基于振动成型法的抗裂水稳碎石关键技术研究及应用

９２一　文章编号：１６７３—６０５２（２０１５）０２—００９２—０４　北　方　交　通　ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂＩ＝ｊｔ．２０１５．０２．０２６　２０１５年第２期　基于振动成型法的抗裂水稳碎石　关键技术研究及应用　谢　丽　（三江学院南京市２１００１２）　摘要：基于振动成型法的抗裂型水稳碎石是一种以连续级配粗集料形成相互嵌挤骨架、用水泥及细料填充　骨架空隙而形成的骨架嵌挤密实结构无机结合料。通过试验，分析了不同水泥剂量及４．７５ｍｍ通过率对抗裂水泥　稳定碎石强度的影响，并得到了４．７５ｍｍ通过率及水泥剂量取值范围。依托某省道新建工程，研究了基于振动成　型法的抗裂型水稳碎石配合比优化设计方法，并对现场施工关键要点进行了探讨。　关键词：抗裂型水泥稳定碎石；振动成型法；混合料设计；施工工艺　中图分类号：Ｕ４１６．２１３　文献标识码：Ｂ　１　引言　对位置变化致使材料颗粒出现了相互的填充现象，　即较大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充，较小颗　水泥稳定碎石是我国较具代表性的半刚性基　层，由于其具有较高的承载能力，在我国公路建设过　粒的问隙由水分来填充。随着材料颗粒间隙的减　小，颗粒之间的接触面增大，导致被压实材料内摩阻　力增大，提高承载力。　采用振动成型法进行水泥稳定碎石配合比设计　程中得到了广泛的应用。但是，在实际使用过程中，　在交通荷载和环境的双重作用下，半刚性基层路面　往往会出现不同程度的收缩和开裂，基层产生的裂　缝极易反射至沥青混凝土面层，进而导致路面整体　结构的破坏。　能够更准确地模拟施工现场的碾压方式，在保证强　度的前提下减少水泥用量和含水量，并采用连续级　配的材料和用大功率的震动压路机碾压，形成骨架　密实结构，可有效减少路面裂缝产生和离析现象，从　传统的水泥稳定碎石是悬浮密实型结构，其具　有水泥剂量高、含水量偏大、强度高、干温缩系数大　等特点，极易产生裂缝。与之相反，基于振动成型法　的抗裂型水稳碎石是一种以连续级配粗集料形成相　互嵌挤骨架、用水泥及细料填充骨架空隙而形成的　骨架嵌挤密实结构，对于控制路面裂缝的发展具有　而提高了路面的整体性能，同时还降低了成本。　３抗裂型水稳碎石关键指标分析　水泥稳定碎石混合料４．７５ｍｍ通过率及水泥剂　量对混合料强度的影响比较大，同时也是预防路面　反射裂缝的重要因素　Ｊ。本文选择４．７５ｍｍ通过率　显著效果¨ｌ　Ｉ２　Ｊ。本文依托某省道路面工程，探讨基　于振动成型法的抗裂型水泥稳定碎石基层的配合比　设计、施工关键技术，从而为类似工程提供参考依　据。　２振动成型法原理　和水泥剂量作为抗裂型水稳碎石性能关键控制指　标，下文主要探讨各指标合理的取值范围。　３．１　４．７５ｍｍ通过率　根据工程经验分别拟定不同４．７５ｍｍ通过率　振动压实成型法利用振动效果使被压实材料的　（２５％、３０％、３５％）和水泥剂量（３．０％、４．０％、　５．Ｏ％），对不同组合的试件进行最大干密度、无侧　内部产生振动冲击，其中的颗粒在振动冲击的作用　下由初始的静止状态过渡到运动状态，被压实材料　的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐步过渡到动摩擦　状态。在振动冲击的作用下，由于材料颗粒间的相　限抗压强度及劈裂试验，结果如图１～图３所示。　从图１～图３可以看出，在不同取值下，当　４．７５ｍｍ通过率为３０％时，水泥稳定碎石混合料干　２０１５年第２期　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　Ｂｄ　、　骥趟　醛蕈　５　２　９　６　３　Ｏ　宕　＋３％水泥　＋４％水泥　一Ａ　５％水泥　∞　一　｛醚　稍　Ｈ－　图１　最大干密度曲线图　▲　●　－　一Ｏ　３％水泥＋４％水泥＋５％水泥　２５％　３０％　３５％　４．７５ｍｍ通过率　㈣　㈣　０　０　０图２　无侧限抗压强度代表值曲线图　　０　０　０　１・２　、　０．９　～＼　蓍０　－ｌ●　●　＿　０－。　＋３％水泥＋４％水泥＋５％水泥　Ｏ　２５％　３０％　３５％　４　７５ｍｍ通过率　图３　劈裂强度代表值曲线图　密度最大，击实效果最好，混合料最为密实，同时无　侧限抗压强度随着４．７５ｍｍ通过率的增加而增大，　劈裂强度则随着４．７５ｍｍ通过率的增加而减小，但　当４．７５ｍｍ通过率取值为３０％时，在三种不同水泥　剂量的条件下，水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强　度和劈裂强度均满足相关要求。因此推荐４．７５ｍｍ　通过率取值为３０％左右。　３．２水泥剂量　根据４．７５ｍｍ通过率推荐值（３０％），分别选择　不同水泥剂量（３．０％、４．Ｏ％、５．０％），在各试验组　合的最佳含水量下对试件进行干缩试验，试验结果　如图４所示。　