呂團輝

（中交二公局東萌工程有限公司，陜西 西安 710000）

水泥穩(wěn)定碎石在絕大部分高等級公路中取得了突出的應用效果，強度是衡量其性能的關鍵指標。通過加大水泥用量的方式，有助于提升水穩(wěn)基層強度，但會加大裂縫規(guī)模，降低道路的耐久性。因此，在不改變水泥用量的基礎上，基于何種方式改善該混合料的性能是重點探討話題，需通過合理的工藝措施使其具有足夠的強度與耐久性。

1 振動攪拌的作用

通過振動攪拌的方式制得混合料，其原理是攪拌裝置與激振器共同配合，伴隨攪拌機構的持續(xù)運行，同步發(fā)生振動。其令物料中的微小水泥顆粒可實現持續(xù)性的顫振，解決水泥聚集問題，提升水泥顆粒的均勻性，使其與骨料更好地結合并有效包裹。

1.1 破壞水泥團聚現象

通過振動攪拌的方式，物料在得到充分攪拌的同時還會受到振動影響，原本處于團聚狀態(tài)的水泥在接受振動能量后狀態(tài)發(fā)生變化，即持續(xù)顫振改善了物料過分黏結的問題；且由于振幅作用的存在，原本裹覆在水泥團粒表面的水膜也將被破壞，大量的水泥顆粒分布均勻。

1.2 凈化粗骨料表面并提升黏結強度

振動能量的產生，使得集料表面水膜遭到破壞，骨料得到有效凈化，水泥顆粒分布更加均勻，擴大了與骨料的接觸面積，并在其表面存在大量水泥顆粒，構成疏松層；同時，形成大量的C-S-H凝膠，擴大與骨料的接觸面積，各類物料能夠實現全面接觸，黏結性能得以提升。

1.3 實現對低效區(qū)的改善

振動軸力為振源，投入的各類物料以及彼此間的空隙則發(fā)揮出傳播介質的作用，設備發(fā)出的振動波會向多個方向的傳播，伴隨距離的延長，振動能量表現出逐步衰減的趨勢，具備靠近振源越強、遠離振源越弱的特點。通過對攪拌筒型、攪拌機工作特性的分析得知，與攪拌筒中心間距較小的區(qū)域，該處的物料可獲得更多的振動能量，以彌補該區(qū)域攪拌速度偏慢的不足；而遠離攪拌中心的區(qū)域（即指的是靠近攪拌筒壁處），該處的能量發(fā)生衰減，獲得的能量較少，但由于該處的速度較高，整個攪拌區(qū)域內的實際攪拌效果大體相當，消除了低效區(qū)。

2 現有攪拌技術的不足

現有攪拌技術主要存在以下幾點不足：

（1）攪拌時間偏短，混合料的微觀勻質性欠佳。

（2）攪拌強度偏弱，效率低下。以臨界轉速為基準，實際攪拌作業(yè)時若速度超過該值，將產生離心力，部分物料將附著在筒壁；若攪拌速率偏快，產生的慣性作用將對攪拌狀態(tài)帶來影響，即部分物料拋離攪拌葉片，即出現了離析現象，不利于混合料的均勻度。

（3）伴隨速度梯度現象并產生低效區(qū)。整個攪拌區(qū)域內，與中心相近的部分速度偏低，而與之較遠部分的物料將獲得較高的轉速，存在速度梯度現象，部分區(qū)域的攪拌效率偏低。

3 對比方案與集料組成設計

3.1 攪拌工藝方案

以銅仁至懷化高速公路項目為例，根據施工要求，提出兩種設計方案，方案1為振動攪拌，方案2為普通靜力攪拌。兩種方案中，拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料所用設備一致，均為2臺拌缸串聯的方式，并分二次攪拌；特殊之處在于第二次攪拌中工藝方法的差別，一種是振動攪拌，另一種為普通靜力攪拌。

3.2 集料組成設計

攪拌工藝的改變，使得拌制所得的混合料在性能上存在差異，具體體現在均勻性與強度兩項指標上，為消除級配對質量的影響，以較優(yōu)級配為宜。為對比分析骨架嵌擠密實結構在不同工藝下的特點，采用貝雷法CA（粗集料比）、FAC（兩次篩孔通過率比值，即第二次與第一次）及FAF（兩次篩孔通過率比值，即第三次與第二次），用于評定混合料的嵌擠密實效果。各項指標均可評定混合料的嵌擠情況，但各自的側重對象有所不同，CA對應中粗集料，FAC對應細集料，FAF對應最細集料。根據材料的特點確定指標范圍，針對公稱最大粒徑為26.5mm的部分，各指標的取值區(qū)間為：CA為0.70～0.85，FAC為0.35～0.50，FAF為0.35～0.50。

4 材料攪拌均勻性

4.1 試驗方法

水泥穩(wěn)定碎石混合料的使用效果受到強度等方面的影響，其根本影響因素是攪拌均勻性。文章采用了篩分試驗與EDTA滴定試驗兩種方式，根據所得結果分析集料關鍵篩孔通過率，總結該指標的平均值與變異系數，用于評定攪拌均勻程度。通過篩分試驗的方式，可分析級配的波動情況，用于評定集料分布是否具備足夠的均勻性；而水泥EDTA結果，則是衡量水泥分散均勻程度的關鍵指標，同時在一定程度上可表征微觀均勻性。

