（材料学专业论文）水泥稳定碎石振动试验方法研究.pdf

摘要 水泥稳定碎石基层作为一种常用的半刚性基层类型，具有强度高，承载力大，水稳 定性好等优点。但是，现行水泥稳定碎石试验方法存在诸多不足，如与现场碾压设备和 施工效果不一致，试验结果不具有真实性、可靠性和代表性，对水泥稳定碎石组成设计 和指导现场施工效果较差。为此，开展水泥稳定碎石振动试验方法及应用研究是十分必 要的。 本文在提出振动试验方法时，均采用表面振动仪作为试验设备，以最大程度地模拟 现场碾压效果为原则对表面振动仪的振动参数进行了优化组合并提出合理的振动击实 时间；分析了重型击实试验方法和静力压实试件方法存在不足，结合现场振动碾压特性， 提出了能较好模拟现场施工和碾压效果且操作简便、结果可靠、精密度高的振动击实试 验方法和振动试件成型方法，并得到了大量实体工程验证，结果表明了该方法较好的模 拟了现场碾压效果；研究了水泥稳定碎石强度随养生龄期和水泥剂量的增长规律，并建 立了物理意义明确、数据拟合能力强的强度增长预估方程；研究了不同试件制作方式、 不同级配类型对水泥稳定碎石路用性能的影响；结合实体工程应用情况，提出水泥稳定 碎石材料合理水泥用量的建议；实体工程应用效果研究表明，振动法设计的水泥稳定碎 石具有很强的力学性能和抗裂性能，极大的缓解甚至解决了水泥稳定碎石收缩裂缝等问 题。 关键词：水泥稳定碎石、表面振动仪、振动试验方法、路用性能、合理水泥剂量 a b s t r a c t a sac o m m e nt y p eo fs e m i r i g i db a s i s ，t h er o a db a s eo fc e m e n ts t a b i l i z e dc r u s h e d a g g r e g a t e ( c s c a ) h a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha sh i g hs t r e n g t ha n dh i g hw a t e r - s t a b i l i t y b u t t h ep r e s e n tt e s tm e t h o da n di t sa p p l i c a t i o no fc s c aa l s oh a sm a n yl i m i t a t i o n ss u c ha si t s i n c o m p a t i b i l i t y 而t ht h em o d e mc o m p a c t i n ge q u i p m e n t sa n dc o n s t r u c t i o ne f f e c t s t h e r e f o r e ，i t i so fv i t a li m p o r t e n c eo ft h er e s e r c ho fv i b r a t i n gt e s tm e t h o d t h i sp a p e ru s et h ev i b r a t i n gc o m p a c t i o nt e s t i n gm a c h i n e ( v t m ) a st h et e s tm a c h i n e a n dr e s e a r c hi t sb i b r a t i n gp a r a m e t e r sa n dt i m eb a s e do nt h ep r i n c i p l eo ft h em a x i m u m s i m u l a t i o no ft h em e t h o do fs t a n d a r dh e a v yc o m p a c t i o nt e s ta n ds t a t i cp r e s s u r ep r o d u c i n g s p e c i m e nw e r ea n a l y z e