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振动搅拌水泥稳定碎石基层压实工艺的试验研究
2022年01月13日    新闻来源:中网行业信息网    |  投稿

摘 要

振动搅拌能够增加水泥稳定碎石混合料的均匀性,强化混合料的微观结构,为了进一步强化水泥稳定碎石基层的质量,本文对半刚性基层建设中的关键环节压实工艺进行了对比试验研究,建立了基于振动搅拌下水泥稳定碎石半刚性基层的压实工艺。基于改进后压实工艺的研究结果,对路面进行施工,检测含水量、水泥剂量及厚度均满足设计要求,研究结果表明基于振动搅拌下优化压实工艺在水泥稳定碎石基层建设具有较明显的优势,可推广应用。


关键词 公路工程 | 振动搅拌 | 压实工艺 | 水泥稳定碎石


本文依托G347中K40+800至K61+749段路面建设项目,采用不同压实工艺的试验对比,研究普通搅拌和振动搅拌两种方式在不同压实工艺下对水泥稳定碎石基层性能的影响,以期为新型搅拌工艺下水泥稳定碎石基层高质量建设提供有益参考涂料在线coatingol.com


水泥稳定碎石基层试验材料和试验方法

试验设备和试验过程设计


本文以工程项目中水泥稳定碎石基层试验段为研究对象,因此,试验中包括完整的水泥稳定碎石基层的施工设备,其配置符合要求,得到的试验样品满足《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E30-2005》,所用主要设备如表1所示。

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压实性能评估以水泥稳定碎石基层压实后表面形貌、抗压强度及表面平整度等为评价指标,研究在振动搅拌条件下的水泥稳定碎石的压实工艺。分别采用普通的搅拌设备和振动搅拌设备,对同种级配混合料进行拌和,在相同的摊铺条件与工艺下进行摊铺100m试验段,采用表2所示的2种压实工艺进行对比。

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试验材料


试验所用水泥为安庆怀宁上峰(水泥)有限责任公司生产P·C32.5R水泥,水泥初凝时间大于3h,终凝时间大于6h且小于10h。集料采用安庆宿松石料矿生产的石灰岩碎石,集料规格具体分为19~26.5mm、9.5~19mm、4.75~9.5mm、2.36~4.75mm、0~2.36mm共5档集料,集料性能参数符合《公路路面基层施工技术细则《JTG F20-2015》中对沥青路面基层集料的规格。搅拌用水为地下水,并建立专门蓄水池,保证水质洁净。

水泥稳定碎石基层配合比设计原则是以最佳的级配保证骨架密实型试配,分别按水泥含量3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%进行击实实验确定最大干密度和含水量,然后测定7d饱水无侧限抗压强度,试验方法和试验要求遵照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程《JTGE51-2009》执行。根据级配优选与强度试验结果,确定水泥碎石混合料的级配比,如表3所示。

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试验结果及分析

普通搅拌与振动搅拌水泥稳定碎石压实评价


在压实试验对比中,设计有普通搅拌水泥稳定碎石和振动搅拌水泥稳定碎石,分别在2种压实工艺下的对比试验,由于试验段周期长,费用高,为优化资源,提高效率,文中采用单一试验对比的方式进行研究。在设计的2种压实方案中,选择其中1种压实方案验证普通搅拌与振动搅拌的差别,文中选择常规的压实方案2作为压实方案。普通搅拌水稳混料压实后,表面能清晰的看见一些部位的混合料离析,而振动搅拌水泥稳定碎石层表面几乎没有离析,表面整体均匀,对比结果表明普通搅拌下的混合料在搅拌完成后,混合料中已经形成了宏观和微观结构的差异,最终被传导在形成的半刚性基层路面上。为进一步验证两类搅拌后成型路面的效果,对两种路面取芯,如图1所示为两类路面芯样图,对比发现,振动搅拌水稳碎石混合料终压后内部结构紧密,骨料、细料及水泥等紧密的形成整体,而普通搅拌水稳终压后出现孔洞,大骨料和细料、水泥间未紧密填充,有明显的离析现象,同时,对二者的7天无侧限抗压强度进行测试,普通搅拌混合料基层抗压强度为4.3MPa,振动搅拌下的抗压强度为6.0MPa,上述试验结果表明,振动搅拌水泥稳定碎石半刚性基层更具优势(在常规压实方案2下)。

