振动搅拌水泥稳定碎石施工技术探讨

张立亭

摘要：水泥稳定碎石基层极易产生开裂，且缺乏良好的抗疲劳性能，影响工程施工质量。通过振动搅拌，能增强水泥稳定碎石的均匀性，并能大幅度减少施工耗用的实际水泥剂量，有效增强水泥稳定碎石基层具备的抗裂性。文章介绍了振动搅拌技术研发历程及原理，浅析了振动搅拌技术的优势，探讨了振动搅拌水泥稳定碎石施工技术的实践应用，以期为水泥稳定碎石施工提供借鉴。

关键词：振动搅拌;水泥稳定碎石;施工技术

Cement stabilized macadam base is prone to cracking and lacks good fatigue performance，which affects the quality of construction.The vibration stirring can enhance the uniformity of cement stabilized macadam，greatly reduce the actual cement dosage used in construction，and effectively enhance the crack resistance of cement stabilized macadam base layer.This article introduces the development process and principle of vibration stirring technology，analyzes the advantages of vibration stirring technology，and discusses the practical application of vibration stirring cement stabilized macadam construction technology，hoping to provide reference for cement stabilized gravel construction.

Vibration stirring;Cement stabilized macadam;Construction technology

0 引言

当前，公路建筑工程项目普遍将水泥稳定碎石作为基层，但水泥稳定碎石基层缺乏良好的稳定性，且强度较低，极易产生开裂现象。对此，可加强对振动搅拌施工技术的实践应用，促进水泥稳定碎石强度的有效提高，并在相同强度下，有效减少水泥的实际用量，增强水泥稳定碎石施工的均匀性和施工质量，有效避免基层出现开裂，并降低工程施工成本，增强工程项目综合效益。

1 振动搅拌研发历程及原理分析

1.1 振动搅拌研发历程

在1972年，前苏联即研发使用了下置式振动搅拌机，有效提高了混凝土施工质量。2009年，西安德通针对振动搅拌技术实施了工业化研发应用，在2012年成功研制出混凝土振动搅拌机，并在2014年成功研制出振动式水泥稳定碎石搅拌机。

1.2 振动搅拌原理

对水泥稳定碎石相应的混合料进行搅拌时，将振动加入其中，能促进混合料粒料形成扩散作用和对流作用，并促进具有较小粒径的材料实现均匀分布。细集料相应颗粒以及水泥浆能均匀分散地在粗骨料表面形成粘结，能有效防止粗骨料出现露白现象，并避免混合料产生不均匀分布[1]。

振动搅拌机的具体原理是将激振器增设于搅拌机器上，借助传动装置对振动轴进行传递，在强制搅拌水泥稳定碎石相应的混合料的同时，有效施加振动作用。如图1所示。

在振动状态下，混合料所含颗粒的运动速度大幅度增加，进而增加了物料所含颗粒的碰撞频率以及碰撞强度，并促进细集料以及水泥浆在粗骨料表面的均匀附着，这不仅能促进水泥进行水化反应，而且还能对水泥稳定碎石具备的微观结构进行有效改善。

相对于普通搅拌机，振动搅拌机具有较高的频率，每分钟释放的振动弹力波超过1 500次，对混合料形成的撞击能量至少是普通搅拌机的10倍。振动搅拌机能促进各类细集料形成充分弥散，并促进水泥实现充分水化，能促进水泥水化物与骨料表面形成牢固粘结，还能大幅度提升混合料具备的耐久性，并增强其强度[2]。

2 振动搅拌的优势分析

（1）具有良好的微观均匀性和致密性。水泥稳定碎石的各项组成材料中，水泥颗粒实际粒径通常保持在3～80 [WTBZ]μm之间，粉煤灰颗粒实际粒径为45 [WTBZ]μm，水滴直径最小为20 [WTBZ]μm。只有确保上述颗粒材料均匀分布在混合料中，才能确保微观均匀。普通搅拌机存在机理缺陷，难以促进混合料实现微观均匀。普通搅拌水泥稳定碎石材料所含的水化硅酸钙凝胶颗粒在骨料表面散落缺乏强有力的粘附力，水泥水化物与粗细骨料存在明显的界面，期间呈现出疏松的过渡相结构。振动搅拌之后的水泥稳定碎石材料则实现了充分的水泥水化，且水泥水化产物与粗细骨料不存在明显界面，微小颗粒材料彌散均匀，整体具有致密结构[3]。

（2）能对材料离析进行有效改善。对水泥稳定碎石材料进行摊铺并实施碾压，极易引发离析。通过振动搅拌，能对材料离析现象进行有效改善。在振动搅拌过程中，摊铺层肩部分布有大粒径材料，粗骨料分布于摊铺层的底部以及顶部，未发生骨料溜肩。基层经过碾压后，其表面均匀分布着粗骨料，路面整体具有良好的平整性和密实性。