dt h r o u g he x p e r i m e n t st h a th e l p e dt op r o p o s ean e wv i b r a t i n gt e s t m e t h o ds i m p l et oo p e r a t e ，w i t hm o r er e l i a b l ea n dp r e c i s er e s u l t ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ea b o v e p r i n c i p l e a n a l y s et h ec s c as t r e n g hf o r m a t i o nm e c h a n i s ma n db u i l te s t i m a t i o nm o d e la b o u t s t r e n g t hi m p r o v e m e n t w i t hd i r e c tp h y s i c a lm e a n i n ga n dp o w e r f u ld a t af i t t i n g a c c o r d i n gt ot h e t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de n t i t ya p p l i c a t i o ni m p a c t ，t h ea u t h o rs u g g e s t st h eo p t i m u mc s c a s c e m e n tc o n t e n t sf o rt h ec u r r e n th i g h - g r a d eh i g h w a y s t h er e s e a r c ho nt h ee n t i t ya p p l i c a t i o n i m p a c ts h o w st h a tt h ec s c ad e s i g h e db yv i b r a t i n gm e t h o di so fs t r o n gm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n dr e s i s t a n c ea g a i n s tc r a c k sa n dc a ng r e a t l yc o n t r i b u t et oo re v e ns o l v et h ec o n t r a c t i o n c r a c k i n gp r o b l e m k e y w o r d s ：c e m e n ts t a b i l i z e dc r u s h e da g g r e g a t e ；v i b r a t i n gc o m p a c t i o nt e s t i n gm a c h i n e ； v i b r a t i n g t e s tm e t h o d ；r o a dp e r f o r m a n c e ；o p t i m u mc e m e n tc o n t e n t s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：忙、磊 论文知识产权权属声明 。7 年b 月6 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 洒、锄 孝参军 d7 年易月f ；日 0 1 年f 月6 日 长安大学硕士学位论文 1 1 研究目的与意义 第一章绪论 水泥稳定碎石基层是目前我国高等级公路广泛采用的一种基层类型。从路用性能上 讲，水泥稳定碎石基层具有强度高，承载力大，水稳定性好，板体性强等优点。