明高速公路的应用

2.1 工程简介

白明高速公路是G7京新高速甘肃段，主线起点为内蒙古与甘肃省交界的白疙瘩，终点顺接新疆境内，路线全长26.988 km。项目地处喀尔里克山脉东延部分和甘肃北山山脉的马鬃山山地与河西走廊带北部戈壁连接区，是典型的荒漠景观和干旱的准平原地形。水泥稳定碎石主要工程量为32 cm厚水泥稳定碎石底基层766 539 m2、20 cm厚水泥稳定碎石基层743 411 m2。在白明路面五标宽幅超厚水泥稳定碎石底基层摊铺中，采用600 t·h-1的双拌缸水泥稳定碎石搅拌设备和1套600 t·h-1的单拌缸水泥稳定碎石振动搅拌设备进行水稳混合料拌和。

2.2 拌和均匀性分析

对比同种级配下水泥稳定碎石混合料在不同拌和方式(即振动拌和和普通拌和)作用下的集料分布状况，如图1、2所示。

图1 水分布

图2 细集料分布

从图1可以看出，振动拌和作用下集料表面完全被水分润湿；而普通拌和作用下，集料色泽暗淡；从图2中可以看出，振动拌和作用下细集料与粗集料充分接触，整个粗集料被细集料所裹附，而普通拌和作用下，细集料并没有完全包裹粗集料。分析其原因在于：普通拌缸仅在入口处有添加水的装置，单纯地通过轴向搅拌无法使水分与每一颗集料充分接触，致使混合料出现过湿或露白两个极端；在振动拌和作用下，水泥团首先被打破，均匀分布在混合料中，粗集料比表面积较细集料和粉料小很多，水泥很容易包裹粗集料表面使得接触的细集料全部黏附在上面。振动拌和水泥稳定碎石混合料时，物料在搅拌叶片的作用下以左右螺旋线为运动轨迹，同时作圆周方向的抛撒、剪切运动，并沿轴向向出料口移动，在移动的过程中，通过强制拌和产生的高频振动作用，使物料处于震颤状态，加强了粉料与水的弥散，加快了水与水泥的水化反应速度，粗、细集料及水化产物三者频繁碰撞净化了骨料表面，使粗骨料被细集料及水泥的水化产物紧密包裹，不仅拌和质量好，而且缩短了混合料拌和均匀所需时间，使得混合料的拌和质量与生产效率得以兼顾。

2.3 矿料级配

对振动拌和及普通拌和作用下的混合料进行筛分，计算拌和过程中水泥稳定碎石混合料矿料级配标准差(振动拌和39组数据，普通拌和36组数据)，分析2种拌和方式下的变异性，结果见表1和图3。

表1 不同拌和方式下矿料级配的变异性

图3 不同拌和方式下各筛孔出混合料变异系数

从表1及图3可以看出：随着筛孔尺寸的减小，变异系数呈增大趋势；振动拌和作用较普通拌和作用所产生的矿料级配变异性显著减小。0.6 mm筛孔处的变异性系数较其他筛孔处大，分析其原因主要是随着筛孔尺寸减小，水泥稳定碎石混合料的通过率逐渐减小；振动搅拌使得水泥稳定碎石混合料细集料能够均匀分散至粗集料，从而保证了拌和均匀性，降低了变异性。此外，基于振动搅拌技术制成的振动型拌缸是在普通双卧轴强制式拌和主机的基础上，将偏心块加在该机型的拌和轴装置上，振动装置与拌和轴相连，直接将振动趋势传递给拌和轴，使拌和轴边拌和边振动。振动搅拌传动装置布置于出料口一端，远离激振装置以减少振动对其造成的影响。振动搅拌设备中拌和轴、拌和臂以及拌和叶片在振动源的作用下处于振动状态，水泥稳定碎石混合料将整个振动器包围，使有效振动面积增大，振动能被水泥稳定碎石混合料完全吸收，拌和振动源只需较小的振动强度就能够达到完全破坏混合料中水泥结团的现象，改善了振动拌和设备振动状态下工作时的可靠性；拌和轴、拌和臂以及拌和叶片等拌和系统处于振动状态，振动力作用在周围的混合料上，

细集料、粉料不易附着在拌和结构上，提高了拌和效能；同时，振动作用使拌和结构与混合料之间的摩擦力减小，降低拌和设备的磨耗，延长了拌和设备易损件的使用寿命。

3 结 语

(1)振动搅拌作用下集料表面水分晶莹剔透，完全被水分润湿；细集料与粗集料充分接触，整个粗集料被细集料所裹附。

(2)随着筛孔尺寸的减小，矿料级配变异系数呈增大趋势；振动拌和作用较普通拌和作用所产生的矿料级配变异性显著减小；0.6 mm筛孔处变异系数较其他筛孔大。

(3)物料处于震颤状态，加强了粉料与水的弥散，加快了水与水泥的水化反应速度，粗、细集料及水化产物三者频繁碰撞净化了骨料表面，使粗骨料被细集料及水泥的水化产物紧密包裹，不仅拌和质量好，而且缩短了混合料拌和均匀所需的时间，使得混合料的拌和质量与生产效率得以兼顾。

[1] 孙兆辉.水泥稳定碎石基层的抗裂稳定性研究[J].建筑材料学报,2007,10(1):59-65.

[2] 冯西宁,冯忠绪.混凝土振动搅拌技术研究的回顾[J].中国工程机械学报,2007,5(1)：113-116.

[3] 张金龙,李文瑛,吕文全,等.振动法水泥稳定碎石基层抗裂级配优化设计研究[J].公路交通技术，2014(2):5-8.

[4] 吕建兵.强夯加固软基机理及其在道路工程中的应用[J].路基工程，2008(2):161-162.

[5] 张良奇,冯忠旭.混凝土搅拌过程及其评价[J].长安大学学报：自然科学版，2011，31(2)：101-105.

ApplicationofCementStabilizedMacadamPreparedbyVibratoryStirringinJingxinExpressway

MA Sheng-jun

(Maintenance Technology Co., Ltd. of Gansu Road and Bridge Construction Group, Lanzhou 730030, Gansu, China)

Aiming at the problem of poor mixing homogeneity of cement stabilized macadam for base course with traditional mixing mode, based on the pavement construction project of Baiming section of Jingxin expressway, the appearance of cement stabilized macadam prepared by ordinary stirring and vibratory stirring and the gradation of aggregate were studied. The results show that the water within the mixture is in full contact with the aggregates due to the vibratory stirring; cement, water and aggregate achieve a state of fully uniform dispersion, with fine aggregate evenly wrapping the coarse aggregate; the variability of mineral aggregate gradation is less than that of mixture prepared by ordinary mixing, which is beneficial to the durability and strength of cement stabilized materials.

highway engineering; vibratory stirring; cement stabilized macadam; homogeneity

U416.214

B

1000-033X(2017)11-0100-03

2017-03-29

马胜军(1979-)，男，甘肃静宁人，工程师，研究方向为道路工程。

[责任编辑:杜卫华]