振动搅拌水泥稳定砂砾强度性能对比研究

李汝凯，洛桑慈成，王火明，周 刚，刘秘强

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2.西藏自治区交通勘察设计研究院，西藏 拉萨 850000； 3.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

振动搅拌水泥稳定砂砾强度性能对比研究

李汝凯1，洛桑慈成2，王火明1，周 刚3，刘秘强3

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067；2.西藏自治区交通勘察设计研究院，西藏 拉萨 850000； 3.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

为了给西藏地区实体工程推荐较优的水泥稳定砂砾的拌和方式，采用室内无侧限抗压强度试验和实体工程取芯强度试验，对常规拌和工艺与振动搅拌工艺下不同养生龄期的水泥稳定砂砾的抗压强度变化规律及其变异系数进行了对比研究。试验结果表明：在西藏阿里地区特殊气候环境下，水泥稳定砂砾混合料的抗压强度增长相对缓慢；相比常规搅拌工艺，采用振动搅拌工艺后水泥稳定砂砾混合料的强度变异系数有所减小，混合料拌和更加均匀，抗压强度可提高10%～15%，路用性能得以提升；在相同设计抗压强度条件下可减少水泥用量，节约工程造价，减少基层裂缝，建议在西藏筑路材料匮乏地段可采用振动搅拌技术提高水泥稳定基层的强度和稳定性。

道路工程；振动搅拌；水泥稳定砂砾混合料；抗压强度；变异系数

0 引 言

我国高等级公路沥青路面基层大都采用半刚性材料铺筑，具有整体性能好、承载能力强、经济适用等特点，在我国强基薄面的公路建设中起到了重要作用；但随着工程经验的增加，发现常规水泥稳定拌和工艺存在一定的缺点，水泥、水、集料等原材料在常规拌和工艺下得不到充分混合，导致水泥稳定混合料的均匀性较差，施工后存在许多质量隐患和受力薄弱环节，施工质量难以保证，在使用周期内容易出现干缩、温缩、局部松散等早期路面病害，进而导致沥青路面产生反射裂缝、坑槽、唧泥等损害，后期维修养护频繁，养护成本增加[1-3]。

国内学者针对此问题开展了大量研究，在水泥稳定混合料的拌和工艺上作出调整，研发出双拌缸拌和、二次搅拌和振动搅拌工艺等新技术。程毅等[4]以混合料拌和工艺为出发点，对水泥稳定碎石串联式双拌缸技术进行了研究，结果表明采用双拌缸工艺可提高混合料的路用性能，减小裂缝、离析等质量通病；王卫中等[5]针对传统混凝土搅拌工艺存在的问题，研究了二次搅拌工艺对混凝土搅拌质量的影响，结果表明二次搅拌工艺较传统搅拌工艺能明显提高混凝土的搅拌质量和效率，改善了混凝土界面过渡区的黏结强度。有学者运用振动搅拌技术对水泥稳定碎石混合料的路用性能进行了研究，结果表明振动搅拌水泥稳定碎石拌和更加均匀，综合性能优于双拌缸和二次搅拌工艺[6-10]。

鉴于此，笔者结合西藏阿里地区某省道实体工程，采用室内无侧限抗压强度试验和试验段取芯强度试验，选取不同养生龄期，对常规拌和工艺、振动拌和工艺下水泥稳定砂砾的抗压强度及其变异系数进行研究，目的是为水泥稳定砂砾基层的施工提供较优的拌和工艺，提高水泥稳定材料的均匀性，进而提高水泥稳定基层的强度和稳定性。

1 原材料指标及配合比设计

对水泥稳定砂砾的配合比进行设计，用于西藏阿里地区某省道基层，采用32.5型普通硅酸盐水泥，水泥剂量为3.0%，质量满足JTG E 30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》对普通硅酸盐水泥技术指标的要求；水为生活饮用水，满足规范要求。

集料采用当地砂砾石，由0～10 、10～15、10～20和20～30 mm4档组成，各档集料筛分结果及配合比设计掺量见表1，矿料级配曲线如图1，满足JTG/T F 20—2015《公路路面基层施工技术细则》对水泥稳定基层的推荐级配范围。