但是， 在工程实际应用中，水泥稳定碎石基层也存在一些问题，主要表现为严重的收缩裂缝现 象以及因此而诱发的唧浆和网裂等破坏形式。另外，工程人员已经逐渐产生了对水泥稳 定碎石基层认识上的偏差，如半刚性基层在沥青面层铺筑前大量出现裂缝现象( 不正常) 已司空见惯；水泥稳定碎石混合料的水泥剂量应达到5 - - 一6 以上( 过高) 几乎成为共识； 工程中为达到设计强度指标及保证路面芯样完整，提高水泥剂量( 非唯一方式) 几乎成 为最有效的手段；现场芯样无侧限抗压强度往往远大于室内静压法成型试件强度的原因 ( 室内成型方式与现场不匹配) 很少被考虑；现有压实设备下，无需对施工工艺严格控 制也能达到较高的压实度( 压实度超百现象普遍存在，其实质是重型击实法确定的压实 度标准偏低) 已被接受。但正是在压实度容易达到的情况下，基层的压实反而被忽视。 上述这些不正常现象与当前水泥稳定材料基层的设计方法以及室内试验方法存在 的紧密联系。室内试验的方式如果不能对现场碾压情况进行较好的模拟，势必会使试验 结果与现场情况产生偏差，从而使设计结果失去真实性和可靠性。供分析测试用的材料 试件，其是否具有代表性直接关系到测试结果正确与否，进一步决定由此而得出的设计 方案是否合理。目前，工程实际当中普遍采用振动压路机进行基层材料的压实，而目前 采用的用于确定水泥稳定碎石材料最大干密度和最佳含水量的重型击实试验和用于测 定7 d 无侧限抗压强度的试件静压成型法则是针对静力压路机的工作原理提出的，都没 有能够较好的模拟现场振动压路机实际碾压施工条件。 重型击实试验的击实功率已达不到现场振动压路机的压实功率。如果采用重型击实 试验确定的材料最大干密度作为控制现场压实度的标准，那么现有的振动压路机可以很 轻松的就达到要求的压实度，但如果进一步充分碾压则会使现场压实度“超百”。个别 施工单位为了避免压实度“超百 现象的发生，甚至减少压路机碾压遍数，致使基层材 料碾压不充分，导致其路用性能不良，却很少考虑室内试验方法是否合理。 室内静压成型的试件内部结构与现场碾压而成的水泥稳定碎石内部结构不吻合，这 必然导致室内测定的力学性能与基层实际力学性能之间存在较大出入。室内成型试件， 第一章绪论 为了能使其测定的力学性能达到规范的相关要求，工程人员常常采用增加水泥剂量的方 法，而试件内部结构是否与工程实际相符合则常被忽视。水泥剂量的增加不但使工程的 成本上升，更会带来基层耐久性的变差，最直接的表现就是基层的开裂现象。 因此，对水泥稳定碎石材料室内试验方法开展研究，得出一套模拟现场效果良好、 结果准确稳定的室内试验方法是非常必要的。这对充分发挥水泥稳定碎石基层的优点， 使其更好的应用于公路建设中有着重要的意义。 1 2 国内外研究现状 目前，我国水泥稳定碎石基层的应用积累了较为丰富的经验，关于水泥稳定碎石的 研究也取得了一定的成果，但高速公路的早期破坏现象仍未得到明显的缓解和消除。现 有的研究手段仍然采用传统的技术基础上。我国室内常用的确定半刚性基层材料最佳含 水量和最大干密度的方法是重型击实法；用于基层材料试件成型的方法是静力压实法。 国内研究认为：现行的采用击实法确定材料的最大干密度和最佳含水量、利用静压成型 成型试件与现场振动压路机压实道路半刚性基层铺层材料的不适应性表现为以下方面： 1 振动压实的压实机理和静力压实的机理不同，振动压实通过高频振动作用使材 料产生“液化 来导致密实的过程式完全不同的，静力压实成型试件的方法和静力压路 机的滚压的机理是基本相同的，但是和振动压路机的振动压实机理存在较大差别。 2 利用压力机在通过静压成型试件的过程中类似的现象很严重，混合料中粗集料 的比例越大，这种情况越明显。集料级配发生变化，制成的试件与设计不符，随后的试 验结果就失去了代表性。因此有必要开发室内振动设备以便更好的模拟振动压路机实际 施工工况，采用振动法确定无机结合料稳定粒料土的压实标准并利用振动法成型试件。 国内的相关研究并不多，成果主要集中在长安大学，内容主要体现在实验仪器的开 发和应用方面。