許國(guó)偉，余明坤，他雪鳳，李東林，董晨輝，范宗凱，王浩，古源

（1.云南省建筑科學(xué)研究院 云南 昆明 650223）

（2.云南建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司 云南 昆明 650223）

（3.云南省建筑結(jié)構(gòu)與新材料企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南 昆明 650223）

（4.昆明市建筑結(jié)構(gòu)安全和新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南 昆明 650223）

（5.云南省交通投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 云南 昆明 650000）

0 前言

目前，國(guó)內(nèi)外的有關(guān)水泥穩(wěn)定碎石的研究主要在于原材料的級(jí)配、性能及新拌水泥穩(wěn)定碎石成型方面，技術(shù)方法也比較完善。但在水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)過(guò)程工藝技術(shù)研究不多，致使通過(guò)強(qiáng)化拌和過(guò)程改善水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的和巨大潛力都無(wú)法發(fā)揮，造成水泥浪費(fèi)，加工能耗大，噪音大，設(shè)備磨損快等問(wèn)題，究其原因就是攪拌技術(shù)的落后導(dǎo)致。振動(dòng)攪拌技術(shù)解決了傳統(tǒng)攪拌方式下水泥穩(wěn)定碎石攪拌時(shí)間太短、微觀均勻性差和存在速度梯度和攪拌低效區(qū)的問(wèn)題[1,2]。通過(guò)振動(dòng)攪拌對(duì)水泥穩(wěn)定碎石水泥用量的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究，以期對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)在水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：采用紅河天寶水泥有限公司生產(chǎn)的P.C32.5R 復(fù)合硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

細(xì)集料：機(jī)制砂，其篩分結(jié)果見(jiàn)表2、性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

粗集料：二龍山石料場(chǎng)，1#碎石（19～31.5mm）、2#碎石（9.5～19mm）、3#碎石（4.75～9.5mm），篩分結(jié)果見(jiàn)表5、7、9，性能指標(biāo)見(jiàn)表4、6、8。

表1 水泥性能指標(biāo)

表2 細(xì)集料篩分試驗(yàn)結(jié)果

水泥、細(xì)集料、粗集料的性能指標(biāo)滿足JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》的要求。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥：按照GB/T8074-2008《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》水泥性能試驗(yàn)。

集料：按照J(rèn)TG E41-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行粗、細(xì)集料的性能試驗(yàn)。按照J(rèn)TG/T F20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配篩分試驗(yàn)。

表3 細(xì)集料的性能指標(biāo)

表4 1#碎石（19～31.5mm）性能指標(biāo)

表5 1#碎石（19～31.5mm）篩分試驗(yàn)結(jié)果

表6 2#碎石（9.5～19mm）性能指標(biāo)

表7 2#碎石（9.5～19mm）篩分試驗(yàn)結(jié)果

表8 3#碎石（4.75～9.5mm）性能指標(biāo)

表9 3#碎石（4.75～9.5mm）篩分試驗(yàn)結(jié)果

配合比設(shè)計(jì)：按照J(rèn)TG/T F20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石配合比的設(shè)計(jì)。

水泥穩(wěn)定碎石性能：按照J(rèn)TG E51-2015《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石的擊實(shí)試驗(yàn)、試件的成型、養(yǎng)生和試件7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別采用圖解法和計(jì)算法對(duì)基層水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，所得結(jié)果如下圖1 和表10 所示。

圖1 圖解法混合料配合比設(shè)計(jì)

計(jì)算法配合比如表10。

通過(guò)圖解法得到水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配中1# 碎石、2# 碎石、3# 碎石、細(xì)集料的比例分別為21:19:28:32，通過(guò)計(jì)算法得到水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配中1# 碎石、2# 碎石、3# 碎石、細(xì)集料的比例分別為38:22:10:30。結(jié)合圖解法和計(jì)算法得到水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確認(rèn)水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配1# 碎石、2# 碎石、3#碎石、細(xì)集料的比例為35:25:10:30.

