岚罗高速振动搅拌水稳碎石工程应用及质量控制_王增强.pdf

146城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02交通运输建设行业是我国的经济动脉之一，截至 2020年底，高速公路总里程位居世界第一。水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面具有整体性好、行车舒适等优点，但水泥稳定碎石基层内部温、湿变化产生的应力集中现象易导致其开裂，并在外部荷载的长期作用下形成路面的反射裂缝，缩短路面服役寿命1-5。因此，提高水泥稳定碎石基层的抗裂性能，是保证其路用性能的关键。为此，国内外众多学者和工程人员从材料配比、外加剂和搅拌工艺等方面进行了大量的理论研究和工程实践。例如，胡力群研究了半刚性基层材料结构类型，设计了骨架孔隙水稳碎石混合料 6，7。王秀春等通过试验证明了聚丙烯纤维可以有效改善水稳碎石基层的开裂8，9。冯忠绪等通过研究振动搅拌设备的工作机理，证明振动搅拌能够有效地减少水泥颗粒的团聚，提升微观层次上的均匀性10，11。刘自强、李海潮等通过在实际公路建设工程中应用振动搅拌，表明振动搅拌可以在保证基层强度的同时减少开裂12，13。本文依托岚山至罗庄高速公路开展振动搅拌水稳碎石的工程应用及质量控制研究，依托工程桩号 K86+855K104+789，路线全长 17.934 km，拟在主线 K95+502K95+693 路段采用振动搅拌生产水泥稳定碎石。首先进行水泥稳定碎石基层试验段作业，通过对试验段的应用效果进行观测分析，验证振动搅拌水稳碎石质量控制工艺，再进行全线工程应用。1 振动搅拌机理传统搅拌是依靠叶片的转动强制带动物料沿一定轨迹摘要为了掌握振动搅拌水泥稳定碎石半刚性基层施工质量控制要点，本文以岚山至罗庄高速公路半刚性基层建设为依托，研究了振动搅拌水泥稳定碎石在实际工程中的应用效果，探讨了质量控制措施。结果表明：采用振动搅拌时，上、下基层水泥剂量标准差分别为 0.06 和 0.15，水泥剂量稳定；振动搅拌的混合料各组分间阻力小，混合料容易压实；在满足5 MPa 强度要求下，振动搅拌可提高混合料强度约 14%。研究表明，振动搅拌是一种可以有效提高水泥稳定碎石路用性能的绿色搅拌新方法，工程质量容易控制。关键词道路工程；振动搅拌；高速公路；水稳碎石；基层开裂中图分类号TU997；U416.2文献标识码A基金项目山东省技术创新项目（202150101128；202011901014）。DOI10.19892/ki.csjz.2023.02.41Abstract In order to grasp the key points of construction quality control of vibration mixing cement stabilized macadam semi-rigid base,this paper studies the application effect and quality control measures of cement stabilized macadam produced by vibration mixing in practical engineering based on the construction of Lanluo highway semi-rigid base.The results show that the cement content is stable and its standard deviation of the upper and lower base is 0.06 and 0.15 respectively;the mixture under vibration mixing is easy to compact and has small resistance between the mixture;based on the strength requirement of 5 MPa,the strength can be increased by 14%under vibration mixing.The research shows that vibration mixing is a new green mixing method that can effectively improve the road performance of cement stabilized macadam,and the project quality is easy to be controlled.Key words road engineering;vibration mixing;highway;cement stabilized macadam;base cracking作者简介：王增强（1974-），男，工程技术应用研究员。研究方向：交通工程。通信作者：尹壮飞（1990-），男。研究方向：桥梁与隧道工程。邮箱：。作者单位：1.山东高速养护集团有限公司；2.山东高速路桥集团股份有限公司岚罗高速振动搅拌水稳碎石工程应用及质量控制The Application and Quality Control of Cement Stabilized Macadam by Vibration Mixing Technology in Lanluo Highway王增强1 尹壮飞2 赵宏魁2 武剑峰2Wang Zengqiang1,Yin Zhuangfei2,Zhao Hongkui2,Wu Jianfeng2147 2023.02/Building Technology and Application 建筑技术应用运动，迫使物料各组分互相剪切、穿插，逐步趋向均匀。由于各组分粒径大小差别极大，尽管毫米级以上材料组分容易均匀，但水泥等微米级材料组分却不易完全分散，进行细致观察后总会发现新拌混合料中存在部分水泥颗粒的聚团现象 见图 1（a），不但浪费了水泥，还影响了混合料的工程使用性能，容易因水泥温缩和干缩造成基层开裂。