2 0 0 2 年，长安大学开始研发模拟振动压路机工作原理的振动压实成型设 备一表面振动仪，并研究了设备振动参数对振动压实效果的影响规律，初步提出了道路 材料振动压实的试验方法；2 0 0 5 年，利用振动压实设备对不同级配粗集料进行振动压实， 研究了骨架密实结构水泥稳定碎石粗集料的抗破碎性能，对级配优化有一定指导作用； 2 0 0 6 年，利用振动法成型试件对骨架空隙结构水泥稳定碎石混合料配合比设计及路用性 能进行了研究；同年，分别用静压法及振动法进行了水泥稳定碎石混合料及配配合比的 优化，室内外试验结果表明现场经振动压实的水泥稳定碎石混合料强度、抗裂性能与室 内振动成型成型混合料试件的性能更加的趋于一致，用振动法优化的级配和配合比可以 2 长安大学硕士学位论文 显著的提高半刚性基层的抗裂能力，并建议采用振动击实结果作为现场压实度控制指 标：2 0 0 7 年，天津市政工程研究院、北京建筑工程学院对水泥稳定碎石混合料静压法与 振动法试件成型方法进行了比较，结果显示：振动法确定的最小水泥剂量要比静压法确 定的最小水泥用量要小，振动法成型的混合料试件的力学性能和内部结构要明显的优于 静压法成型的试件。 表面振动仪为上置式振动压实设备，与振动压路机在在材料表面作业的方式相同， 其仪器参数也与常用的振动压路机相似，这在对现场施工效果的模拟上是非常重要的， 通过一些实体工程的应用，取得了较好的应用效果，也总结出一些经验。随着新规范中 提出了振动法设计水泥稳定碎石基层，市场上出现了各种振动仪，它们原理不一，能够 满足使用要求的仪器并不多。很多单位尽管提出了振动法设计水泥稳定碎石，但各自所 采用的振动仪的工作原理，工作参数和振动时间都不统一，具体试验方法也不统一，无 法保证其较好的模拟现场碾压的情况。所以，如何确定振动仪振动参数组合以及振动时 间，更加合理的使用振动仪，使室内试验方法与现场的碾压情况尽量的吻合成为振动试 验方法是否成功的关键。 由于设计理念上的差异，国际上高速公路和重载交通公路大量使用全厚式路面或柔 性基层沥青路面。而半刚性基层通常用于交通量不很大的公路，对水泥稳定碎石基层的 要求并不高，因此并未显现出突出的问题。所以，国外对水泥稳定碎石的重视程度较低， 在国外文献中也未见有关水泥稳定碎石振动试验方法的内容。 1 3 研究方案与研究内容 本课题对基层水泥稳定碎石材料的振动法确定最佳含水量和最大干密度的方法，以 及振动法成型试件的试验方法展开研究，从而形成一套合理的水泥稳定碎石材料振动击 实方法和振动试件成型方法，充分发挥水泥稳定碎石的优点，提高基层设计的可靠性， 使其能够更准确的指导现场施工。具体的研究内容如下： 1 表面振动仪振动参数优化研究 按照成型相同干密度试件的振动时间最短，能成型出完整上表面试件为原则，对表 面振动仪振动参数进行组合比较，找到模拟现场振动碾压效果最佳的一组，作为振动击 实试验和振动成型试验时的振动仪参数设置。 2 振动试验方法研究 在对表面振动仪振动参数优化组合的基础上，分析重型击实试验和静压成型试件方 3 第一章绪论 法中存在的不足，在此基础上，提出能准确模拟施工现场碾压效果的振动试验方法。 3 水泥稳定碎石材料路用性能研究 按照振动法成型试件，研究水泥稳定碎石材料的路用性能随龄期、水泥剂量的变化 情况；对比采用振动法成型试件与静压法成型试件的路用性能；分析试验结果，提出合 理的水泥添加剂量。 4 长安人 日i ，学n i 第二章表面振动仪标准化研究 21表面振动仪振动压实原理 2 11 表面振动仪工作原理 1 振动压路机工作原理 振动压路机主要组成为：动力部分、传动部分、振动部分、行走部分和驾驶操作部 分，振动压路机主要结构见图2 1 ： 1 驾驶室 2 振动部分 3 压实轮 4 动力部分5 驱动轮 田2 1 撮动压l 机示意图 振动压路机分为上车系统和下车系统。h 车系统包括驾驶室、动力部分、传动部分、 行走部分，下车系统主要指振动轮。 振动轮是振动压路机工作时发生振动作用的核心部分。振动轮内部有一密封腔，装 有轴承庠、偏心轴等装胃偏心轴就是振动发生器。扳动眶路机的振动器是由振动轴和 安装在振动轴上的一组偏心块组成。