李多军
富蕴天山水泥有限责任公司 ，新疆 836100
摘要：水泥稳定碎石在绝大部分高等级公路中取得了突出的应用效果，强度是衡量其性能的关键指标。通过加大水泥用量的方式，有助于提升水稳基层强度，但会加大裂缝规模，降低道路的耐久性。因此，在不改变水泥用量的基础上，基于何种方式改善该混合料的性能是重点探讨话题，需通过合理的工艺措施使其具有足够的强度与耐久性。
关键词：搅拌工艺；水泥稳定碎石；振动搅拌；
1振动搅拌的作用
1.1破坏水泥团聚现象
通过振动搅拌的方式，物料在得到充分搅拌的同时还会受到振动影响，原本处于团聚状态的水泥在接受振动能量后状态发生变化，即持续颤振改善了物料过分黏结的问题；且由于振幅作用的存在，原本裹覆在水泥团粒表面的水膜也将被破坏，大量的水泥颗粒分布均匀。
1.2净化粗骨料表面并提升黏结强度
振动能量的产生，使得集料表面水膜遭到破坏，骨料得到有效净化，水泥颗粒分布更加均匀，扩大了与骨料的接触面积，并在其表面存在大量水泥颗粒，构成疏松层；同时，形成大量的C-S-H凝胶，扩大与骨料的接触面积，各类物料能够实现全面接触，黏结性能得以提升。
1.3实现对低效区的改善
振动轴力为振源，投入的各类物料以及彼此间的空隙则发挥出传播介质的作用，设备发出的振动波会向多个方向的传播，伴随距离的延长，振动能量表现出逐步衰减的趋势，具备靠近振源越强、远离振源越弱的特点。通过对搅拌筒型、搅拌机工作特性的分析得知，与搅拌筒中心间距较小的区域，该处的物料可获得更多的振动能量，以弥补该区域搅拌速度偏慢的不足；而远离搅拌中心的区域（即指的是靠近搅拌筒壁处），该处的能量发生衰减，获得的能量较少，但由于该处的速度较高，整个搅拌区域内的实际搅拌效果大体相当，消除了低效区。
2现有搅拌技术的不足
（1）搅拌时间偏短，混合料的微观匀质性欠佳。
（2）搅拌强度偏弱，效率低下。以临界转速为基准，实际搅拌作业时若速度超过该值，将产生离心力，部分物料将附着在筒壁；若搅拌速率偏快，产生的惯性作用将对搅拌状态带来影响，即部分物料抛离搅拌叶片，即出现了离析现象，不利于混合料的均匀度。
（3）伴随速度梯度现象并产生低效区。整个搅拌区域内，与中心相近的部分速度偏低，而与之较远部分的物料将获得较高的转速，存在速度梯度现象，部分区域的搅拌效率偏低。
3对比方案与集料组成设计
3.1搅拌工艺方案
以高速公路项目为例，根据施工要求，提出两种设计方案，方案1为振动搅拌，方案2为普通静力搅拌。两种方案中，拌制水泥稳定碎石混合料所用设备一致，均为2台拌缸串联的方式，并分二次搅拌；特殊之处在于第二次搅拌中工艺方法的差别，一种是振动搅拌，另一种为普通静力搅拌。
3.2集料组成设计
搅拌工艺的改变，使得拌制所得的混合料在性能上存在差异，具体体现在均匀性与强度两项指标上，为消除级配对质量的影响，以较优级配为宜。为对比分析骨架嵌挤密实结构在不同工艺下的特点，采用贝雷法CA（粗集料比）、FAC（两次筛孔通过率比值，即第二次与第一次）及FAF（两次筛孔通过率比值，即第三次与第二次），用于评定混合料的嵌挤密实效果。各项指标均可评定混合料的嵌挤情况，但各自的侧重对象有所不同，CA对应中粗集料，FAC对应细集料，FAF对应最细集料。
4材料搅拌均匀性
4.1试验方法
水泥稳定碎石混合料的使用效果受到强度等方面的影响，其根本影响因素是搅拌均匀性。文章采用了筛分试验与EDTA滴定试验两种方式，根据所得结果分析集料关键筛孔通过率，总结该指标的平均值与变异系数，用于评定搅拌均匀程度。
通过筛分试验的方式，可分析级配的波动情况，用于评定集料分布是否具备足够的均匀性；而水泥EDTA结果，则是衡量水泥分散均匀程度的关键指标，同时在一定程度上可表征微观均匀性。
4.2试验结果分析
