水泥穩定碎石基層強度的影響范文
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《北方交通》2014年第五期
1重型擊實法與振動壓實法對比分析
1.1試驗機理由于重型擊實法有著較長時間的應用和較成熟的規范，故積累了大量的試驗數據和經驗。重型擊實法在確定細顆粒土樣的最佳含水量和最大干密度時還是較為準確的，但在粒徑超過一定的尺寸后，擊實結果顯現出較大的離散性，效果不理想。并且，重型擊實對裝料的均勻性較為敏感，在不同的試驗人員的操作下，同一批試料的試驗結果可能大不相同。同時，試驗的錘擊過程還有可能將部分粗集料擊碎進而改變其原本的顆粒級配。重型擊實法存在這樣的缺點，其原因在于土體不但需要一種外界壓力使土粒相互靠近最后達到密實狀態，更需要一個合外力來使土顆粒發生轉動以釋放能量從而不斷調整其在土體中的位置，最終達到穩定狀態，而重型擊實法缺乏這樣一個使土體顆粒發生轉動的力。振動壓實改變了材料間的摩擦狀態，激發材料的動能使其相互移動嵌擠，形成的結構更加密實，而且在振動壓實過程中只有表面的部分集料存在被壓碎的可能，內部的粗集料基本不可能被壓碎，不會改變原有的級配組成。施工建設中隨著對大噸位壓路機的使用越來越多以及對結構層壓實度要求不斷的提高，依然采用重型擊實法得到的數據來計算路面壓實度的話經常會出現壓實度超百的現象。這些都說明了在當前路面施工的情況下，采用重型擊實法測得的數據來進行施工質量的控制已無法滿足實際要求。
1.2試驗參數混合料配合比為碎石混合料∶石屑=1∶1，水泥含量4.5%。分別采用傳統重型擊實和振動擊實測定最佳含水量和最大干密度。重型擊實法試驗參數:采用大型號擊實筒，內徑152mm、高170mm的金屬圓筒，套環高50mm，直徑151mm和高50mm的筒內墊塊，底座。擊錘的底面直徑50mm，總質量4.5kg。擊錘在導管內的總行程為450mm，落高為450mm，分3次添加試料，每層錘擊次數98次。振動擊實法試驗參數:靜壓力:1900N;激振力:6800～6900N;振動頻率:28～30Hz;鋼模:內徑152mm、高170mm、壁厚10mm;鋼模套環:內徑152mm、高50mm、壁厚10mm。振動擊實的時間分別采用75s和100s，振動頻率采用29Hz。
1.3試驗數據的分析重型擊實法數據分析:以干密度為縱坐標，含水量為橫坐標，繪制含水量－干密度關系曲線。將試驗各點采用二次曲線方法進行擬合，擬合曲線的峰值點對應的含水量、干密度即為最佳含水量和最大干密度。振動擊實法數據分析:以干密度為縱坐標，含水量為橫坐標，在直角坐標紙上繪制含水量－干密度關系曲線。不需進行二次曲線的擬合，凸形曲線頂點的縱橫坐標直接為穩定材料的最大干密度和最佳含水量。
1.4試驗結果對比(圖4～圖6)與靜壓法相比，振動75s方案最大干密度由2.373g/cm3增加到2.424g/cm3，增加幅度為2.1%;振動100s方案最大干密度增加到2.468g/cm3，增加幅度為4.0%。含水量的變化體現在隨著最大干密度的增加，最佳含水量有所下降。
2.1靜壓法工作原理靜壓法成型試件的方法與鋼輪壓路機滾壓機理相同。重型擊實法確定的最佳含水量偏高致使靜壓成型時有多余的水分流出帶走了部分水泥漿，在事實上造成了水泥劑量的降低，這一點是造成壓法成型試件強度低于振動法成型試件強度的一個原因。
2.2振動法工作原理為了更好地模擬現場壓實，振動法作為一種新型試驗方法，納入了2009版《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》。振動壓實減小了材料間的摩阻力，引發了材料間摩擦力由靜摩擦到動摩擦的轉化，并且在振動的工程中只有表面的少量集料可能被振碎，內部的粗集料基本不可能破碎，不會破壞試件的骨架結構;振動壓實過程中在表面振動器的作用下，顆粒間更容易發生相對運動，相互擠壓、嵌入。并且，振動過程會促進水分子的運動，激發水分子的動能使其較容易地擠入材料顆粒間的空隙中，容易使混合料達到密實狀態。因此，振動法成型試件測得的強度比傳統靜壓法要大得多。
2.3不同成型方式強度對比按施工配合比拌和混合料，水泥劑量4.5%，分別采用靜壓成型和振動成型試件，壓實度標準為97%。其中振動成型采用75s和100s兩種成型時間，獲得的7d無側限抗壓強度結果見圖7。從圖7可見，靜壓成型的平均強度值為3.68MPa，振動75s條件下的平均值為5.87MPa，比靜壓成型提高了60%;振動100s條件下的平均值為8.06MPa，比靜壓成型提高了119%。根據現場取芯的對應強度平均值為6.04MPa。度與現場芯樣的數值最為接近，是現場芯樣強度的0.97倍，可見振動成型與施工過程中的碾壓過程相似度最大。振動法成型的試件不僅在強度上明顯大于靜壓法成型的試件，而且變異系數僅為靜壓成型試件的14.3%，說明靜壓法下試件強度的差異性大，試件質量有較大起伏，而振動壓實成型的試件均一性好、代表性強、力學性質穩定。結合不同成型試驗儀器的工作特點，得出產生以上結論的原因為:重型擊實試驗時容易將構成骨架的粗集料擊碎，破壞了試件的骨架結構，致使強度降低。因此，級配以及水泥劑量的改變是造成靜壓成型試件強度值小于振動成型試件且強度變異系數大于振動成型試件的主要原因。
3結論
(1)振動成型法相比于傳統的重型擊實法來講最大干密度增加，最佳含水量降低。并隨著振動時間由75s增加到100s這種變化呈現加劇趨勢。(2)成型方式對室內強度試驗結果影響是較大的。振動75s條件下的平均值比靜壓成型提高了60%;振動100s條件下平均值比靜壓成型提高了119%。振動時間為75s條件下的7d強度與現場芯樣的強度值最為接近，是現場芯樣強度的0.97倍，可見振動成型與施工過程中的碾壓過程相似度最大。(3)經振動成型的試件比靜壓成型試件的強度變異系數減小14.3%，說明了振動成型法的優越性，使得試件的性質更良好、更穩定。
作者：史海波單位：沈陽市公路管理處
