不同拌和条件对水泥稳定碎石混合料性能的影响

摘 要

采用振动拌和与普通拌和技术，研究2种拌和方式对水泥稳定碎石性能的影响，通过对比2种拌和技术的拌缸设备、水泥稳定碎石混合料的拌和均匀性，以及对相同水泥剂量下2种拌和方式的无侧限抗压强度、达到规范要求的无侧限抗压强度的水泥剂量进行测试和分析。结果表明:振动拌和构造较普通拌和更加合理;振动拌和方式下，无侧限抗压强度更高，水泥剂量降低率更大。

关键词

公路工程 | 路面 | 水泥稳定碎石 | 振动拌和 | 普通拌和

长期以来，半刚性基层作为高速公路沥青路面的主要承重结构层应用较为普遍，其中又以水泥稳定碎石基层的应用较为广泛。随着道路建设行业的迅速发展，水泥稳定碎石基层在施工中逐渐呈现的不足:是传统拌缸拌和时间在10s以内，很难使水泥、水与集料充分接触，骨料存在“干燥露白”现象;由两个单拌缸串联而成的双拌缸拌和系统其搅拌时间在15s以内，虽然其拌和时间有所延长，但只是单纯的轴向拌和，也不能完全解决骨料的干燥露白现象。振动拌和技术对上面2种拌和系统进行了综合改善，基于振动拌和技术为原理制成的振动型拌缸中混合料在搅拌叶片的作用下以左右螺旋线为运动轨迹，同时作圆周方向的抛洒、剪切运动并沿轴向向出料口移动，在移动的过程中，不断受到强烈的强制搅拌，同时又受到高频的振动作用，使物料处于震颤状态，加强了粉料与水的弥散以及水与水泥的水化反应速度，净化了骨料表面，增加了颗粒间碰撞次数，使粗骨料表面被细集料及水泥的水化产物紧密包裹，不仅提高了水泥稳定碎石的宏观均匀性，而且增强了水泥稳定碎石混合料的微观均匀性，使得搅拌质量与搅拌效率得以兼顾。为此，本研究通过选取振动拌和和普通拌和2种技术，系统研究2种拌和方式对水泥稳定碎石混合料性能的影响，从而论证振动拌和技术的优势。

拌和设备的对比

(1)叶片的对比。基于振动拌和技术制成的振动型拌缸其拌和叶片数目为72片，较普通拌缸64片多8片，即叶片密度较普通拌缸增大了12.5%;拌和叶片较普通的长6cm窄3cm，见图1所示。

这样的组合不致由于拌和叶片数目的增多，造成拌和轴长度增加;也不会造成石料被叶片挤碎的可能性增大，从而影响到混合料的级配稳定性;另外，也不会造成拌和叶片数目过少，使混合料循环次数减少，影响拌和质量。总之，振动拌和叶片组合结构极大地提高了混合料拌和均匀性。

(2)喷水系统对比。普通拌缸喷水系统为向下伸出5cm左右的小喷嘴，其弊端有二:一是混合料搅拌时容易被堵塞，造成喷水不匀;二是喷嘴容易被飞起的石子打断，水流由散流变为直流柱，在一定搅拌时间下造成局部混合料含水量偏大。而基于振动拌和技术为原理制成的振动型拌缸其喷水系统是在过水管道上打成密集的小孔形成喷洒梁，同时在成品料出口端加装了雾化喷水系统起降尘、保湿作用。图2为2种类型拌缸喷水系统，图3为振动型拌缸雾化喷水系统。

拌和均匀性对比

将同种级配的水泥稳定碎石混合料分别在振动拌和以及普通拌和作用下进行搅拌，取2种拌和作用下有代表性的集料颗粒做对比，如图4所示。

从图中可以看出，振动拌和作用下的集料表面水分晶莹剔透，集料表面完全被水分润湿，而在普通拌和作用下，集料色泽暗淡;此外，振动拌和作用下细集料与粗集料充分接触，整个粗集料被细集料所裹附，而普通拌和作用下细集料并没有完全包裹粗集料。分析其原因在于:(1)普通型拌缸仅在入口处加装添加水装置，单纯地通过轴向搅拌无法使水分与每一颗集料充分接触，致使混合料水分分布出现两个极端:过湿或露白;(2)在振动拌和作用下，水泥团首先被打破，均匀分布在混合料中;粗集料比表面积较细集料、粉料小很多，水泥很容易包裹粗集料表面使得接触的细集料全部粘附在上面。

无侧限抗压强度对比

采用振动拌和与普通拌和用静压法制备无侧限抗压强度试件，在标准养护条件下(温度20±2℃、湿度≥95%):无侧限抗压强度试件养生6天，浸水1天，最后测定其无侧限抗压强度值。实验结果如表1。

从表1以及图5可以看出:(1)2种类型拌缸作用下无侧限抗压强度随着水泥剂量的增大而增大，且振动型拌缸的无侧限抗压强度比普通型拌缸无侧限抗压强度大，在同一水泥剂量下，振动型拌缸较普通拌缸无侧限抗压强度高0.9~1.1MPa;(2)2种类型拌缸作用下的无侧限抗压强度代表值与水泥剂量有很好的线性相关性，在达到设计要求强度3.5MPa时，其所对应的水泥剂量分别为3.1%和3.8%，振动型拌缸的水泥消耗量较普通型拌缸低了18.5%。

究其原因在于:振动拌和使水泥稳定材料在轴向搅拌的同时加以竖向偏心振动作用，使水泥颗粒处于颤动状态，从而破坏水泥颗粒的聚团，使水泥颗粒均匀分布。同时振动搅拌使混合料颗粒的运动速度增大，增加了有效碰撞次数，加速集料颗粒表面水化生成物向液相扩散的速度，使水泥水化加速。此外，还可净化集料表面，增加水泥和集料间的粘结力。振动拌和技术的应用使得粗骨料被水、细集料及水泥的水化产物紧密包裹，不但提高了水泥稳定碎石的宏观均匀性，还使水泥稳定碎石的微观均匀性有很大的增强，而且由于水泥的充分弥散使相同强度下所需的水泥剂量有所降低，从拌和质量以及拌和效率两方面对水泥稳定碎石的强度起到保障作用。

结论

(1)振动拌和技术的振动型拌缸叶片密度较普通拌缸增大了12.5%，极大地提高了混合料搅拌均匀度。此外，振动型拌缸其喷水系统是在过水管道上打成密集的小孔形成喷洒梁，并在成品料出口端加装了雾化喷水系统，起到了降尘、保湿作用;

(2)振动拌和作用下细集料与粗集料充分接触，整个粗集料被细集料所裹附，而普通拌和作用下细集料并没有完全包裹粗集料;

(3)2种类型拌缸作用下无侧限抗压强度随着水泥剂量的增大而增大，且振动型拌缸的无侧限抗压强度比普通型拌缸无侧限抗压强度大，在同一水泥剂量下，振动型拌缸较普通拌缸无侧限抗压强度高0.9~1.1MPa;

(4)2种类型拌缸作用下的无侧限抗压强度代表值与水泥剂量有很好的线性相关性，在达到设计要求强度3.5MPa时，其所对应的水泥剂量分别为3.1%和3.8%，振动型拌缸的水泥消耗量较普通型拌缸低了18.5%。