4.2 試驗結果分析

（1）集料攪拌均勻性。針對兩種工藝方案，選擇具有代表性的水泥穩(wěn)定碎石混合料，要求每種工藝方案的試驗數量均為8組，關于篩孔的選擇，共有4類，分別為19mm、13.2mm、9.5mm及4.75mm。可以得知，無論是普通攪拌方式還是振動攪拌，兩種方案在相同篩孔條件下求得的通過率平均值僅存在微小差異，并且?guī)缀蹩梢詽M足設計要求。因此，水穩(wěn)基層集料具備級配穩(wěn)定的特點。整理兩種方案下得到的各項篩孔通過率試驗結果，通過求標準差與變異系數的方式可以得知，兩項指標都處于較低水平。從這一角度看，使用兩臺缸串聯并實行二次攪拌的方法，可在很大程度上改善混合料的均勻性。若為振動攪拌，整理其各篩孔通過率數值，通過求標準差與變異系數的方式可以得知，兩項指標均有一定的減小趨勢。以19mm篩孔條件下的通過率為例，其變異系數降低幅度達到26%，4.75mm篩孔條件下降幅則高達53%。因此，相較于普通攪拌方式而言，實施振動攪拌有助于提升集料均勻性，且這一作用在集料粒徑偏小的情況下更為明顯[1]。

（2）水泥分散均勻性。水泥EDTA滴定試驗，兩種方案在試驗組數、取料方式上均保持一致。整理試驗結果，具體內容如表1所示。

表1 水泥用量滴定試驗統計結果 單位：%

根據表1所給內容得知，兩種工藝方法對應的水泥用量均值僅存在微小的差別。標準差與變異系數均維持相對偏低的水平，普遍介于4%～7%；相比之下，方案1具有更好的應用效果，即標準差降低34%，變異系數降低36%。因此，二次攪拌工藝具備提升水泥均勻性的效果，結果表明整體變異水平得到了有效控制；且二次攪拌作業(yè)時采用振動攪拌工藝，由于存在持續(xù)性的振動，可更為有效地處理水泥結團，混合料中水泥分散更具有均勻性。

以方案1為指導，分析此工藝下的水泥穩(wěn)定碎石混合料可以得知，其總體偏深色，大粒徑碎石能夠被水泥漿有效包裹，同時可以發(fā)現碎石表面存在一定程度的“長毛”現象，表明水泥漿攪拌更加均勻。

4.3 強度與施工均勻性

（1）試驗方案。水泥穩(wěn)定半剛性基層整體性能主要取決于強度指標，其直接影響到基層的承載水平?，F階段行業(yè)規(guī)范中對該基層的強度提出更高要求，直接說明提升強度的必要性。而均勻性則是改變強度狀態(tài)的重要因素，最終會作用于路面的耐久性。對此，提出兩種方案的質量分析方法，具體如表2所示。

（2）試驗結果分析。兩種方案的養(yǎng)生方式一致，在路段中以隨機取樣的方式共獲得9組試驗樣品，經加工后形成標準試件，滿足高徑比為1∶1的要求。方案1中，分析其7d與28d無側限抗壓強度可以得知，無論是均值還是代表值都明顯優(yōu)于方案2，且在強度標準差與變異系數兩方面也得到了有效控制。因此，若二次攪拌采取的是振動攪拌，在該工藝下所制得的水泥穩(wěn)定碎石混合料具備更為優(yōu)良的性能，強度提升的同時變異系數下降，可滿足材料均勻性的要求。匯總兩種方案下的數據，可直觀地分析二次攪拌作業(yè)時因攪拌方式不同而帶來的結果差異化現象，具體如圖1所示。由圖1可知：從28d無側限抗壓強度來看，其在均值與代表值兩項指標上都有較大幅度地提升，且明顯超過7d抗壓強度下的指標；而從強度變異系數的角度來看，其在28d條件下的降幅明顯提升。由此可見，由于養(yǎng)生時間的延長，若選擇的是方案1，混合料的強度與均勻性都有著較大幅度地提升。分析其成因，主要在于振動攪拌作用下解決了碎石材料分布不均的問題，原本水泥與集料團結的問題得到緩解，在混合料的各個部分均分布有水泥漿液，可實現對粗集料的充分包裹，有助于提升水泥水化均勻性[2]。在28d內，水泥穩(wěn)定碎石強度表現出大幅提升的趨勢，在攪拌足夠均勻的條件下，可以提升材料的強度，并確保施工均勻性；自28d后，該提升幅度則逐步放緩，最終趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 攪拌工藝對比實施方案

圖1 方案對比

5 結束語

綜上所述，相較于二次普通攪拌的方式，采取振動攪拌工藝，混合料的攪拌均勻性能得到有效提升，變異系數大幅減小，其抗壓強度均值與代表值都更為良好?？傮w上，二次攪拌時應優(yōu)先選擇振動攪拌，此舉是解決混合料均勻性不足、強度偏弱的關鍵。