振动成型法最佳振动时间控制应用研究

丁刚++胡文奎++魏汝明

摘要：结合广州至乐昌某高速公路工程，通过级配衰退规律试验及击实试验，探讨了振动成型法的最佳振动时间。研究结果表明：在2 min时水泥稳定碎石混合料各粒径颗粒振碎率增长均趋于缓和，2 min后振动对级配衰退规律影响不大；振动击实试验在120 s、135 s时最大干密度分别为2.328 g/cm3、2.325 g/cm3，均已经超过重型击实法下的最大干密度，2 min后的最大干密度均在误差范围内上下浮动，均符合工程要求；2 min可作为合理的振动击实时间用于振动击实试验，以供类似工程参考。

关键词：振动时间；级配衰退；振动成型法；重型击实法；最大干密度

中图分类号：U414

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10020303

1 引言

近年来，振动成型法以成为水泥稳定碎石材料基层的设计施工的常用方法。利用振动成型法进行水泥稳定碎石基层配合比优化设计，并同传统重型击实方法进行对比分析，在提高水泥稳定碎石强度、降低水泥剂量和减少收缩裂缝等方面取得了显著的成果[1～3]。《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）对振动成型法进行了详细地阐述，并对振动压实机振动参数进行了规定，但现行规程并未对振动时间进行规定，在实际工程中缺少相应的工程经验参考依据。因此，基于广州至乐昌某高速公路工程项目，开展振动成型法最佳振动时间控制的应用研究，分析并确定合理的振动时间[5～7]。

2 原材料和混合料级配

（1）水泥。以华新水泥有限公司生产的华新堡垒牌复合硅酸盐水泥为标本，强度等级为32.5 MPa，各项技术指标均满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30-2003）要求。

（2）集料。采用昌山石料场生产的集料，规格分为19～31.5 （mm）、9.5～19 （mm）、4.75～9.5（mm）和0～4.75（mm）。其中，碎石粒径不大于31.5 mm，集料压碎值为20.6%；19～31.5 （mm）规格碎石针片状的含量为9.7%；9.5～19 （mm）规格碎石针片状的含量为19.0%；石屑中小于0.5（mm）粒料中液限为17.0%，塑性指数为3.0。含泥量：9.5～31.5（mm）为0.5%；4.75～9.5（mm）为2.0%。

（3）混合料级配。参照《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000），采用骨架密实型级配，混合料级配如表2所示。

3 振动击实法合理振动时间的试验研究

3.1 振动时间对级配衰退规律的试验研究

压实机采用ZY-4型振动成型压实机，在对压实机进行参数设置之后，分别对水泥稳定碎石试件进行振动击实，研究时间对水泥稳定碎石级配衰退的影响规律，确定合理的振动时间。试验结果如表3所示。

根據表3试验的结果得到曲线，见图1、2。

在两种不同振动参数下，颗粒振碎率与振动时间关系曲线十分相近，说明压实机振动对水泥稳定碎石级配影响规律基本一致；振动前期（约0～1 min），19 mm颗粒的振碎率在20%～25%之间，9.5 mm颗粒振碎率在14%～20%之间，4.75 mm颗粒振碎率在10%～15%之间，说明压实机在振动前期（0～1 min）对水泥稳定碎石级配影响较大，水泥稳定碎石破碎率增幅较大；振动中期（1～2 min）颗粒振碎率增幅逐渐减缓。其中，2 min时19 mm颗粒振碎率比1 min中时仅增加4.6%和8%，9.5 mm颗粒振碎率仅增加2.1%和2.4%，4.75 mm颗粒振碎率增加较少，不到0.9%和1.7%；在2 min之后，各粒径颗粒振碎率增长均趋于缓和，在振动作用下水泥稳定碎石混合料逐渐密实。

3.2 工程应用研究

3.2.1 击实试验

振动击实法。利用ZY-4型振动成型压实机，压实成型水泥稳定碎石混合料试件，确定不同水泥含量的水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度。

压实机参数设置。振动频率29 Hz、偏心块夹角600、激振力6800 N、静面压力0.1 MPa，选取不同振动总时间，研究振动时间对水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度的影响规律。

重型击实法。利用JZ-2D重型击实仪，压实成型水泥稳定碎石混合料试件，确定不同水泥含量的水泥稳定碎石混合料的最佳含水量和最大干密度，试验结果与振动击实法试验结果进行对比。

3.2.2 试验结果对比

采用3.0%水泥剂量进行振动击实试验，比较在两种不同击实方法下（ 振动击实和重型击实）混合料的最大干密度和最佳含水量。

振动击实试验选择振动时间分别为45 s、75 s、105 s、135 s、165 s，试验结果如表4所示。

通过分析表4及图3试验结果可知，在振动时间为135 s时最大干密度达到2.325 g/cm3，最佳含水量为5.4%，其最大干密度已经超过重型击实法下的最大干密度，已经符合工程规范要求。

为了进一步确定最合理的振动时间，在缩小振动时间范围后继续开展振动击实试验，确定在不同振动时间下的最大干密度及最佳含水量，试验结果表5所示。

缩小振动时间范围后振动击实最大干密度随振动时间变化曲线如图4所示。

通过分析表5及图4试验结果可知，振动时间为120 s时最大干密度达到2.328 g/cm3，最佳含水量为5.3%，其最大干密度不仅超过重型击实法下的最大干密度，符合工程规范要求，而且在120 s之后混合料的最大干密度趋于稳定，在误差范围内上下浮动，与前面振动时间对水泥稳定碎石级配衰退影响规律一致，证明将2 min作为振动击实时间用于振动击实试验，作为工地实验室参考依据，进行水泥稳定碎石基层配合比优化设计是合理的。

4 结论

（1）振动时间对级配衰退规律的影响用于确定最佳的振动时间是可行的。试验表明，在2 min时水泥稳定碎石混合料各粒径颗粒振碎率增长均趋于缓和，2 min后振动对级配衰退规律影响不大，2 min可作为合理的振动击实时间用于振动击实试验。

（2）初步试验得出，振动成型法在135 s时最大干密度为2.325 g/cm3，已经超过重型击实法下的最大干密度，最佳振动时间存在105～135 s之间。

（3）经进一步试验验证，振动成型法在2 min时最大干密度为2.328 g/cm3，大于重型击实法下的最大干密度，2 min后的最大干密度均在误差范围内上下浮动，均符合工程要求，证明2 min作为振动击实时间用于振动击实试验，作为工地实验室参考依据，进行水泥稳定碎石基层配合比优化设计是合理的。

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