从图４中可以看出，在不同最佳含水量下，各试　件干缩系数随时间的增加而减小，在同一时间节点　下，水泥剂量为５％时干缩系数最大，水泥剂量为　。琳泥一　琳泥一　啉泥ｑ　・一　０　２０　４０　６０　８０　１００　１２０　１４０　１６０　１８０　２００　２２０　观察小时　图４　干缩系数曲线图　４％时干缩系数最小，而干缩系数越低，其产生干缩　裂缝的机率越小。同时从图１～图３中可知，无侧　限抗压强度和劈裂强度随水泥剂量的增加而增大。　综合上述分析，故推荐水泥剂量为４．０％左右。　４配合比设计　４．１原材料　提高集料规格质量是控制混合料合成级配波动　最有效的措施，使用集料规格越单一对混合料合成　级配的理想化控制就越有利，从而也能更好地与室　内试验指标相匹配。本文采用集料规格为０～　３ｍｍ、３～５ｍｍ、５—１５ｍｍ、１５—３１．５ｍｍ，所用的水泥　为Ｐ．Ｃ３２．５复合硅酸盐水泥，集料及水泥质量参考　地标相关要求，试验结果见表１、表２。　表１　集料质量要求及试验结果　表２　水泥质量要求及试验结果　４．２级配优化　通过上文对抗裂型水泥稳定碎石４．７５　ｍｍ通过　率及水泥剂量两项关键指标的分析结论，在优化级　配过程中增加粗集料含量，严格控制含水量和细集　料含量，同时为了保证现场实施质量，结合《公路沥　青路面设计规范》推荐的骨架密实型水泥稳定类集　北　方　交　通　２Ｏｌ５年第２期　料的级配范围，对依托工程抗裂型水泥稳定碎石提　出了如表３所示的级配控制范围，其中生产级配中　集料类型１样：２｝≠：３｝｝：４＃比例分别为３０：３１：２６：１３。　表３　抗裂型水稳混合料配合比设计级配　４．３最佳水泥用量的确定　根据室内试验确定的最佳含水量和最大干密　度，按要求压实度（９８％）分别采用振动压实法和静　压法成型无侧限抗压强度试件。成型的混合料试件　在２０￣Ｃ下养护６ｄ，浸水１ｄ后取出，进行无侧限抗压　强度试验　。　表４　７ｄ静压成型强度试验结果　表５　７ｄ振动成型强度试验结果　根据《公路路面基层施工技术规范》（ＪＴＪ０３４—　２０００）中关于静压法成型强度代表值不小于　３．ＯＭＰａ、振动压实法成型强度代表值应大于　４．５ＭＰａ的技术要求，并考虑到水泥稳定碎石的拌和　以及现场摊铺施工控制精度有限，且存在较大的变　异性，同时根据前文合理水泥剂量分析结果，因此，　本次水泥稳定碎石混合料设计水泥剂量取４．Ｏ％。　从表４和表５中可以看出，振动法成型水泥稳定　碎石的７ｄ抗压强度均为静压法成型强度的２倍以　上，具备更高的抗压强度，更能适应日趋增长的交通　量，同时振动成型法的变异系数明显小于静压法，试验　结果相对稳定，减少了由于人为操作造成的实验误差。　５抗裂型水稳碎石施工关键环节　５．１混合料的拌和　混合料拌和时要严格控制配合比和含水量，每　天开始搅拌前，应检查场内各处集料的含水量，计算　当天的施工配合比，外加水与天然含水量的总和要　比最佳含水量略高；每天开始搅拌之后，按规定取混　合料试样检查级配和水泥剂量，随时在线检查配比、　含水量是否变化。另外在混合料装车时，车辆应前　后移动，分三次装料，避免混合料离析。　５．２混合料的运输　运输车辆在每天开工前，要检验其完好情况，装　料前应将车厢清洗干净。运输车辆数量一定要满足　拌和出料与摊铺需要，并略有富余。并且应尽快将　拌成的混合料运送到铺筑现场，车上的混合料应覆　盖，减少水分损失，当车内混合料不能在水泥初凝时　间内运到工地摊铺压时，必须予以废弃。　５．３混合料的摊铺　（１）摊铺前应将底基层洒水湿润；对于下基层　表面，应喷洒水泥净浆，按水泥质量计，宜不少于　（１．０～１．５）ｋｇ／ｍ　。　（２）摊铺机宜连续摊铺，如拌和机生产能力较　小，应采用最低速度摊铺，禁止摊铺机停机待料，摊　铺机的摊铺速度一般宜在１ｍ／ｒａｉｎ左右；基层混合　料摊铺应采用两台摊铺机梯队作业，应保证其速度　一致、摊铺厚度一致、松铺系数一致、路拱坡度一致、　摊铺平整度一致、振动频率一致等，两机摊铺接缝平　整。　（３）在摊铺机后面应设专人消除离析现象，应　该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补。　５．４混合料的碾压　（１）每台摊铺机后面，应紧跟振动压路机和轮　胎压路机进行碾压，一次碾压长度一般为５０～８０ｍ　碾压段落必须层次分明，设置明显的分界标志。　（２）碾压应遵循振动碾压一胶轮稳压的程序，　注意稳压要充分，振压不起浪、不推移。压实时，压　路机碾压时应重叠１／２轮宽，压至无轮迹为止，本　程碾压方式见表６。　表６　现场碾压组合方式　（３）碾压完成后用灌砂法检测压实度，压实度　２０１５年第２期　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　一９５一　控制所用的标准密度应采用振动击实最大干密　度　。　（４）碾压宜在水泥初凝前及试验确定的延迟时　间内完成，达到要求的压实度，同时没有明显的轮　设计关键指标以及施工过程中关键环节质量控制措　施，实施后经现场检测，通车四年后，路面裂缝状况　良好，同时未见因基层强度不足而导致的网裂、沉陷　等病害，各项质量指标均满足设计要求，达到了水泥　迹，严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调　头和急刹车。　