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振动搅拌下两种压实工艺对比


压实是克服被压实材料的内摩擦力、粘聚力,使被压实材料的固体颗粒发生位移而相互靠近,减少固体颗粒间的空气和水分,从而使被压实材料变得密实的过程。在半刚性基层建设中,压实也是最后一道工艺,压实效果也是对路面性能判断的最重要指标。在前文中,基于振动搅拌混合料和普通搅拌混合料同一压实工艺的不同已经对比,因此,在压实工艺对比优化中,仅研究振动搅拌水泥稳定碎石在压实方案1和压实方案2下的不同。在压实工艺中,从压实的第一遍、第二遍、第四遍、第六遍、第八遍及第十遍的终压,分别对压实后进行压实度的检测。如图2所示为振动搅拌水泥稳定碎石在不同压实工艺下的压实度对比,从图中可知,当第1遍压实后,两种压实工艺下的压实度同为87.6%,随着压实遍数的逐步增加,压实方案1的压实度一直高于压实方案2的压实度,在第10遍终压后,方案1的压实度为101.4%,方案2的压实度为99.6%,增加值为1.8%,结果表明方案1具有更好的压实效果。而且,为了进一步评价两种压实工艺的效果,对两个试验段在10遍终压后各取5个芯样进行无侧限强度测试,测试结果为方案1终压后的平均强度为6.3MPa,方案2终压后的平均强度为6.0MPa,方案1比方案2提高了5%,与压实度的增加具有一致性,这一结果也反映压实方案1强于压实方案2,表明振动搅拌技术下,压实工艺的优化能更进一步提高水泥稳定碎石基层的路用性能。

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除了压实度和抗压强度,压实厚度的对比也能反映两种压实下混合料的压实工艺特性,在方案1和方案2终压后,对两种压实基层分别随机选取7个样本测试压实厚度,如表4所示为振动搅拌水泥稳定碎石压实厚度的对比值,从表中能看出,方案1压实后的平均厚度为17.57cm,方案2压实后的平均厚度为17.92cm,都符合设计规范要求。但方案1的压实厚度低于方案2的压实厚度,结果表明,在同样的振动搅拌水泥稳定碎石,同样的摊铺工艺及松铺厚度下,由于压实工艺的不同,水泥稳定碎石半刚性基层的终压厚度产生差异,方案1显示出更好的效果,压实厚度更低,与压实度和7天无侧限强度的结果具有一致性,进一步表面方案1更具有优势,具有可推广性。

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路面施工实例


应用试验段中水泥稳定碎石的配比,以及在试验段中优化的施工工艺,对G347普济圩至枞阳段一级路面,起点桩号K40+800,终点桩号K61+749进行施工。路面建设中,摊铺采用半刚性基层常见的摊铺方法,相关标准遵循《公路路面基层施工技术细则JTGF20-2015》,压实工艺为方案1所示的工艺,即为初压:采用1台22t单钢轮压路机由边向中稳压,其速度为1.5~2.0km/h。采用先静压碾压方法,碾压1遍;复压:由两台30t胶轮压路机进行碾压,碾压速度为1.5~2km/h,重叠1/3轮宽,两台胶轮各碾压2遍,共4遍。再由2台22t钢轮压路机碾压,重叠1/3轮宽,碾压速度2.0~2.5km/h,2台单钢轮压路机前后采取强震各2遍,共4遍;终压:最后由1台30t胶轮压路机收面1遍至表面无轮迹时,总计压实10遍。并按照要求对关键指标进行检测,结果为含水量平均值为5.5%、水泥剂量检测平均值为4.6%及厚度检测平均值为17.57cm,均满足设计要求和规范,表明优化后的基于振动搅拌的水泥碎石稳定土压实工艺具有实用性和推广性。


结论


(1)对比终压后的芯样,发现振动搅拌水稳料终压后骨料、细料及水泥等紧密的形成整体,比普通搅拌水泥稳定碎石终压更密实;发现普通搅拌下的路面样品抗压强度为4.3MPa,振动搅拌下的路面样品抗压强度为6.0MPa,提高了39.5%;

(2)对振动搅拌下水泥稳定碎石在两种压实工艺进行压实试验对比,发现终压后两类工艺的压实度相差1.8%,抗压强度相差5%,表明振动搅拌下水泥稳定碎石路面的压实工艺改进能够强化基层的力学性能;

(3)采用优化工艺对振动搅拌的水泥稳定碎石进行半刚性基层建设,检测含水量平均值为5.5%、水泥剂量检测平均值为4.6%及厚度检测平均值为17.5cm,均满足设计要求和规范;

因此,在水泥稳定碎石基层建设中,振动搅拌的水泥稳定碎石混合料能具有更好的性能,并且通过优化压实工艺,振动搅拌的水泥稳定碎石基层能进一步提升性能,基于振动搅拌的水泥稳定碎石压实工艺具有工程应用前景。


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