基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料水泥剂量及无侧限抗压强度的研究

郑轩,许新水，戴利华

(广东交科检测有限公司,广东 广州 510550)

目前，在我国高等级公路路面工程建设中，路面结构层大多由半刚性基层加柔性沥青混凝土路面组成。水泥稳定级配碎石基层具有承载力强、经济实用等优点，故该结构形式被广泛应用于半刚性基层。传统水泥稳定级配碎石混合料普遍采用静力搅拌缸法生产，生产出来的混合料中，水泥和细集料不能充分地均匀弥散和包裹粗骨料，导致出现粗骨料表面干燥露白以及与细集料间很少粘结的现象，混合料在装卸、运输、摊铺过程中极易离析，施工质量难以保证，施工后容易诱发反射裂缝、局部松散、坑槽等早期病害，直接影响路面结构层的耐久性。

本文依托广东省某高速公路改扩建工程水稳基层试验段项目，在普通静力拌和、振动拌和两种不同搅拌方式下，对不同水泥剂量的水泥稳定碎石混合料无侧限抗压强度进行研究，并根据试验结果分析采用振动拌和取得的良好效果，旨在提高水泥稳定碎石基层的耐久性能及使用质量。

1 原材料指标及配合比设计

(1)水泥。采用惠州塔牌水泥有限公司生产的P·O42.5(缓凝型)水泥，各项指标符合《GB 175—2007通用硅酸盐水泥》《JTG/T F20—2015 公路路面基层施工技术细则》相关要求，具体结果见表1。

(2)粗、细集料及矿料合成级配。粗、细集料由迎牌山、斧头山隧道洞渣(凝灰岩)经自有生产线加工而成，各项指标符合设计及JTG/T F20—2015要求，见表2。矿料级配按0～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm、19～26.5 mm分别为29.0%、14.0%、32.0%、25.0%(指质量分数，全文同)的比例合成，能够满足设计图纸要求，见表3。

表1 水泥试验结果

表2 集料试验结果

表3 合成级配结果

2 试验方案

为验证振动拌缸对水泥稳定碎石混合料拌和均匀性及成品强度的影响，选取K74+563～K75+180施工段落，采用普通静力拌和与振动拌和两种模式以及5.0%和5.5%两种水泥剂量的不同组合方式，对水泥稳定碎石混合料在均匀程度、水泥剂量验证、无侧限试件抗压强度等方面进行研究。混合料的三种生产方式见表4。

表4 混合料的三种生产方式

3 结果分析

3.1 三种方式生产的混合料级配分析

在K74+563～K75+180施工期间，按照表4中的生产方式3，每种方案按后场和施工现场各取样2次筛分试验，共进行12次混合料筛分，将实际筛分结果与生产级配进行偏差比对及统计分析,结果见表5、表6。

表5 混合料级配与生产配比级配的偏差

表6 混合料级配与生产配比级配偏差的统计分析

由以上对比可得：①偏差较大的为9.5 mm和2.36 mm筛孔；②同档筛孔情况下，传统静力搅拌混合料级配结果与生产配比的级配偏差较振动拌和生产的混合料大。

3.2 三种方式生产的混合料试件无侧限抗压强度分析

在K74+563～K75+180施工期间，按照表4中的生产方式3，在前后场取样进行筛分试验的同时，进行水泥剂量、含水率、最大干密度试验，结果见表7。

表7 三种方式生产的混合料水泥剂量、含水率、最大干密度汇总表

在K74+563～K75+180施工期间，在后场取一定数量的混合料，成型无侧限抗压试件，经标准养生6 d，浸水养生1 d后进行抗压强度试验，结果见表8。

在K74+563～K75+180施工完成后，在施工现场满足养生龄期后，在三个不同施工段落，每段落按断面取芯各3个，验证芯样强度，结果见表9。

结合表7、表8、表9中的数据可发现：①在水泥剂量相同的情况下，振动拌和模式下生产的混合料无侧限试件在抗压强度、标准差、变异系数等方面均优于传统静力拌和生产的混合料；②在无侧限试件抗压强度基本对等的情况下，振动拌和模式可节约约10%的水泥用量。

表8 三种方式生产的混合料无侧限抗压强度汇总表

表9 每段落按断面取芯强度汇总表

4 结语

通过以上试验方案中不同拌和方式及水泥剂量生产出来的水泥稳定碎石混合料级配和无侧限抗压强度的试验研究，可得出以下结论：

(1)振动拌和工艺增加了水泥稳定碎石混合料的均匀性，使水泥、水、粗细集料等组分分布更加均匀。

(2)在5.5%的水泥剂量情况下，振动拌和工艺生产的水泥稳定碎石混合料较静力拌和工艺生产的水泥稳定碎石混合料强度提高约7%。

(3)振动拌和工艺生产的水泥稳定碎石混合料，在无侧限试件抗压强度基本相同的情况下，节约水泥用量约10%。

建议在项目后续的施工过程中，继续采用振动拌和工艺生产水泥稳定碎石混合料，能够显著增强拌和的均匀性及半刚性基层的强度，可有效防止早期病害的发生，提升路面结构层的耐久性。