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振動攪拌水泥穩定碎石基層壓實工藝的試驗研究
2022年01月13日    閱讀量:40386    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

摘 要

振動攪拌能夠增加水泥穩定碎石混合料的均勻性,強化混合料的微觀結構,為了進一步強化水泥穩定碎石基層的質量,本文對半剛性基層建設中的關鍵環節壓實工藝進行了對比試驗研究,建立了基于振動攪拌下水泥穩定碎石半剛性基層的壓實工藝?;诟倪M后壓實工藝的研究結果,對路面進行施工,檢測含水量、水泥劑量及厚度均滿足設計要求,研究結果表明基于振動攪拌下優化壓實工藝在水泥穩定碎石基層建設具有較明顯的優勢,可推廣應用。


關鍵詞 公路工程 | 振動攪拌 | 壓實工藝 | 水泥穩定碎石


本文依托G347中K40+800至K61+749段路面建設項目,采用不同壓實工藝的試驗對比,研究普通攪拌和振動攪拌兩種方式在不同壓實工藝下對水泥穩定碎石基層性能的影響,以期為新型攪拌工藝下水泥穩定碎石基層高質量建設提供有益參考中國建材網cnprofit.com。


水泥穩定碎石基層試驗材料和試驗方法

試驗設備和試驗過程設計


本文以工程項目中水泥穩定碎石基層試驗段為研究對象,因此,試驗中包括完整的水泥穩定碎石基層的施工設備,其配置符合要求,得到的試驗樣品滿足《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程JTG E30-2005》,所用主要設備如表1所示。

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壓實性能評估以水泥穩定碎石基層壓實后表面形貌、抗壓強度及表面平整度等為評價指標,研究在振動攪拌條件下的水泥穩定碎石的壓實工藝。分別采用普通的攪拌設備和振動攪拌設備,對同種級配混合料進行拌和,在相同的攤鋪條件與工藝下進行攤鋪100m試驗段,采用表2所示的2種壓實工藝進行對比。

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試驗材料


試驗所用水泥為安慶懷寧上峰(水泥)有限責任公司生產P·C32.5R水泥,水泥初凝時間大于3h,終凝時間大于6h且小于10h。集料采用安慶宿松石料礦生產的石灰巖碎石,集料規格具體分為19~26.5mm、9.5~19mm、4.75~9.5mm、2.36~4.75mm、0~2.36mm共5檔集料,集料性能參數符合《公路路面基層施工技術細則《JTG F20-2015》中對瀝青路面基層集料的規格。攪拌用水為地下水,并建立專門蓄水池,保證水質潔凈。

水泥穩定碎石基層配合比設計原則是以最佳的級配保證骨架密實型試配,分別按水泥含量3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%進行擊實實驗確定最大干密度和含水量,然后測定7d飽水無側限抗壓強度,試驗方法和試驗要求遵照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程《JTGE51-2009》執行。根據級配優選與強度試驗結果,確定水泥碎石混合料的級配比,如表3所示。

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試驗結果及分析

普通攪拌與振動攪拌水泥穩定碎石壓實評價


在壓實試驗對比中,設計有普通攪拌水泥穩定碎石和振動攪拌水泥穩定碎石,分別在2種壓實工藝下的對比試驗,由于試驗段周期長,費用高,為優化資源,提高效率,文中采用單一試驗對比的方式進行研究。在設計的2種壓實方案中,選擇其中1種壓實方案驗證普通攪拌與振動攪拌的差別,文中選擇常規的壓實方案2作為壓實方案。普通攪拌水穩混料壓實后,表面能清晰的看見一些部位的混合料離析,而振動攪拌水泥穩定碎石層表面幾乎沒有離析,表面整體均勻,對比結果表明普通攪拌下的混合料在攪拌完成后,混合料中已經形成了宏觀和微觀結構的差異,最終被傳導在形成的半剛性基層路面上。為進一步驗證兩類攪拌后成型路面的效果,對兩種路面取芯,如圖1所示為兩類路面芯樣圖,對比發現,振動攪拌水穩碎石混合料終壓后內部結構緊密,骨料、細料及水泥等緊密的形成整體,而普通攪拌水穩終壓后出現孔洞,大骨料和細料、水泥間未緊密填充,有明顯的離析現象,同時,對二者的7天無側限抗壓強度進行測試,普通攪拌混合料基層抗壓強度為4.3MPa,振動攪拌下的抗壓強度為6.0MPa,上述試驗結果表明,振動攪拌水泥穩定碎石半剛性基層更具優勢(在常規壓實方案2下)。