图1 矿料级配曲线Fig. 1 Gradation curve of mineral aggregate

项目材料名称比例/%各档粒径/mm集料通过率/%31．526．5191613．29．54．752．361．180．60．30．150．075集料筛分20～30mm10080．464．533．721．29．52．40．30．20．20．20．20．10．110～20mm100100．0100．096．886．370．029．212．16．02．61．51．00．70．410～15mm100100．0100．0100．098．693．271．719．97．94．12．00．90．40．20～10mm100100．0100．0100．0100．0100．096．070．350．636．525．219．013．19．7混合料级配组成20～30mm10～20mm10～15mm0～10mm混合级配规范级配范围3024．119．410．16．42．90．70．10．10．10．10．10．00．01414．014．013．612．19．84．11．70．80．40．20．10．10．11313．013．013．012．812．19．32．61．00．50．30．10．10．04343．043．043．043．043．041．330．221．815．710．88．25．64．210094．089．080．074．367．855．434．623．716．711．48．55．84．3上限100．094．083．078．073．064．050．036．026．019．014．010．07．0下限90．081．067．061．054．045．030．019．012．08．05．03．02．0中值95．087．575．069．563．554．540．027．519．013．59．56．54．5

2 试验方案

2.1 室内无侧限抗压强度试验

在常规搅拌与振动搅拌装置的拌缸内取水泥稳定砂砾混合料，成型标准抗压试件，由于实验室条件限制，成型好的标准试件直接放到室内洒水养护，并用塑料袋覆盖养生，分别测定7、14、28 d试件的无侧限抗压强度，每种条件进行9组平行试验，取平均值作为最终结果，抗压强度及其变异系数分别用R和C表示。

2.2 试验段取芯强度试验

现场铺筑1.8 km的试验段，采用相同原材料和配合比铺筑，碾压完成后立即洒水，并覆盖薄膜养生7、14、28 d，钻取芯样分别测定常规搅拌与振动搅拌路段的抗压强度，每种方案进行9组平行试验，取平均值作为最终结果，抗压强度及其变异系数分别用Q和V表示。

2.3 试验方案

本研究试验量较大，测定不同搅拌形式与不同养生龄期下水泥稳定砂砾的抗压强度，用于评价路用性能；并计算强度变异系数，用于评价混合料的拌和均匀性，具体实施组织方案如表2。

表2 试验方案Table 2 Test scheme

3 试验结果分析

采用抗压强度试验设备对水稳砂砾试件的无侧限抗压强度进行测定，试验结果见表3。将抗压强度值及其变异系数绘制成对比图，见图2和图3。

表3 水稳砂砾抗压强度试验结果Table 3 Test results of compressive strength of cement stabilized gravel mix

图2 不同成型条件抗压强度试验结果Fig. 2 Test results of compressive strength under different forming conditions

图3 不同成型条件抗压强度变异系数Fig. 3 Variation coefficients of compressive strength under different forming conditions

对比不同成型条件下水泥稳定砂砾的抗压强度及变异系数结果可得：

1)振动搅拌工艺可提高水泥稳定砂砾混合料的抗压强度。从表3和图2可见：与常规搅拌技术相比，在振动搅拌工艺下，室内成型的水稳砂砾混合料试件养生7、14、28 d后抗压强度分别提高了9.7%、14.7%、15.4%；现场钻取的芯样试件的抗压强度分别提高了8.6%、14.6%、11.1%。综合两种试验结果，振动搅拌工艺可使水泥稳定砂砾混合料的抗压强度提高10%～15%，路用性能得以提升；同理，在相同设计强度下，振动搅拌技术可减少水泥用量，降低工程造价。

2)振动搅拌工艺可减小水稳砂砾混合料的强度变异系数，使混合料拌和更加均匀，减小原材料抱团离析现象。从表3和图3可见：在常规拌和工艺条件下，室内成型的水稳砂砾混合料试件养生7、14、28 d后所测抗压强度的变异系数分别为14%、10%、13%，现场钻芯取样试件的抗压强度的变异系数分别为18%、32%、23%；振动搅拌条件下，室内成型试件相对应的抗压强度变异系数分别为10%、9%、7%，现场钻芯取样试件相对应的变异系数分别为21%、13%、9%，即振动搅拌工艺的抗压强度变异系数小于相同条件的常规拌和工艺。