当振动压路机工作时，振动轴带动偏心块高速旋转， 并由此产生引起振动的激振力，在激振力作用下振动轮将产牛具有一定频率和振幅的振 动，振动轮结构见图22 ： 翌 i 一轮架2 一振动腔3 - 械振块4 一钢轮 5 驱动马达6 活动偏心块7 定偏心块 圈2 2 振动轮结构示意图 第= 尊i 面振# r 滩m f 究 振动压路机实际工作时，压路机与被压实材料形成了“压路机被压实材料”振动 体系，振动轮中的偏心块产生的离心力形成了“主路机被压实材料”振动系统的干扰 力振动压路机的f 车部分( 振动轮) 在此干扰力的作用下产生强迫振动，而且强迫振动的 频率等于干扰力的频率。此时，振动轮将其振动作用传递到被压丈材料上，并对被压宴 材料产生压应力和剪切应力。 2 表面振动仪工作原理 现有室内表面振动仪主要有三大部分构成：控制平台，动力设备，振动机构。 1 一升降装置2 机架3 一导向柱4 一上车系统5 偏心块 6 一减振装置7 下车系统8 振动压头9 钢模套环1 0 一钢模 1 卜底板1 2 传动轴 13 一电动机 1 4 控制平台 图2 3 表面振动仪结构示意田 控制平台主要是用来调节动力设各的工作频率和振动时间，还能控制振动机架上部 电机的转向，再通过相关的齿轮传动装置实现上下车的自动升降。 振动机构是室内表面振动仪的关键部分，外部为一机架，内部是可以实现振动的实 体装置，醵振动实体使仿照振动压路机的振动装置设计而成。振动实体又可分为两部分： 上车系统和下车系统。下车系统连接振动压头，对材料振动压实。 振动器由两平行振动轴和安装在其i ：的一组偏心块组成。两振动轴l 的偏心块成对 称布置，堆个轴卜的偏心块又可分为周定偏心块和活动偏心块。两平行振动轴通过轴承 安置在下车机构上，并通过两转动臂轴与动力设备中的齿轮装置上的两转轴相连从而实 现了振动器的偏心块转速相等但方向相反的转动。当振动轴带动偏，i i , 块高速转动时，两 长安大学硕士学位论文 偏心块产生的离心力的水平分量相互抵消，垂直分量相互叠加，从而形成垂直方向的正 弦激振力，使振动系统在理论上产生垂直振动。 表面振动仪直接可控调节的参数有四个：转轴的频率( 后文图表中用“p l + 频率值” 表示) 、固定偏心块与活动偏心块的夹角( 后文图表中用“j j + 夹角角度”简写) 、上车 系统的配重块数( 后文图表中用“s + 配重块数简写) 和下车系统的配重块数( 后文图 表中用“x + 配重块数简写) 。通过调整两偏心块的夹角使得整个偏心结构的偏心距有 级可调，可调夹角分别是0 0 ，3 0 0 ，6 0 0 ，9 0 0 ，1 2 0 0 ，1 5 0 0 ，1 8 0 0 。转轴的频率也就是偏 心块的转动频率，在0 - 5 0 h z 内可调。通过偏心块的夹角和转轴的转动频率实现振动仪 的激振力在一定范围内可调。通过变化上下车的配重实现表面振动仪静面压力可调。 表面振动仪利用振动对被压材料施加周期性压缩运动作用使其压实，为此必须增大 振动锤在与被压材料接触前一瞬间的动量，即振动锤应具有较大的振动振幅和足够大的 振动质量，从而达到压实目的。 2 1 2 表面振动仪振动参数 表面振动仪的基本参数如下( 由于专利保护正在申请当中，故本文隐去基本参数实 值) ： 下车空载质量m e ；上车空载质量f i l l l ；下车配重质量块i i l ，【；上车配重质量1 1 1 s ； 活动偏心块质量m 。，直径d 。，厚度h 。； 固定偏心块质量m ：；直径d 2 ，厚度h 2 ； 活动和固定偏心块的内孔直径( 转轴直径) d ；偏心块圆心和转动轴轴心距r ； 以轴心为基点( 偏心块内孔圆心) 将半圆等分为6 等分，每档3 0 度。 激振力和名义振幅的计算公式如下： m l 2 p r c r t 2 h 1 m 2 2 p r r r 2 2 h 2 c o = 2 r r f 石= m l r c 0 2 = m 2 r f 0 2 f = 2 a = e l m 。