（3）能增强材料和易性。对普通搅拌混合料进行摊铺并实施碾压，极易出现难以压实的现象，并导致底部缺乏充分压实;而振动搅拌能促进细集料以及水颗粒实现充分弥散，能有效增强材料和易性，并促进完整芯样的形成，确保上下均匀[4]。

3 振动搅拌水泥稳定碎石施工技术的应用试验

3.1 工程概况

某高速公路工程采用厚度为40 cm的水泥稳定碎石作为基层，为加强对振动搅拌施工技術的推广应用，项目组在开展基层施工的过程中，专门设置了铺筑试验段，对振动搅拌水泥稳定碎石施工技术进行了应用试验，有效检测了试验段水泥稳定碎石的各项性能指标，并与普通搅拌施工技术进行对比分析。

3.2 应用效果

3.2.1 配合比设计以及材料性质

遵循相关施工细则，对水泥稳定碎石的实际级配进行设计，如表1所示。

碎石材料来源于当地石料厂，各项指数指标相应的检测结果如表2所示，全部符合设计的各项要求。

选用32.5型的普通硅酸盐水泥，其强度检测各项结果如表3所示，其3 d抗压及抗折强度均符合相关设计要求。

3.2.2 性能对比

分别采用普通搅拌和振动搅拌施工技术对配合比相同的水泥稳定碎石进行施工，分别遵循相关规范对标准试块进行取样制作，按照规定的养护条件，对标准试块进行为期7 d的养护，然后实施无侧限抗压强度试验，得出的试验结果如表4所示。

对表4数据进行分析，可得出如下结论：（1）采用振动搅拌施工技术，能促进水泥稳定碎石强度的有效提高。在5%的用量下，实施了振动搅拌施工技术的水泥稳定碎石，其7 d无侧限抗压强度相对于实施了普通搅拌施工技术的水泥稳定碎石强度提高了17.7%。究其原因，主要是因为振动搅拌施工技术能促进水泥实现充分水化。（2）在相同强度下，振动搅拌施工技术能促进水泥实际用量大幅度降低。在5%的水泥用量下，利用普通搅拌施工技术，水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度是4.5 MPa;在4%的水泥用量下，利用振动搅拌施工技术，水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度为4.4 MPa，二者在强度上不存在较大差别，但是采用振动搅拌施工技术，水泥的实际用量有效减少了1%，能有效节约工程投资。

按照表1所示的配合比设计，在5%的水泥含量条件下，分别采用振动搅拌施工技术与普通搅拌施工技术修建200 m试验路。在实际施工中，振动搅拌施工技术下的水泥稳定碎石，其混合料实现了均匀分布，且水泥实现了充分水化。而普通搅拌施工技术下的水泥稳定碎石则在一定程度上形成了水泥团聚，粗集料表面出现了干燥露白现象，粗细集料发生了离析。在实施为期7 d的养护后，对该两段试验路分别进行钻芯，实施无侧限抗压强度试验，其试验结果如表5所示。

对表5数据进行分析可知，振动搅拌施工技术形成的芯样强度，其变异系数是6.9%，相对于普通搅拌施工技术形成的芯样强度相应的变异系数，减少了58.4%。同时，振动搅拌施工技术形成的芯样抗压强度代表值为6.5 MPa，相对于普通搅拌施工技术形成的芯样抗压强度代表值提高了51.2%。这表明采用振动搅拌施工技术能大幅度提高水泥稳定碎石的强度以及均匀性。

4 结语

振动搅拌具有较强的应用优势与良好的微观均匀性和致密性，能对材料离析进行有效改善，并能增强材料和易性。振动搅拌施工技术通过振动源对激振力进行释放，能对水泥团聚进行破坏，促进水泥实现充分水化和搅拌均匀性。根据工程试验结果，在相同水泥用量下，振动搅拌施工技术能提高水泥稳定碎石的7 d无侧限抗压强度;在相同强度下，通过振动搅拌施工技术能有效减少水泥的实际用量;另外，振动搅拌施工技术能有效增强水泥稳定碎石的拌合均匀性和质量，并有效避免基层出现开裂。

参考文献：

[1]金宏波.振动搅拌水泥稳定碎石施工技术应用[J].建材与装饰，2018（4）：267-268.

[2]刁 龙.振动搅拌技术在水稳碎石基层施工中的应用效果研究[J].北方交通，2017（3）：98-100.

[3]张飞龙，张良奇.振动搅拌技术在水泥稳定碎石基层施工中的应用[J].工程机械与维修，2017（9）：94-97.

[4]张海涛，梁 爽，杨洪生.水泥稳定碎石振动搅拌技术与性能研究[J].科学技术与工程，2017，17（21）：303-306.