５．５养生　每一段碾压完成以后应立即进行质量检查，并　用量较低、强度提高及抗裂能力增强的效果，保证了　路面功能、延长了路面使用寿命，带来了较好的经济　效益和社会效益。　参考文献　［１］陈建荣，张仁根，林亚芳，黄天元．半刚性基层振动成型法设计　与施工技术［Ｊ］．公路，２００９（２）：８８—９１．　［２］　王建锋．振动成型法在水泥稳定碎石基层中的应用［Ｊ］．交通　开始养生，养生方法为：应将麻布或透水无纺土工布　湿润，然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。覆盖　２ｈ后，再用洒水车洒水，２８ｄ内正常养护。养生结束　后，应将覆盖物清除干净。用洒水车洒水养生时，洒　水车的喷头要用喷雾式，不得用高压式喷管，以免破　科技，２０１０（３）：８１—８４．　［３］刘强．振动成型法优化水泥稳定级配碎石配合比对基层抗裂　性能的影响分析及应用［Ｊ］．华东公路工程施工与建设，２００７　（５）：２６７—２６９．　坏基层结构，每天洒水次数应视气候而定，整个养生　期间应始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。　６结语　［４］王艳，倪富健，李再新．水泥稳定碎石混合料疲劳特性［Ｊ］．交　通运输工程学报，２００９（９）．　本文以某省道水泥稳定碎石基层施工为依托，　［５］颜小虎．振动成型法设计半刚性基层混合料的施工技术［Ｊ］．　山西建筑，２ＯＬＯ（２５）．　探讨了基于振动成型法抗裂型水泥稳定碎石的级配　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｎｔｉ——Ｃｒａｃｋ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｃｒｕｓｈｅｄ　Ｓｔｏｎｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｘＩＥ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　ｂｉｎｄｅｒ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｄｅｎｓｅ　ｓｋｅｌｅｔｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｋｅｌｅｔｏｎ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｃｏａｒｓｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｎｄ　ｆｉｌｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｉｎｅ　ｍａｔｅｒｉａ１．Ｔｈｅ　ａｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｅｍｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ　ａｎｄ　ｐａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｔｈｒｏｕｇｈ　４．　７５　ｍｍ　ｓｉｅｖｅ　ｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｅｓｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ　ａｎｄ　ｐａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｔｈｒｏｕｇｈ　４．７５ｍｍ　ｓｉｅｖｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｉ—　ｃｒａｃｋ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｓｏｍｅｏｎｅ　ｐｒｏｖｉｎｃｉｌ　ｈｉｇｈｗａｙ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔａｕｃｔｉｒｏｎ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ；Ｖｉｂｒａｔｏｒｙ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；Ｍｉｘｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ；　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