振动搅拌水对力学性能的影响

分类：机械论文发表 时间：2020-02-19 19:21 关注：(1)

　　为了研究振动搅拌技术对水泥稳定碎石混合料的生产施工中的设计参数(如水泥用量、集料级配、干密度、含水量和压实度等)存在着一定的偏差，对其混合料的力学性能的影响。在实际工程的数据基础上，通过采用灰色关联理论方法分析振动搅拌水泥稳定碎石混合料不同设计参数对混合料力学性能影响的大小程度。试验结果表明，影响混合料力学性能最为显著的设计参数是水泥用量，其次分别是干密度、集料级配、压实度和含水量。

　　关键词：道路工程；水泥稳定碎石；振动搅拌技术；参数偏差；灰色关联理论

　　振动搅拌技术的应用使水泥稳定碎石混合料的拌和更加均匀，水泥和细集料能更好地与粗集料混合，因此，黑大公路(黑河至大连)改扩建工程的沥青路面基层采用了振动搅拌水泥稳定碎石。但是，在施工现场水泥稳定碎石振动拌和中，混合料取样的检测结果表明，水泥稳定碎石的各项设计参数(如水泥含量、级配、干密度、含水量和压实度等)与实验室配合比设计结果有所不同，都存在着一定的偏差，这种差异性势必影响混合料的力学性能［1，2］。研究认为，设计参数差异性的产生有3个阶段，首先是集料的每次取料存在一定的偏差，其次是水泥稳定碎石混合料的拌和过程产生一定的偏差，最后是水泥稳定碎石混合料的运输、摊铺和碾压过程产生一定的差异性［3，4］。曹晖等［5］对超厚水稳碎石的变异性进行了分析，中国学者大部分都是对振动搅拌水泥稳碎石的力学性能进行分析研究但是很少有对振动搅拌水泥稳定碎石混合料的设计参数的偏差影响其强度进行权重分析［6—8］。因此，结合黑大公路建设工程的实际情况，对拌和站振动拌和的水泥稳定碎石混合料的各项设计参数偏差进行检测，分析设计参数偏差对振动搅拌水泥稳定碎石混合料力学性能的影响。

　　1水泥稳定碎石配合比设计

　　1.1原材料胶结材料使用P·O42.5水泥，骨料材料使用玉泉石厂生产的石料，粉煤灰产自大庆热电厂。根据试验规程测得原材料各项技术指标都满足规范要求。1.2集料级配设计水泥稳定碎石混合料的集料级配类型采用骨架密实型。集料分为4档1#(19～31.5mm)、2#(9.5～19mm)、3#(4.75～9.5mm)、4#(0～4.75mm)和粉煤灰。骨料配比(%)为1#∶2#∶3#∶4#∶粉煤灰=19∶23∶25∶27∶6。1.3配合比设计混合料配合比设计采用重型击实试验，根据实际工程具体应用水泥稳定碎石混合料中水泥用量为4.5%，混合料采用振动拌和技术进行击实试验测得最佳含水量和最大干密度，试验结果如图1所示。可以得出:振动拌和水泥稳定碎石最佳含水量6.2%、最大干密度2.311g/cm3。

　　2水泥用量差异性的分析

　　2.1混合料的水泥用量检测黑大公路改扩建工程的水泥稳定碎石设计水泥用量为4.5%。在施工现场用EDTA滴定法对40组取样进行水泥用量检测试验，不同批次取样的检测数据的统计结果如表1所示。2.2检测结果分析从表1中可以看出，水泥用量的最大值是4.8%，最小值为4.4%，水泥用量的最大值与最小值的变化范围相对有差异，可见水泥稳定碎石的水泥用量不稳定。水泥用量的平均值为4.603%，与设计的水泥用量比较接近，但存在着较大的差异性，水泥用量检测的标准偏差为10.23%，变异系数为2.22%。