振动搅拌是在传统强制搅拌的基础上复合高频振动，使物料在强制搅拌过程中还受到高频颤振，这种高频低幅的振动能够有效减少水泥颗粒的团聚，促使水泥弥散，从而在搅拌过程中提升物料的微观均匀性 见图 1（b），使得基层的抗裂性能更好，强度更高。2 配合比设计2.1 依托工程概况岚 山 至 罗 庄 高 速 公 路 路 线 全 长 约 17.934 km，路基宽 27.0 m，设计时速 120 km，基层为水泥剂量4.5%、36 cm 的水泥稳定碎石半刚性基层，分上、下基层进行铺筑，均为 18 cm。试验段全长约 191.0 m（K95+502K95+693），采用振动搅拌技术，水泥稳定碎石约 1658.5 m3。全线严格按试验段确定的工艺施工。2.2 原材料水泥采用费县沂州水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥 P.O42.5，初凝时间为 4 h，终凝时间为 6 h；集料采用莒南县某厂生产，经过抽检水泥和集料各项指标均符合规范要求。根据公路路面基层施工技术细则（JTG/TF 202015）和国家其他现行的有关规定，基层的压实度需达 98%，7 天无侧限抗压强度最低为 5.0 MPa。2.3 级配设计根据试验室试拌结果，确定了 05 mm、510 mm、1020 mm、2030 mm 四种粒径的矿料级配和配合比，如表1所示。表2所示为混合料的最佳含水量和最大干密度。3 工程应用及质量控制3.1 搅拌质量控制（1）水泥稳定碎石基层材料应洁净、无杂质，入场前按规定频率随机抽样检测原材料的力学性能，坚决不用不合格的材料。（2）正式生产前对振动搅拌设备进行调试，使其满足正常工作的要求；随机检查搅拌机物料投放情况，并计算配合比。（3）正式生产后，随机检查搅拌质量，集料误差和含水率误差分别不能超过 2%和 1%。3.2 运输质量控制（1）采用的重型自卸汽车进行运输（载重20 t以上），自卸车装料时要前后移动三次形成驼峰状，避免一次装料发生离析。（2）运输时对车辆进行遮盖，避免含水量的变化。（3）若在运输过程中发现混合料出现结团、离析，图 1 水泥团颗粒分布对比（图片来源：作者自绘）（a）水泥颗粒团聚（b）水泥颗粒均匀表 1 混合料级配矿料粒径/mm0551010202030矿料比例/%30203218筛孔尺寸/mm31.526.5199.54.752.360.60.075合成级配10095.580.050.631.919.89.03.0设计要求值上限10010086553626165下限100907643261682表 2 混合料的最佳含水量和最大干密度实验方法水泥掺量/%最佳含水量/%最大干密度/(g/cm3)振动成型4.55.52.315148城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02或已被淋湿等不符合施工要求的情况，不得使用该混合料。3.3 摊铺质量控制（1）摊铺前，在基层对应位置安装厚度控制支架，根据 1.30 松铺系数，确定松铺厚度和控制线高度。（2）摊铺前应保证下承层表面潮湿。（3）两台摊铺机同时作业，前后间距 510 m，每分钟摊铺 1.52.0 m。要确保厚度和平整度一致，接缝平整。3.4 压实质量控制（1）为保证水泥稳定碎石基层边缘压实度，现场配备小型夯机对边角进行碾压。（2）混合料的碾压采取初压、复压、终压三阶段碾压的方式。采用胶轮压路机进行初压，压路机速度为1.6 km/h，由低到高静压 2 遍；采用 22 t 振动压路机复压，压路机速度控制在 1.8 km/h，由低到高轻振 2 遍，轻振后再重振 2 遍；再采用胶轮压路机稳压 2 遍；采用双光轮压路机进行终压，压路机速度控制在 2.0 km/h，由高到低进行静压，直至基层表面无明显轮迹为止。（3）在复压结束后，按规范要求检测压实度；若压实度低于 98%，应进行振动补压，每补压一遍后进行一次压实度检测，直至达到压实度要求才可进行终压。3.5 养生（1）基层养生不少于7天，其间禁止任何车辆进入（洒水车除外）。（2）下基层无需养生，对上基层喷洒 1.01.5 kg/m2的沥青油进行养护，恶劣天气下不得喷洒。3.6 试验结果及分析3.6.1 最大干密度和最佳含水率表 3 为击实试验测定的岚罗高速试验段上、下基层混合料最大干密度与最佳含水率，证明生产配合比合理。3.6.2 混合料水泥剂量为了验证振动搅拌下水泥剂量的稳定性，分别对试验段上、下基层混合料进行水泥剂量滴定试验，各进行 3 次滴定试验，结果如表 4 所示。从表 4 可知，设定水泥用量 4.5%，振动搅拌生产的上基层混合料水泥剂量平均值为 4.5%，下基层为 4.7%，均满足设计要求。从图 2 可见，各检测点水泥剂量均接近 4.5%设定值，且上、下基层标准差仅为 0.06 和 0.15，水泥剂量稳定，其根源是在振动搅拌过程中，水泥颗粒持续受到高频颤振，因此在混合料中分布均匀，团聚现象少。3.6.3 压实度压实度作为控制基层施工质量的主要指标之一，可以直接反映基层性能及服役寿命。因此，采用灌砂法检测试验段上、下基层的压实情况，结果如表 5 所示。从表 5 可知，上、下基层压实度平均值均为 99.2%，满足压实度最小值 98%的要求。试验结果表明，振动搅拌生产的水泥稳定碎石混合料压实度高，这是由于振动搅拌下水泥水化物和骨料包裹均匀，骨料间的阻力小，因此容易压实。3.6.4 无侧限抗压强度无侧限抗压强度体现了半刚性基层的宏观力学性能。表 4 水泥剂量试验结果工程部位 设定值/%试验结果检测 1 检测 2 检测 3 平均值/%标准差上基层4.5EDTA 消耗量/ml10.410.610.34.50.06对应水泥剂量/%4.54.64.5下基层4.5EDTA 消耗量/ml10.410.810.94.70.15对应水泥剂量/%4.54.74.8表 3 击实试验检测结果工程部位水泥剂量/%最大干密度/（g/cm3）最佳含水率/%上基层4.52.329 5.6下基层4.52.