振動攪拌技術在水泥穩定碎石基層施工中的應用

陳驍

（山東普潤公路工程有限公司，濰坊262500）

1 前言

近年來，振動攪拌技術在現代公路工程中得到廣泛應用，逐漸取代了常規的靜力攪拌技術，對于預防早期收縮裂縫、延長公路基層使用壽命、改善路況條件有著重要的現實意義。在這一背景下，應在公路施工工程中采取多元化技術，在提升工程管理效率的基礎上，提高工程項目的基本質量。

2 振動攪拌技術的作用機理

2.1 破壞水泥團

水泥穩定碎石基層選用碎石作為骨料，通過骨料間嵌鎖擠壓作用來提供強度，利用細集料、漿液填補骨料空隙部位，硬化過程和水泥混凝土較為相似。采取傳統攪拌技術時，雖然混合料經過充分攪拌，但仍有30%以內的水泥顆粒并未完全分散，以水泥聚團形態存在，直接影響到混合料使用性能。應用振動攪拌技術，持續向物料施加攪拌作用力與振動作用力，引導水泥聚團顆粒參與到循環對流過程中，保持顫振狀態，以此來破壞物料粘性連接，去除水泥團粒表面水膜，生成更多水化產物，最終起到全面強化混合料使用性能的作用。還可以減少水泥材料用量，或是在水泥材料用量不變的情況下，提高水泥穩定碎石混合料的強度等級。

2.2 增強粘結強度

在混合料攪拌期間，水泥漿硬化后附著在骨料表面，包裹骨料膠結形成整體結構，骨料強度超過水泥石強度，水泥石強度超過骨料表面強度，在水泥石—集料界面上形成界面過渡區，這也是混合料粘結強度的薄弱環節，如圖1 所示。應用振動攪拌技術，利用振動能量破壞集料表面水膜結構，逐漸剝離水膜、凈化骨料，改善水泥顆粒和骨料表面的粘結條件，通過增加實際接觸面積來提高混合料粘結強度[1]。

圖1 界面過渡區示意圖

2.3 改善低效區

在傳統攪拌模式下，圓筒中心部位的攪拌速度較低，拌筒壁處攪拌速度較高，不同區域物料碰撞交換頻率存在明顯差異，使得混合料攪拌均勻程度不夠理想，形成低效區。應用振動攪拌技術，混合料攪拌期間采取類似地震波的振動運動形式，以振動軸作為振源，以物料顆粒、拌合水和空隙氣相作為傳播介質，把振動波向各個方向傳播，振動能量梯度與速度梯度形成優勢互補，引導攪拌軸周邊物料參與循環對流運動過程。吸收足夠振動能量后，通過攪拌葉片把物料帶動至筒壁區域，參加更高交換頻率的擴散運動，徹底解決傳統靜力攪拌模式下的低效區問題。

3 振動攪拌技術在水泥穩定碎石基層施工中的應用

3.1 混合料拌制

在混合料拌制環節，施工人員重點掌握原料選型、配備攪拌機、調節含水率、成品檢測四方面的技術操作要點。第一，原料選型。必須使用質地堅硬、無雜質的碎石作為骨料，篩除原材料中夾雜的腐殖土、枯枝落葉等雜質，保持原材料潔凈狀態。如果公路等級為一級公路，還需要在專用庫房內隔倉堆放各類原材料。第二，配備攪拌機。根據工程施工要求來配備相應型號的攪拌機，正常情況下，配備DT600ZBT 穩定振動攪拌機即可，該款攪拌機的拌缸長度超過3.4m，進料斗數量在5 個及以上，并設置多塊料斗間隔板來預防竄料問題出現。同時，攪拌倉內部配備電子動態計量器，計量誤差不超過±0.5%，施工人員向攪拌倉內依次投加碎石、水泥等原材料，計量稱重原材料用量[2]。第三，調節含水率。綜合分析現場氣溫、氣候條件、公路攤鋪運輸距離等多項因素，確定各盤混合料的最佳含水率，每隔2h 時測定含水率，每隔4h 測定結合料劑量。如果實際含水率超標或不達標，則采取翻曬晾干、灑水潤濕等處理措施。第四，成品檢測?；旌狭习柚仆戤吅?，開展水泥穩定碎石擊實試驗，準備重型擊實儀，根據試驗結果，判斷混合料的含水量、干密度等各項性能是否達標，必要時調整混合料配合比方案。