c 0 2 a = a f 2 g 7 第二章表面振动仪标准化研究 式中：瞄活动偏心块的等效重量( k g ) ，所谓等效质量就是偏心块本身质量加上空心 体积相应得质量后的总质量； m 2 固定偏一t l , 块的等效质量( k g ) ； 啊一活动偏心块的厚度( m ) ；吃一固定偏一t l , 块的厚度( m ) ； q 一活动偏心块的半径( m ) ；r 2 - - 固定偏一t l , 块的半径( m ) ； r 一单个偏心块的偏心距( m ) ；p 一钢的密度( c m 3 ) 工作频率( h z )一角速度( r a d s ) f 一振动器的激振力a 一偏心块的夹角( o ) 一下车系统的质量( k g )a - - 振动加速度( g ) 么一名义振幅( m ) 2 2 表面振动仪振动参数优化研究 2 2 1 试验内容 1 原材料 ( 1 ) 南阳市航天牌e 0 3 2 5 缓凝水泥，技术指标符合规范要求。 ( 2 ) 南阳产石灰岩集料，技术指标符合规范要求。 2 混合料级配 混合料级配采用骨架密实级配【2 1 1 ，见表2 1 。 表2 1 水泥稳定碎石级配 通过下列筛孔孔径( m m ) 的质量百分率( ) 3 1 51 9 09 54 7 5 2 3 60 6 l 0 0 7 5 1 0 07 4 o4 7 03 3 02 3 01 4 0 3 0 3 试验研究内容及参数优化依据 为了研究表面振动仪的振动击实规律，需要对其振动参数进行优化组合，从而为提 出一套合理准确的振动击实试验方法打基础。振动参数优化的标准主要遵循下面两条原 则：第一，成型相同干密度试件的振动时间最短；第二，能够成型出上表面完整的试件。 2 2 2 工作频率对压实效果的影响 试验中选择j j o s 6 x 9 ，j j o s l 0 x 1 5 ，j j 6 0 $ 4 x 6 ，j j 6 0 $ 6 x 9 四种组合，采用相同的含水 量4 o ，2 m i n 的振动时间，变化工作频率得到如表2 2 的干密度： 8 长安 学砸学论立 表2 2 振动频率对压实教果髟喃情况 颁率 2 02 83 2 3 3 ( h z ) j j 0 s 62 i2525 2 4 2 5 x 99 11 02 19 52 0 j j 0 - s 】024 x 1 59 l j j 6 0 s 4 x 6 o 2 4 里 吾2 3 申 一22 2 02 l2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 93 03 l3 23 33 43 5 t 作频率( h z ) 圈2 4 振功额率对压实效果影响情况 以上数据、罔表显示，当表而振动仪的工作频率大于某一值后，压实效果显著加强， 随着工作频率的继续增大，压实曲线都出现了一个波谷，过了这一工作频率范围后，压 实曲线叉开始上升，到3 0 h z2 后压实干密度没有大的变化。由此可见，按照振动模型 理论，工作频率在2 8 h z 之前为一非稳定区，过了非稳定区后压实效果摹本稳定。 223 上下车重量变化对压实效果的影响 试验采用相同的4o 的拌合含水量，0 。的偏心块夹角，2 r a i n 的振动时间。采用三 种工作频率：2 5 h z ，3 0 h z ，3 5 1 t z 。先固定下车重量不变，改变上车质量；再固定上车 重量，改变下车重量。 第二章表面振动仪标准化研究 为了试验的可比性，上下车的变化重量基本相等，上车配重块重量下车配重块重量 3 2 ，所以试验时上车每次变化2 块配重，下车每次变化3 块配重，最后按如表2 3 配 重块数进行试验。 表2 3 表面振动仪配重安排 固定上车配重 s 6 x 3s 6 x 6 s 6 x 9s 6 x 1 2s 6 x 1 5 固定下车配重 s 2 x 9s 4 x 9s 6 x 9s 8 x 9s 1 0 x 9 试验结果见表2 4 和表2 5 。 