表10 計(jì)算法混合料級(jí)配表

2.2 水泥穩(wěn)定碎石混合最佳含水率和最大干密度測(cè)試

按照試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)的水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配，以不同水泥劑量，在不同含水量下進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水率和最大干密度，并根據(jù)最佳含水率和最大干密度確定水泥穩(wěn)定碎石的最佳用水量。水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水率和最大干密度測(cè)試結(jié)果如圖2～6 所示。

圖2 3.5%水泥劑量干密度～含水率曲線

圖3 4.0%水泥劑量干密度～含水率曲線

圖4 4.5%水泥劑量干密度～含水率曲線

圖5 5.0%水泥劑量干密度～含水率曲線

圖6 5.5%水泥劑量干密度～含水率曲線

從水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水率和最大干密度測(cè)試結(jié)果圖2～6 可知：水泥劑量3.5%時(shí)水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率為4.7%，最大干密度為2.432 g/cm3；水泥劑量4.0%時(shí)水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率為4.8%，最大干密度為2.447 g/cm3；水泥劑量4.5%時(shí)水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率為5.0%，最大干密度為2.463 g/cm3；水泥劑量5.0%時(shí)水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率為5.1%，最大干密度為2.471 g/cm3；水泥劑量5.5%時(shí)水泥穩(wěn)定碎石最佳含水率為5.2%，最大干密度為2.471 g/cm3。

2.3 振動(dòng)攪拌對(duì)水泥穩(wěn)定碎石水泥用量的影響

按照試驗(yàn)確認(rèn)的的最佳含水率，配制3.5%～5.5%的水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石，按照J(rèn)TG E51-2015《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行成型，試驗(yàn)分別在傳統(tǒng)攪拌方式和振動(dòng)攪拌方式下，研究水泥劑量對(duì)水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表11 所示。

表11 不同攪拌方式下的水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同的水泥劑量情況下，改變攪拌方式對(duì)水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度影響較大，并且振動(dòng)攪拌方式相比于傳統(tǒng)攪拌能提高水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。這主要是因?yàn)椴捎谜駝?dòng)攪拌拌合效率明顯提高，通過(guò)釋放激振力來(lái)強(qiáng)化攪拌過(guò)程的技術(shù)，使水泥顆粒處于顫動(dòng)狀態(tài)，從而破壞水泥凝聚團(tuán)[3]，使水泥顆粒分布均勻，膠結(jié)料的作用效果也顯著提高。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果看，采用振動(dòng)攪拌方式比采用傳統(tǒng)攪拌方式的水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高0.4～0.7MPa。這主要是由于振動(dòng)攪拌使得混合顆粒的運(yùn)動(dòng)速度加大，增加了有效碰撞次數(shù)，加速了集料顆粒表面水化生成物向液相擴(kuò)散的速度，使水泥水化加速，從而提高了水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度[4]。

從表11 可以得出，振動(dòng)攪拌能有效地提高水泥穩(wěn)定碎石質(zhì)量和攪拌效率，保證了材料微觀的均勻性[5]，使得混合料降低了離析分層的現(xiàn)象。采用振動(dòng)攪拌，在相同的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度和工作性要求下，比傳統(tǒng)攪拌方式可以節(jié)約0.5%左右的水泥劑量。

3 結(jié)語(yǔ)

（1） 在相同的水泥劑量情況下，采用振動(dòng)攪拌方式比采用傳統(tǒng)攪拌方式的水泥穩(wěn)定碎石7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高0.4～0.7MPa。

（2） 在相同的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度和工作性要求下，采用振動(dòng)攪拌方式比傳統(tǒng)攪拌方式可以節(jié)約0.5%左右的水泥劑量。

（3） 將振動(dòng)攪拌技術(shù)應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石生產(chǎn)，起到節(jié)約水泥、提高水泥穩(wěn)定碎石質(zhì)量的作用。