3.2 混合料運輸

在混合料運輸環節，提前準備自卸汽車作為運輸工具，根據各批次混合料拌制數量來確定自卸汽車的規格、數量，避免因自卸汽車運輸能力有限而出現中斷供料、現場停工問題。隨后，為避免混合料在長距離運輸過程中出現離析現象，必須采取三次裝料方法，裝料期間挪動自卸汽車位置，并在車廂表面覆蓋遮蔭布等材料，降低混合料表面水分逸散速度。正確裝料方法如圖2 所示。

圖2 混合料正確裝料方法

3.3 基層攤鋪

在基層攤鋪環節，施工人員重點掌握梯隊流水作業、施工參數控制、離析控制、連續攤鋪、振動壓實五方面的技術操作要點。第一，梯隊流水作業。為改善攤鋪效果，有效消除縱向裂縫，盡量采取梯隊作業模式。在工程現場配備數量不少于2 臺的攤鋪機，攤鋪機按照一前一后布局聯合開展基層攤鋪作業，相鄰攤鋪機前后間距值控制在10m 以內，攤鋪速度保持一致。第二，施工參數控制。提前在工程現場挑選代表性路段，開展試驗段施工，或是開展模擬施工試驗，根據試驗結果來確定各項施工參數的最佳值?；鶎訑備伷陂g，實時監督與動態調整各項參數，正常情況下，攤鋪速度控制在1.5m/min-2.0m/min以內，縱向重疊攤鋪寬度控制在0.3m-0.4m，攤鋪壓實厚度控制在18cm-20cm 以內，最大攤鋪壓實厚度不得超過32cm[3]。第三，離析控制。為避免在攤鋪過程出現混合料離析問題，提前對攤鋪機狀態進行調整，根據現場施工情況來調整螺旋分料器安裝高度，螺旋分料器和前擋板刮板、熨平板的間隙值控制在25cm 以內，適當調低前擋板刮板高度，必要時額外設置橡膠擋板，避免前擋刮板兩側滾落混合料。第四，連續攤鋪。為保證水泥穩定碎石基層成型效果，要求不間斷開展供料、螺旋送料作業，并在攤鋪機后方安排1-2 名施工人員，持續觀察是否出現卡料、虛鋪等異常情況，及時鏟除窩料，使用全新混合料進行人工填補處理。第五，振動壓實。為減少含水量損失、改善壓實效果，在基層攤鋪期間，配備振動器與夯錘，把振動頻率保持在30Hz 以上，夯錘沖擊頻率保持在20Hz 以上，對已攤鋪基層開展振動壓實作業。

3.4 基層碾壓

在基層碾壓環節，采取三階段碾壓方式，按順序依次組織開展初壓、復壓和終壓作業，不同碾壓階段的壓路機型號、施工參數、工藝要求略有不同。第一，在初壓階段，現場配備雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機，膠輪壓路機后方布置雙鋼輪壓路機，碾壓遍數在2 遍及以上，碾壓速度控制在1.5km/h-1.7km/h。第二，在復壓階段，現場配備重型振動壓路機，總體碾壓遍數保持在6 遍及以上，先弱振1 遍基層，再強振4 遍基層，最終弱振1 遍基層，碾壓速度控制在1.8km/h-2.2km/h 以內。第三，在終壓階段，壓路機配置方案與初壓階段一致，不提前設定碾壓遍數，而是確定基層表面徹底消除輪跡，且不存在微裂縫、松散等質量通病后，結束碾壓作業，碾壓速度控制在1.5km/h-1.7km/h 以內。最后，施工人員對水泥穩定碎石基層的壓實度、平整度與厚度進行全面檢查，如果基層成型質量不達標，增加碾壓遍數，開展二次碾壓作業[4]。

