李海潮，王 福，肖 周

（中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710065）

0 引 言

沥青路面是在水泥稳定碎石半刚性基层上铺筑沥青混合料作为面层的柔性路面结构，因此，水泥稳定碎石基层就成为保障路面整体质量和寿命的关键因素之一［1－3］。大量的研究证实，路面基层普遍存在的强度不足、裂缝等问题是引起沥青路面破坏、寿命缩短的重要原因［4－6］；因此，强化水泥稳定碎石基层的强度、加强基层的建设质量成为保证沥青路面使用寿命的重要研究方向。

材料的优化与改进能够提高水泥稳定碎石的强度和寿命［7－9］，但最终还需要通过搅拌设备完成，提高搅拌设备的性能显得尤为重要［10－13］。刘朝阳等研究发现振动搅拌作用下混凝土内部最高温差大于普通搅拌的且需要时间短，能促进水泥的水化反应，使成型混凝土更为密实［14］；但路昭等通过研究振动搅拌水泥稳定土的性能，发现振动拌合水泥稳定碎石混合料的劈裂强度有明显提高［15］；赵顺对振动搅拌与非振动搅拌条件下的水泥稳定碎石性能进行比较，发现振动搅拌混凝土无侧限抗压强度较高，且优化了内部的孔结构，改善了孔级配，展现出较为明显的优势［16］。

目前，振动拌搅拌对水泥稳定碎石的研究大多是在试验中验证抗压强度、劈裂强度、微观结构及干缩性等。基于此，本文以国道G347线中K40＋800～K61＋749路面试验段为对象，通过对普通搅拌和振动搅拌混合料的对比试验，以强化基层力学性能、压实质量为指标，探索基于振动搅拌下水泥稳定碎石施工后的路用性能。

1 振动搅拌机理

振动搅拌设备在普通搅拌方式的基础上，使包括搅拌轴及其连接的叶片等都处于振动状态。水泥稳定碎石在受到强制搅拌的过程中，对流与剪切运动依然存在，同时附加了高频低幅的振动作用。振动搅拌设备如图1所示。当混合料处于高频的振动状态时，粉料与水的扩散运动加快，水泥与水的水化反应加快进行，使混合料各个组分不但具有宏观均匀性，微观均匀性也得到改善。搅拌后水泥团粒状态如图2所示，可见振动搅拌后未出现团聚现象，搅拌质量得到提高。

图1 振动搅拌设备及内部原理

图2 两种搅拌方式下水泥团粒对比

2 试验过程

2．1 试验材料

本试验中，水泥选用安庆怀宁上峰（水泥）有限责任公司生产的P·C32．5R水泥，集料选用安庆宿松石料矿生产的石灰岩碎石，依据《公路路面基层施工技术细则》（JTG F20—2015）中对基层的要求指标，确定集料规格具体分为：19～26．5mm（1＃）、9．5～19mm（2＃）、4．75～9．5mm（3＃）、2．36～4．75mm（4＃）、0～2．36mm（5＃）共5档，拌合用水采用干净地下水。

2．2 水泥碎石稳定土配比设计

参照《公路路面基层施工技术细则》（JTG F20—2015），在满足设计级配范围的基础上，确定1＃、2＃、3＃、4＃、5＃各档集料比例为22%、31%、21%、6%、20%。遵照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009）试验要求，分别按水泥剂量3．5%、4．0%、4．5%、5．0%、5．5%进行重型击实试验，确定各组设计的最大干密度和含水量，测试无侧限抗压强度试件，确定水泥剂量为4．5%、最佳含水量为5．4%、最大干密度为2．376g·cm－3。

2．3 试验设备与试验方案

本文以国道G347普济圩至枞阳段K40＋800～K61＋749段路面（全程20．95km）为依托。试验设备有振动搅拌设备1套（许昌德通DT6002BT型，600t·h－1）、普通搅拌设备1套（WCBXC600型，600t·h－1）、摊铺机2台（徐工953型，最大摊铺宽度为13．9m）、单钢轮压路机2台（XS222J型，激振力大于30t）、胶轮压路机2台（XP302型，30t），按施工规范中的要求进行混合料的拌合与摊铺。压实采用常规压实方法，总计压实10遍，初压时前静后振碾压1遍（1台22t钢轮压路机），复压8遍（先由2台钢轮振动碾压各2遍，2台胶轮各2遍），终压用钢轮收面1遍。各阶段根据需要取标准试样检测性能。