　　3集料级配差异性的分析

　　3.1混合料的集料级配检测施工现场对194组取样进行集料筛分试验，分别对其标准偏差和变异系数指标进行统计分析。不同批次取样的检测数据的统计结果如图2、图3所示。图2筛孔尺寸与标准差Fig.2Meshsizeandstandarddeviation3.2检测结果分析从图2、图3可以看出，水泥稳定碎石的各个集料级配的平均值均在级配上限与下限之间，但是与合成级配都有一定的偏差。各个筛孔的通过率与合成级配相比，1.18mm以下的集料有所减少，因为在混合料的拌和过程中，添加的粉煤灰与水、水泥发生相应的化学反应，使1.18mm以下的集料含量比原合成级配减少。集料筛分试验的标准差相对较小，试验波动相对不大，19～4.75mm以上的集料差异相对较小集料不明显，但是在4.75mm以下的集料相对4.75mm以上集料变化较大。

　　4含水量、最大干密度和压实度差异性的分析

　　4.1含水量、最大干密度和压实度的检测配合比设计中，水泥稳定碎石的最佳含水量为6.2%，最大干密度为2.311g/cm3。施工现场采用重型击实试验进行水泥稳定碎石的含水量、最大干密度和压实度的检测，施工现场压实度检测如图4所示。分别对其标准偏差和差异系数指标进行统计分析。不同批次取样的检测数据的统计结果如表2所示。4.2检测结果分析从表2中可以看出，水泥稳定碎石含水量在6.8%～8.1%之间，并且平均值7.5%比设计最佳含水量6.5%偏大，标准偏差为21.6%，变异系数为2.9%。混合料的最大干密度在2.315～2.319g/cm3之间，平均值为2.317g/cm3，差异系数为4.2%。压实度的变异系数为0.3%。振动搅拌技术可以减少混合料含水量、最大干密度和压实度的差异性，但是，在拌和施工过程中偏差仍然是不可避免的。

　　5基于灰色关联理论的水泥稳定碎石的强度影响因素分析

　　5.1灰色关联理论灰色关联理论是灰色系统理论的一个重要组成部分，灰色关联理论的灰色关联度大小能清楚地区分出不同影响因素的主次，对多种不同影响因素进行排序。灰色关联度的确定方法如下。5.2影响水泥稳定碎石强度的不同因素关联度计算与分析水泥稳定碎石强度的影响因素包括水泥用量、集料级配、含水量、干密度和压实度。通过灰色关联分析，明确每个因素对混合料强度影响的权重大小与排序。水泥稳定碎石的集料级配因素采用4.75mm通过率来表示，施工现场筛选出10组取样进行试验，并测得水泥稳定碎石7d的无侧限抗压强度，试验结果如表3所示。可见振动搅拌的水泥稳定碎石混合料强度不同影响因素的关联度次序为水泥用量＞干密度＞集料级配＞压实度＞含水量。因此，振动搅拌水泥稳定碎石的水泥用量和干密度差异性是影响混合料无侧限抗压强度的最主要因素，其次分别是集料级配、压实度和含水量。

　　6结论

　　(1)在振动搅拌水泥稳定碎石混合料的拌和与施工质量检测数据基础上，对水泥用量、集料级配、含水量、干密度和压实度等设计参数进行了标准差和差异性分析。结果表明，振动作用下水泥稳定碎石混合料设计参数的差异性都在施工质量控制的范围之内，但偏差对混合料力学性能与施工质量有一定的影响。(2)利用灰色关联理论对振动搅拌水泥稳定碎石混合料强度的影响因素进行了分析。结果表明，按照灰色关联度的影响因素对混合料强度的影响程度大小为水泥用量＞干密度＞集料级配＞压实度＞含水量，影响振动搅拌水泥稳定碎石混合料强度的主要影响因素为水泥用量和干密度的偏差，其次分别为集料级配、压实度和含水量偏差。建议在水泥稳定碎石设计时主要考虑水泥用量和干密度等设计参数。

　　作者：陈柯 梁爽 张海涛 杨洪生 单位：黑龙江省公路勘察设计院 东北林业大学土木工程学院 黑龙江省交通科学研究所