劉俊瑞，劉 莎

(1.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心(有限公司) 太原市 030032； 2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津市 300000)

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的公路建設(shè)也呈現(xiàn)飛速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，在我國(guó)現(xiàn)有的公路中，路面結(jié)構(gòu)主要由面層、基層和墊層組成?；鶎邮锹访娼Y(jié)構(gòu)的承重層，對(duì)路面整體質(zhì)量和性能有著重要影響。水泥穩(wěn)定碎石材料以其強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)良特點(diǎn)，被廣泛用于高等級(jí)公路路面基層。目前，在水泥穩(wěn)定碎石材料的試驗(yàn)性能測(cè)試中，最佳含水率和最大干密度主要通過重型擊實(shí)試驗(yàn)來確認(rèn)，隨著大噸位壓路機(jī)的使用及規(guī)范對(duì)路面基層的更高要求，在實(shí)際施工過程中，重型擊實(shí)并不能很好地模擬現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)狀況，得到的干密度偏小，造成與施工實(shí)際狀況不匹配，且由于水泥用量較高，在溫度應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生溫縮裂縫。因此，研究振動(dòng)成型擊實(shí)試驗(yàn)具有重要意義。依托廣東某高速公路，通過對(duì)比室內(nèi)振動(dòng)擊實(shí)成型與重型擊實(shí)方式，分析振動(dòng)擊實(shí)的特征，為路面現(xiàn)場(chǎng)施工提供一定的依據(jù)。

1 振動(dòng)擊實(shí)與重型擊實(shí)的擊實(shí)原理分析

1.1 重型擊實(shí)原理

在沖擊力作用下，填料逐漸相互靠攏，使得粗顆粒之間增加了顆粒表面的摩擦力，細(xì)顆粒之間分子引力增強(qiáng)，最終依據(jù)級(jí)配大小的不同而嵌擠在一起，使填料達(dá)到密實(shí)，并組成新的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。然而緊靠上下方向的擊實(shí)，并不能使碎石達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)，受填料的初始位置、形狀影響較大。

1.2 振動(dòng)擊實(shí)原理

在振動(dòng)作用下，填料的初始位置發(fā)生改變，內(nèi)部形成振動(dòng)沖擊，填料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由靜止轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，同時(shí)填料內(nèi)部水分產(chǎn)生離析，作為潤(rùn)滑劑使顆粒之間位置更加密實(shí)，粗細(xì)顆粒之間的空隙更易被填充，形成穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，使得填料密實(shí)度提高，承載力增加。

2 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石試驗(yàn)方案

2.1 原材料性質(zhì)

(1)水泥性能

試驗(yàn)用水泥采用廣東韶關(guān)樂昌市中建材水泥有限公司生產(chǎn)的粵海P.C32.5R硅酸鹽水泥，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示，滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)P.C32.5R水泥的技術(shù)要求。

(2)集料性能

試驗(yàn)用集料來自廣東韶關(guān)九龍寨石場(chǎng)，集料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表2所示，滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)的技術(shù)要求。

表2 集料技術(shù)指標(biāo)

2.2 水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)

依據(jù)集料的篩分特征，進(jìn)行水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的級(jí)配設(shè)計(jì)，最終的級(jí)配方案見表3所示，滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)的技術(shù)要求。

表3 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石級(jí)配設(shè)計(jì)表

3 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石技術(shù)指標(biāo)比對(duì)分析

根據(jù)試驗(yàn)方案，分別對(duì)比水泥劑量4.0%、4.5%、5.0%振動(dòng)擊實(shí)與重型擊實(shí)成型下碎石的最大干密度、最佳含水率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)的變化情況。

3.1 最大干密度與最佳含水率比對(duì)分析

分別按照這兩種壓實(shí)試驗(yàn)方法對(duì)不同水泥劑量的混合料進(jìn)行壓實(shí)，確定各自的最大干密度和最佳含水率，試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2所示。從圖中可以得出：