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振動攪拌下兩種壓實工藝對比


壓實是克服被壓實材料的內摩擦力、粘聚力,使被壓實材料的固體顆粒發生位移而相互靠近,減少固體顆粒間的空氣和水分,從而使被壓實材料變得密實的過程。在半剛性基層建設中,壓實也是最后一道工藝,壓實效果也是對路面性能判斷的最重要指標。在前文中,基于振動攪拌混合料和普通攪拌混合料同一壓實工藝的不同已經對比,因此,在壓實工藝對比優化中,僅研究振動攪拌水泥穩定碎石在壓實方案1和壓實方案2下的不同。在壓實工藝中,從壓實的第一遍、第二遍、第四遍、第六遍、第八遍及第十遍的終壓,分別對壓實后進行壓實度的檢測。如圖2所示為振動攪拌水泥穩定碎石在不同壓實工藝下的壓實度對比,從圖中可知,當第1遍壓實后,兩種壓實工藝下的壓實度同為87.6%,隨著壓實遍數的逐步增加,壓實方案1的壓實度一直高于壓實方案2的壓實度,在第10遍終壓后,方案1的壓實度為101.4%,方案2的壓實度為99.6%,增加值為1.8%,結果表明方案1具有更好的壓實效果。而且,為了進一步評價兩種壓實工藝的效果,對兩個試驗段在10遍終壓后各取5個芯樣進行無側限強度測試,測試結果為方案1終壓后的平均強度為6.3MPa,方案2終壓后的平均強度為6.0MPa,方案1比方案2提高了5%,與壓實度的增加具有一致性,這一結果也反映壓實方案1強于壓實方案2,表明振動攪拌技術下,壓實工藝的優化能更進一步提高水泥穩定碎石基層的路用性能。

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除了壓實度和抗壓強度,壓實厚度的對比也能反映兩種壓實下混合料的壓實工藝特性,在方案1和方案2終壓后,對兩種壓實基層分別隨機選取7個樣本測試壓實厚度,如表4所示為振動攪拌水泥穩定碎石壓實厚度的對比值,從表中能看出,方案1壓實后的平均厚度為17.57cm,方案2壓實后的平均厚度為17.92cm,都符合設計規范要求。但方案1的壓實厚度低于方案2的壓實厚度,結果表明,在同樣的振動攪拌水泥穩定碎石,同樣的攤鋪工藝及松鋪厚度下,由于壓實工藝的不同,水泥穩定碎石半剛性基層的終壓厚度產生差異,方案1顯示出更好的效果,壓實厚度更低,與壓實度和7天無側限強度的結果具有一致性,進一步表面方案1更具有優勢,具有可推廣性。

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路面施工實例


應用試驗段中水泥穩定碎石的配比,以及在試驗段中優化的施工工藝,對G347普濟圩至樅陽段一級路面,起點樁號K40+800,終點樁號K61+749進行施工。路面建設中,攤鋪采用半剛性基層常見的攤鋪方法,相關標準遵循《公路路面基層施工技術細則JTGF20-2015》,壓實工藝為方案1所示的工藝,即為初壓:采用1臺22t單鋼輪壓路機由邊向中穩壓,其速度為1.5~2.0km/h。采用先靜壓碾壓方法,碾壓1遍;復壓:由兩臺30t膠輪壓路機進行碾壓,碾壓速度為1.5~2km/h,重疊1/3輪寬,兩臺膠輪各碾壓2遍,共4遍。再由2臺22t鋼輪壓路機碾壓,重疊1/3輪寬,碾壓速度2.0~2.5km/h,2臺單鋼輪壓路機前后采取強震各2遍,共4遍;終壓:最后由1臺30t膠輪壓路機收面1遍至表面無輪跡時,總計壓實10遍。并按照要求對關鍵指標進行檢測,結果為含水量平均值為5.5%、水泥劑量檢測平均值為4.6%及厚度檢測平均值為17.57cm,均滿足設計要求和規范,表明優化后的基于振動攪拌的水泥碎石穩定土壓實工藝具有實用性和推廣性。


結論


(1)對比終壓后的芯樣,發現振動攪拌水穩料終壓后骨料、細料及水泥等緊密的形成整體,比普通攪拌水泥穩定碎石終壓更密實;發現普通攪拌下的路面樣品抗壓強度為4.3MPa,振動攪拌下的路面樣品抗壓強度為6.0MPa,提高了39.5%;

(2)對振動攪拌下水泥穩定碎石在兩種壓實工藝進行壓實試驗對比,發現終壓后兩類工藝的壓實度相差1.8%,抗壓強度相差5%,表明振動攪拌下水泥穩定碎石路面的壓實工藝改進能夠強化基層的力學性能;

(3)采用優化工藝對振動攪拌的水泥穩定碎石進行半剛性基層建設,檢測含水量平均值為5.5%、水泥劑量檢測平均值為4.6%及厚度檢測平均值為17.5cm,均滿足設計要求和規范;

因此,在水泥穩定碎石基層建設中,振動攪拌的水泥穩定碎石混合料能具有更好的性能,并且通過優化壓實工藝,振動攪拌的水泥穩定碎石基層能進一步提升性能,基于振動攪拌的水泥穩定碎石壓實工藝具有工程應用前景。


標簽:今日頭條,建材應用,技術中心,建筑基材,建筑材料,石材石料,水泥防水
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