水泥稳定碎石基层易出现开裂问题，且疲劳性能不佳，为了解决这一问题，部分研究者做了大量的试验。试验中发现，采用振动搅拌不仅可以提高水泥稳定碎石均匀性，还可以在一定程度上减少水泥剂量，从而达到提高水泥稳定碎石基层抗裂性的目的。实践证明，采用振动搅拌耐久性水泥稳定碎石基层技术，对控制水泥稳定碎石基层的抗裂性和耐久性均具有重要的现实意义。
振动搅拌研发历程
1972年，苏联技术人员在试验室采用下置式振动搅拌试验机，取得了混凝土质量的提高与突破。1992年，长安大学冯忠绪教授开启了世界振动搅拌技术研究新时代。2009年，西安德通创立并开启了振动搅拌技术工业化进程。2012年，世界首台混凝土振动搅拌机由西安德通研制成功。2014年，西安德通振动式水泥稳定碎石搅拌机研制成功，如图1所示。
水泥稳定碎石振动搅拌机是在水泥混凝土振动搅拌机研发成功后，一次偶然的机会想到的。研发成功后，该技术在各级道路路面基层修筑中得到应用，并在我国东北、华北、西北和西南地区进行了大范围推广。应用该技术不仅可以节约水泥用量、降低成本，还可以减少半刚性基层裂缝，提高基层耐久性。从2014年水泥稳定碎石振动搅拌机研制成功到现在，虽然经历了短短3年时间，但取得了惊人的成绩。到目前为止，该技术已在国内30多个省市自治区得到推广应用，并在10余省份建立了地方性标准或者工法。
振动搅拌工作原理
水泥稳定碎石混合料搅拌中加入振动，使混合料粒料产生了对流、扩散作用，粒径较小的材料可充分弥散并均匀分布。水泥浆和细集料颗粒均匀分散后，均匀地分散粘结在粗骨料的表面，避免了粗骨料露白和混合料分布不均匀现象。
振动搅拌机原理是在普通搅拌机器上加入激振器，通过传动装置传递到振动轴，在对水泥稳定碎石混合料进行强制搅拌的同时加以振动作用，如图2所示。混合料的颗粒处于振动状态，大大增加了混合料颗粒的运动速度。混合料颗粒运动速度的增加后，物料颗粒间的相互碰撞的频率和强度也随之增加，水泥浆及细集料受到这些作用后就会均匀地附着于粗骨料表面。这不仅可以增加水泥水化反应的进程，也可以改善水泥稳定碎石的微观结构。
振动搅拌机比普通搅拌机搅拌频率高，同时又可每分钟释放1500次以上振动弹力波，因此其每次对混合料撞击能量可达到静力搅拌机10倍以上。振动搅拌使得水泥等细集料充分弥散，水泥水化充分，水泥水化产物与骨料表面粘结更加牢固，混合料强度、耐久性及耐冲刷性等性能指标提升明显。
振动搅拌的优势
（1）微观均匀性与致密性好
水泥稳定碎石材料中，水泥颗粒粒径3~80μm，粉煤灰颗粒粒径45μm，水滴最小直径20μm。只有这些微小粒径的颗粒性材料在混合料中均匀弥散分布，才能实现微观上的均匀。传统搅拌技术由于搅拌机理方面存在缺陷，很难实现微观均匀。同配比情况下，将传统搅拌和振动搅拌水稳材料在扫描电镜下放大2000倍（见图3），两者的区别非常明显。传统搅拌水稳材料中，细小松散的CSH（水化硅酸钙）凝胶颗粒散落于骨料表面而未形成强力粘附，粗细骨料和水化产物界面明显，期间的过渡相结构疏松。而振动搅拌水稳材料水泥水化充分，粗细骨料和水化产物浑然一体，微小颗粒材料均匀弥散，整体结构致密均匀。
（2）能有效改善材料离析现象
水泥稳定碎石材料在摊铺和碾压过程中容易产生离析现象（见图4），振动搅拌可以有效改善水泥稳定碎石的离析现象。采用振动搅拌时，大粒径（最大公称粒径37.5mm）的水稳材料在摊铺层的肩部，顶部和底部均有粗骨料分布，没有出现骨料溜肩的离析现象，如图5所示。从碾压过后的基层表面可以看出，粗骨料的分布均匀，路面整体更加平整密实，如图6所示。
（3）能有效提高材料和易性
普通搅拌混合料在摊铺和碾压过程中，容易产生难压实和底部压实不充分现象，如图7所示。振动搅拌可以使水颗粒和细集料颗粒充分弥散（见图8），为此混合料易压实，且可以形成上下均匀的完整芯样（见图9）。
实际工程应用案例
（1）103 省道许昌境内一级公路改建项目
该项目基层为骨架密实型水泥稳定碎石，施工时间是2013年10月。水稳基层配合比设计采用的是河南省地标《公路水泥稳定碎石抗裂设计与施工技术规范》（DB41/T864-2013），如表1。细集料采用天然砂，细度模数2.8；水泥采用P.O42.5散装水泥；粉煤灰采用Ⅱ型粉煤灰。水稳碎石密度为2.473g/cm3，含水量为4.5%。
骨架密实型水稳碎石属于粗骨料形成嵌挤结构，具有很强的抗变形能力。由于粗骨料粒径较大（达到37.5mm），离析风险较高，且传统的连续式搅拌机搅拌时间只有7~8s，所以大骨料容易出现干燥露白现象，很难保证水稳碎石的均匀性。而采用振动搅拌技术，很好地解决了搅拌时间短、骨料表明包裹不均匀问题。实际施工效果也正好验证了这点。实验结果表明，该工程水稳基层材料7d取芯芯样完整密实（图10），强度高达15.4MPa。
（2）江西安定高速水泥稳定碎石基层
该项目是江西安定高速的BP1标，施工时间为2015年12月。配合比设计情况如表2。
表2江西安定高速BP1标基层配合比设计
江西省安定高速指挥部在同一料场进行了单拌缸振动搅拌和普通双拌缸两级搅拌的对比试验，各铺筑了200m的试验段。在同配比的情况下，出料的效果对比较为明显，如图11所示。从图11可以看出，采用振动搅拌的水稳碎石粗细集料分布十分均匀，整体颜色偏浅。而采用普通双拌缸二级搅拌的水稳碎石出现了明显的粗骨料表面富集现象，且许多粗骨料的表面干燥，没有被很好地包裹。
采用这2种搅拌工艺，混合料7d取芯的试验结果如表3所示。由此得出结论，单拌缸振动搅拌变异系数较双拌缸减小了58.4%，强度代表值提高了51.2%，水稳材料的宏观和微观均匀性都有大幅度提高。
（3）甘肃白明高速水泥稳定碎石底基层原先的两层摊铺工艺存在着层间分离、工期较长等问题，为此近几年人们开始大量采用宽幅大厚度摊铺机一次摊铺基层水稳。全厚式一次成型工艺层间分离、工期较长等问题，但也仍没有解决混合料离析和压实困难这两个突出问题。而振动搅拌技术对解决这两个问题都有很好的效果，本文以京新高速甘肃境内白疙瘩至明水段项目进行说明。
京新高速甘肃境内白疙瘩至明水段项目底基层设计厚度为32cm，于2016年4月进行了底基层铺筑（图12）。该项目水泥采用P.O42.5，剂量为3.8%，工地试验结果如表4所示。从表4可以看出，其强度值完全能够满足设计要求。现场施工中，也未出现材料离析，养生7天后现场取芯完整（图13），未出现以前的断根现象。
联系客服