(1)在同一水泥劑量下，振動(dòng)擊實(shí)比重型擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度大，在5.0%水泥劑量下，兩者的最大干密度分別為2.394g/cm3和2.312g/cm3，密度差值為0.082g/cm3，這是因?yàn)檎駝?dòng)成型能夠使集料在保證擊實(shí)功的情況下，通過顆粒位置的變動(dòng)使集料更加密實(shí)。

(2)在同一水泥劑量下，振動(dòng)擊實(shí)比重型擊實(shí)試驗(yàn)確定的最佳含水率小，在5.0%水泥劑量下，兩者的最佳含水率分別為4.86%和5.61%，差值達(dá)0.75%，這是由于重型擊實(shí)僅靠垂直方向的壓力使集料相互擠壓，需要較多的水分起到潤(rùn)滑的作用，振動(dòng)擊實(shí)通過振動(dòng)使集料的位置發(fā)生改變，從而更快地達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，故所需含水率相對(duì)較小。

(3)隨著水泥劑量的增加，混合料的最大干密度和最佳含水率也隨之增大，主要是由于隨著水泥的增多，需要更多的水發(fā)生水化反應(yīng)，同時(shí)顆粒之間的空隙被更多的水泥漿填滿，使得整體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。

3.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析

依據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009)，分別按照確定的最佳含水率和最大干密度通過靜壓法與振動(dòng)成型法得到混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件，其中壓實(shí)度按98%控制，制備150×150mm的圓柱型試件，經(jīng)過7d標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)后，測(cè)量其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表中可以得出：

表4 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

(1)在同一水泥劑量下，振動(dòng)擊實(shí)比重壓成型試件的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大，在5.0%水泥劑量下，兩者的強(qiáng)度分別為10.0MPa和5.4MPa，前者為后者的1.85倍。

(2)隨著水泥劑量的增大，兩種方法成型試件的強(qiáng)度均逐漸增大，且增長(zhǎng)速度呈逐漸放緩的趨勢(shì)。振動(dòng)成型試件在水泥劑量4.0%時(shí)強(qiáng)度為8.1MPa，能夠滿足規(guī)范要求，通過水泥劑量的降低，能有效避免溫縮裂縫的產(chǎn)生。

(3)結(jié)合以上兩點(diǎn)，可以得出成型方法對(duì)混合料的強(qiáng)度影響較大，振動(dòng)成型對(duì)于重型擊實(shí)有較明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于重型擊實(shí)，在靜壓成型過程中，由于顆粒的位置變化較小，在壓力作用下顆粒間的摩阻力也逐漸增加，從而使試件無法達(dá)到最佳密實(shí)結(jié)構(gòu)；而振動(dòng)成型試件，在高頻振動(dòng)壓力下，顆粒間的摩擦力被相互抵消，且隨著顆粒位置的變動(dòng)，顆粒之間結(jié)合更加緊密，試件內(nèi)部粗細(xì)集料嵌擠的更加均勻，形成了密實(shí)結(jié)構(gòu)，使試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度更高。

4 結(jié)論

(1)研究了水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石不同成型方式對(duì)最大干密度和最佳含水率的影響，振動(dòng)擊實(shí)最大干密度較重型擊實(shí)大，最佳含水率較重型擊實(shí)小，成型試件更加密實(shí)，性能較重型擊實(shí)有明顯優(yōu)勢(shì)。

(2)研究了水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的成型方式對(duì)其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，振動(dòng)擊實(shí)的試件強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于靜壓成型試件。在水泥劑量較小(4%)時(shí)即能滿足規(guī)范強(qiáng)度要求，能有效降低水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層溫縮裂縫。

(3)研究了水泥劑量對(duì)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石各項(xiàng)指標(biāo)的影響，隨著水泥劑量的增大，兩種成型方式的最大干密度、最佳含水率均呈增大趨勢(shì)，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也隨著增大。

(4)振動(dòng)擊實(shí)成型方式在各方面都優(yōu)于重型擊實(shí)方式，且該種擊實(shí)方式與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)更加匹配，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇合適的水泥劑量，將振動(dòng)擊實(shí)方式予以推廣應(yīng)用。