3.5 接縫處理

在水泥穩定碎石基層施工期間，受到工藝技術因素影響，常出現各類型施工縫，接縫處理不當則會直接影響到基層成型效果、公路使用狀態。因此，施工人員必須做好接縫處理作業，盡量連續完成基層攤鋪作業。在攤鋪中斷時間超過2h 后，在中斷部位設置橫向接縫，把末端混合料碼齊修正，設置方木緊靠混合料表面，另一側對混合料進行反壓處理，反壓長度控制在0.5m-1.0m，混合料表面高度略超過方木，繼續攤鋪混合料時，移除方木，以壓實層末端作為攤鋪起始點。也可選擇鏟除橫向接縫部位混合料，把壓實層末端挖成斷面，斷面和公路中心線保持垂直狀態，繼續澆筑混合料。而在處理縱向接縫時，優先采取全幅基層攤鋪方式，在縱向接縫部位加大碾壓力度，保持縱縫垂直相接狀態，不得采取斜接方式。攤鋪前幅基層時，在靠近公路中心部位一側設置方木作為支撐件，方木高度和基層壓實厚度保持一致，攤鋪另一幅基層前拆除方木。

3.6 養生作業

在養生環節，采取機械灑水、草簾覆蓋、土工布覆蓋等保濕養生方式，養生期間始終保持水泥穩定碎石基層表面濕潤狀態，根據碎石種類來確定養生時間。例如，把石灰巖碎石基層養生時間控制在7d 以上，把花崗巖碎石基層養生時間控制在10d 以上。隨后，養生期間采取交通管制措施，除去灑水車等機械設備外，禁止車輛通行，到達養生時間后，短期內僅允許輪式車輛通行，并對車輛載重、行駛速度進行嚴格控制。

3.7 水泥穩定碎石檢驗

在水泥穩定碎石混合料拌制完畢后，組織開展多項檢驗，以混合料使用性能作為檢驗內容，包括無側限抗壓強度、劈裂性能、彎拉強度等。一方面，根據檢驗報告來判斷混合料性能是否滿足水泥穩定碎石基層施工要求；另一方面，對比振動攪拌與靜力攪拌模式下的混合料性能情況，更加直觀的體現振動攪拌技術應用價值。

第一，無側限抗壓強度檢驗。提前制備圓柱形水泥穩定碎石試件，到達養生齡期后，擦拭試件表面殘留技術，稱量試件重量。隨后，把試件平穩、居中放置在壓力機上，啟動壓力機，持續向試件施加壓力，最大破壞壓力值、試件截面積的除值為試件無側限抗壓強度。重復上述操作，獲取不同攪拌方式下的強度指標。

第二，劈裂性能檢驗。提前制備大圓柱形試件，把試件養生時間控制在90d 以上，到達時間后取出浸水試件，擦除表面可見水分。隨后，在壓力機上放置試件，試件頂部、底部各放置15cm 長壓條，按照1mm/min 速度勻速加載，根據試件規格尺寸、壓條對應圓心角度、壓條寬度、破壞時最大壓力來計算試件劈裂強度。

第三，彎拉性能檢驗。提前制備長方形試件，養生齡期設定在90d，到達時間后，把試件放入水中浸泡24h，取出試件后擦凈表面水分，稱量試件重量，試件側面標記三分點位置。隨后，把試件平穩放置在受壓力面，保持試件朝上狀態，啟動壓力機勻速加載，加載速率控制在50mm/min，記錄試件完全破壞時的極限荷載值，根據試件規格尺寸、兩支點間距值來計算彎拉強度。

4 結論

綜上所述，振動攪拌是水泥穩定碎石攪拌技術的未來發展趨勢，也是全面改善公路工程施工條件與基層成型效果的重要一環。施工單位必須提高對振動攪拌技術的重視，正確認識到振動攪拌作用機理，由振動攪拌模式取代靜力攪拌模式，構建一套全新的水泥穩定碎石基層施工體系，為公路工程建設質量提供技術保障。