（1）集料搅拌均匀性。针对两种工艺方案，选择具有代表性的水泥稳定碎石混合料，要求每种工艺方案的试验数量均为8组，关于筛孔的选择，共有4类，分别为19mm、13.2mm、9.5mm及4.75mm。可以得知，无论是普通搅拌方式还是振动搅拌，两种方案在相同筛孔条件下求得的通过率平均值仅存在微小差异，并且几乎可以满足设计要求。因此，水稳基层集料具备级配稳定的特点。整理两种方案下得到的各项筛孔通过率试验结果，通过求标准差与变异系数的方式可以得知，两项指标都处于较低水平。从这一角度看，使用两台缸串联并实行二次搅拌的方法，可在很大程度上改善混合料的均匀性。若为振动搅拌，整理其各筛孔通过率数值，通过求标准差与变异系数的方式可以得知，两项指标均有一定的减小趋势。以19mm筛孔条件下的通过率为例，其变异系数降低幅度达到26%，4.75mm筛孔条件下降幅则高达53%。因此，相较于普通搅拌方式而言，实施振动搅拌有助于提升集料均匀性，且这一作用在集料粒径偏小的情况下更为明显[1]。
（2）水泥分散均匀性。水泥EDTA滴定试验，两种方案在试验组数、取料方式上均保持一致。整理试验结果。两种工艺方法对应的水泥用量均值仅存在微小的差别。标准差与变异系数均维持相对偏低的水平，普遍介于4%～7%；相比之下，方案1具有更好的应用效果，即标准差降低34%，变异系数降低36%。因此，二次搅拌工艺具备提升水泥均匀性的效果，结果表明整体变异水平得到了有效控制；且二次搅拌作业时采用振动搅拌工艺，由于存在持续性的振动，可更为有效地处理水泥结团，混合料中水泥分散更具有均匀性。以方案1为指导，分析此工艺下的水泥稳定碎石混合料可以得知，其总体偏深色，大粒径碎石能够被水泥浆有效包裹，同时可以发现碎石表面存在一定程度的“长毛”现象，表明水泥浆搅拌更加均匀。
4.3强度与施工均匀性
（1）试验方案。水泥稳定半刚性基层整体性能主要取决于强度指标，其直接影响到基层的承载水平。现阶段行业规范中对该基层的强度提出更高要求，直接说明提升强度的必要性。而均匀性则是改变强度状态的重要因素，最终会作用于路面的耐久性。对此，提出两种方案的质量分析方法，具体如表2所示。
（2）试验结果分析。两种方案的养生方式一致，在路段中以随机取样的方式共获得9组试验样品，经加工后形成标准试件，满足高径比为1∶1的要求。方案分析其7d与28d无侧限抗压强度可以得知，无论是均值还是代表值都明显优于方案2，且在强度标准差与变异系数两方面也得到了有效控制。因此，若二次搅拌采取的是振动搅拌，在该工艺下所制得的水泥稳定碎石混合料具备更为优良的性能，强度提升的同时变异系数下降，可满足材料均匀性的要求。汇总两种方案下的数据，可直观地分析二次搅拌作业时因搅拌方式不同而带来的结果差异化现象，从28d无侧限抗压强度来看，其在均值与代表值两项指标上都有较大幅度地提升，且明显超过7d抗压强度下的指标；而从强度变异系数的角度来看，其在28d条件下的降幅明显提升。由此可见，由于养生时间的延长，若选择的是方案1，混合料的强度与均匀性都有着较大幅度地提升。分析其成因，主要在于振动搅拌作用下解决了碎石材料分布不均的问题，原本水泥与集料团结的问题得到缓解，在混合料的各个部分均分布有水泥浆液，可实现对粗集料的充分包裹，有助于提升水泥水化均匀性。在28d内，水泥稳定碎石强度表现出大幅提升的趋势，在搅拌足够均匀的条件下，可以提升材料的强度，并确保施工均匀性；自28d后，该提升幅度则逐步放缓，最终趋于稳定状态。
5结束语
综上所述，相较于二次普通搅拌的方式，采取振动搅拌工艺，混合料的搅拌均匀性能得到有效提升，变异系数大幅减小，其抗压强度均值与代表值都更为良好。总体上，二次搅拌时应优先选择振动搅拌，此举是解决混合料均匀性不足、强度偏弱的关键。
参考文献：
[1]董武,谢诗元,赵利军,等.振动对水泥稳定碎石搅拌过程和性能的影响[J].中国公路学报,2019,32(5):181-190.
[2]刘豪斌,刘连国,侯剑楠.搅拌方式对水泥稳定碎石强度影响分析[J].工程与建设,2018,32(6):927-930.