水稳碎石混合料抗压强度增大及变异系数减小的主要原因是：振动搅拌技术对混合料的拌缸进行了改进，引进了振动装置，可在整个拌和过程中持续不断的提供高频率振动弹力波，使原材料及混合料通过拌缸时拌和地更加均匀，这种均匀不仅体现在宏观层面上，还体现在混合料微观领域，使水、水泥、集料充分融合和弥散开，减少原材料抱团离析。

3)在西藏高海拔地区实体工程中，水泥稳定材料的抗压强度增长速度高于室内成型养生的试件。西藏条件较为艰苦，施工期集中在每年的5～10月份，不具备标准养生条件，成型后大都放在室内养生，此种养生条件使水泥稳定类材料的试件的强度增长较慢，增长速度明显小于实体工程。建议在西藏高海拔地区进行水泥稳定类材料施工时，若无标准养生条件，应根据当地气候特点延长基层材料的养生龄期，不仅仅局限于测定7 d标准龄期的无侧限抗压强度。

4 结 论

笔者对常规拌和工艺和振动搅拌工艺下水泥稳定砂砾材料的抗压强度的变化规律进行了探索研究，并比较了两种状态下抗压强度变异系数的变化情况。结合室内试验结果和试验路段的铺筑情况，得出以下几点结论。

1)相比常规拌和工艺，振动搅拌技术可提高水泥稳定砂砾混合料的抗压强度，在西藏高海拔地区水稳材料的抗压强度可提高10%～15%，路用性能得以提升；在相同设计抗压强度条件下可减少水泥用量，节约工程造价。

2)相比常规拌和工艺，振动搅拌技术可减小水泥稳定砂砾抗压强度的变异系数，使水稳砂砾在宏观和微观层面拌和地更加均匀，减少集料和水泥抱团离析，建议在西藏筑路材料匮乏地段采用振动搅拌技术提高水稳基层的强度和稳定性。

3)鉴于西藏恶劣的低温气候条件，水泥稳定类材料的抗压强度增长缓慢，建议在西藏高海拔地区进行水泥稳定类材料施工时，若无标准养生条件，应根据当地气候特点延长水稳材料的养生龄期，不仅仅局限于测定7 d标准龄期的无侧限抗压强度。

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ComparativeStudyonStrengthPerformanceofCementStabilizedGravelMixunderVibrationStirring

LI Rukai1, LUOSANG Cicheng2, WANG Huoming1, ZHOU Gang3, LIU Miqiang3

(1.China Merchants Chongqing Communications Research and Design Institute Co. Ltd., Chongqing 400067,P.R.China; 2. Traffic Survey and Design Institute of Tibet Autonomous Region, Lhasa 850000, Tibet,P.R.China; 3. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,P.R.China)

In order to recommend a better mixing way of cement stabilized gravel for practical projects in Tibet, the indoor unconfined compressive strength test and practical projects core strength test were adopted, to carry out the comparative study on the variation law of compressive strength and the variation coefficient of cement stabilized gravel of different curing age in conventional mixing process and vibration stirring process. The test results show that the increase of the compressive strength of cement stabilized gravel mix is relatively slow under special climatic conditions of Ali district in Tibet. Compared with the conventional stirring process, the variation coefficient of the strength of cement stabilized gravel mix after vibration stirring is reduced; the mixing of the mixture is more uniform, the compressive strength can be increased by 10%～15%, and the road performance can be improved. With the same designed compressive strength conditions, the vibration stirring technique can reduce the amount of cement, save the project cost and reduce the primary crack. Therefore, it is suggested that the vibration stirring technique can be adopted in the area with the shortage of road construction materials in Tibet to improve the strength and stability of cement stabilized base.

highway engineering; vibration stirring; cement stabilized gravel mix; compressive strength; variation coefficient

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.11.07

2016-10-25；

2017-01-19

交通运输部建设科技项目(2014 318 J15 070)；重庆市社会民生科技创新项目(cstc2015shmszx30010)；重庆市交通委员会科技项目(2016-04)；云南省交通运输厅科技项目((2016)140(B))

李汝凯(1989—)，男，山东泰安人，工程师，主要从事路面结构与材料方面的研究。E-mail：lirukai@cmhk.com。

U416.2

A

1674-0696(2017)11-033-04

(责任编辑：谭绪凯)