3 试验结果与分析

3．1 摊铺性能对比

为了评价振动搅拌对水泥稳定碎石基层的影响，在基层对比施工试验中，施工工艺保持一致。第一道摊铺作业具有预压实功能，因此对于试验路面，采用2台摊铺机梯队作业，前后间距不超过10m，纵向接缝重叠20～30cm，作业时摊铺机参数相同。对摊铺后的水泥稳定基层进行取样测压实度，发现普通搅拌的水稳料摊铺后的压实度为80．2%，振动搅拌的水稳料摊铺后的压实度为81．6%，表明同样摊铺条件下，振动搅拌水泥稳定碎石预压实度更高。同时，观察2种搅拌工艺下摊铺路面的表面特征，能够清晰地看出，普通搅拌混合料摊铺后表面颗粒分布不均匀，存在明显的离析现象，如图3所示；而振动搅拌混合料摊铺后，表面颗粒分散较均匀，无表面离析现象，如图4所示。结果表明振动搅拌混合料虚铺层表面质量更好。

图3 普通搅拌后水稳混合料虚铺状态

图4 振动搅拌水稳混合料虚铺状态

3．2 压实性能对比

压实是路面成型最重要的一环，是路面从松软变成密实的重要途径。在试验中，初压时前静后振碾压1遍，复压8遍，终压收面1遍，在压实1遍、2遍、4遍、6遍、8遍、10遍后测试压实度，不同压实遍数下2种搅拌工艺水稳混合料的压实度对比如图5所示。从图5中可以发现，在同等压实遍数下，振动搅拌混合料的压实度都高于普通搅拌混合料的压实度，在压实10遍后，振动搅拌的水稳料的压实度为100．4%，普通搅拌的水稳的压实度为98．5%，平均压实度相差2．5%左右。

图5 两种搅拌工艺水稳混合料的压实度

为进一步证实振动搅拌对半刚性基层质量的改善，对2种搅拌方式下终压后的水泥稳定碎石基层取样检测水泥含量，结果见表1，表中为任意取样并编号。从表1可知，振动搅拌下水泥稳定碎石基层样本水泥检测量最高为4．7%、最低为4．4%，普通搅拌下水泥稳定碎石基层样本水泥检测量最高为4．9%、最低为4．2%，最大值和最小值偏离设计值都较大；振动搅拌下样本的平均值为4．53%，标准差为0．09，普通搅拌下样本的平均值为4．47%，标准差为0．21，普通搅拌水泥稳定碎石的样本水泥含量的波动值较大。对比结果表明，普通搅拌下水泥稳定碎石混合料水泥拌合不均匀，表现为测试值离散度比较大，而振动搅拌更均匀，这将大大提升基层路面的质量。

表1 两种搅拌下水泥稳定碎石压实后水泥剂量检测

3．3 无侧限抗压强度试验对比

普通搅拌和振动搅拌下的水泥稳定碎石，在经过摊铺及压实后的7d无侧限抗压强度对比如表2所示。从表中可看出，普通搅拌下取芯样本的7d侧限抗压强度为4．4MPa，振动搅拌下的为6．0 MPa，两者都满足标准要求，但振动搅拌的强度提高了36．4%。试验结果表明，在基层路面施工中，振动搅拌能够强化基层路面的力学性能，同时也能看出，这一结果与压实度具有一致性，表明水泥稳定碎石应用振动搅拌更具优势，具有良好的工程应用价值。

表2 普通搅拌和振动搅拌的芯样抗压强度

4 结 语

基于振动搅拌的机理分析，本文对比研究了普通搅拌和振动搅拌下水泥稳定碎石在常规施工中的性能指标，主要结论如下。

（1）对比不同压实遍数下2种搅拌工艺水稳混合料的压实度可知，在同等的压实遍数下，振动搅拌混合料的压实度都高于普通搅拌混合料的压实度，平均提高2．5%左右。

（2）振动搅拌水泥稳定碎石基层样本的水泥检测量平均值为4．53%，标准差为0．09，普通搅拌下样本的平均值为4．47%，标准差为0．21；普通搅拌下离散度大，表明振动搅拌下水泥稳定碎石混合料的均匀性更好。

（3）普通搅拌下芯样的7d无侧限抗压强度为4．4MPa，振动搅拌下为6．0MPa，都满足设计的要求；二者相比较，振动搅拌的强度提高了36．4%。试验结果表明，在基层路面施工中，振动搅拌能够强化基层路面的力学性能。