表2 4 固定上车配重振动击实结果 配重块 s 6 x 3s 6 x 6s 6 x 9s 6 x 1 2s 6 x 1 5 工作频率2 5 h z 的干密度 2 5 1 2 2 4 9 92 5 l l 2 5 0 32 4 7 2 ( g c m 3 ) 工作频率3 0 h z 的干密度 2 5 1 02 5 1 42 5 2 02 4 8 82 5 1 7 ( g c m 3 ) 工作频率3 5 h z 的干密度 2 5 3 32 5 1 62 5 1 32 5 2 52 5 0 8 ( g c m 3 ) 表2 5 固定下车配重振动击实结果 配重块 s 2 x 9s 4 x 9s 6 x 9s 8 x 9s l o x 9 工作频率2 5 h z 的干密度 ( g c m 3 ) 2 5 1 52 5 0 42 5 1 l2 4 9 22 4 7 9 工作频率3 0 h z 的干密度 ( g c m 3 ) 2 5 1 02 5 0 22 5 2 02 5 0 62 5 0 1 工作频率3 5 h z 的干密度 2 5 2 92 5 2 72 5 1 32 5 1 12 5 1 4 ( g c m 3 ) 通过不同配重振动所得试件干密度的离散性情况，来衡量上下车重量变化对压实的 敏感程度，干密度偏差系数c v 越大说明越敏感。对表2 4 和2 5 计算结果见表2 6 。 表2 6 振动击实结果偏差系数c v ( ) ：泌 2 5 h z3 0 h z3 5 h z 配重情况 上车固定下车改变 0 5 8 80 4 7 4 0 3 8 5 上车固定下车改变 0 5 3 30 2 7 0 0 2 9 6 数据的统计结果说明：不管工作频率如何选择，下车重量变化较上车重量变化对压 实效果的敏感性强。 2 2 4 振动仪总静重对压实效果的影响 试验采用3 种工作频率分别为2 5 h z ，3 0 h z ，3 5 h z 。 1 0 长安大学硕士学位论文 上下车配重按重量1 ：l 逐级加重，配重从$ 3 x 5 开始，这是因为再少的配重工作振 幅过大，振动过程中振动锤跳离试模上沿，此时的幅度将近1 0 c m ，成型不出上表面平 整的试件，且对仪器的损坏很大。不同偏心块夹角与工作频率组合条件下最小配重的选 择需根据试验时的工作振幅来决定，本着振动稳定，对设备的损伤小，能成型完整的试 验为原则，这就要求振动时的工作振幅不能过大。 1 偏心块夹角为0 度时静重与干密度的关系 试验结果见表2 7 ： 表2 7 偏心块夹角为0 。，不同配重下振动击实结果 工作振动 下列配重下混合料的干密度( g c m 3 ) 频率 时间 ( h z )( s ) s 3 x 5s 4 x 6s 5 x 8s 6 x 9s 7 x l ls 8 x 1 2s 9 x 1 4s 1 0 x 1 5 22 5 0 8 2 5 0 9 2 5 1 82 5 1 3 2 5 0 52 5 0 62 4 9 62 4 9 1 32 5 2 72 5 2 82 5 3 72 5 2 92 5 2 62 5 1 42 5 1 02 5 0 6 2 542 5 3 92 5 3 72 5 4 82 5 3 92 5 4 02 5 2 42 5 2 l2 5 1 5 5 2 5 4 6 2 5 4 42 5 5 22 5 4 62 5 5 02 5 3 22 5 2 72 5 2 2 62 5 5 l2 5 4 92 5 5 62 5 5 02 5 5 22 5 3 52 5 3 02 5 2 5 22 5 0 62 5 1 32 5 1 42 5 1 92 5 1 52 5 0 92 5 0 32 4 9 6 3 2 5 2 32 5 3 l2 5 3 32 5 3 8 2 5 3 2 2 5 2 32 5 1 62 5 1 2 3 042 5 3 32 5 4 22 5 4 32 5 4 92 5 4 l2 5 3 32 5 2 7 2 5 2 3 52 5 4 22 5 52 5 52 5 5 62 5 4 72 5 3 82 5 3 22 5 3 62 5 4 62 5 5 52 5 5 22 5 62 5 5 l2 5 42 5 3 52 5 3 2 22 5 0 32 5 0 9 2 5 0 3 2 5 1 42 5 0 6 2 5 0 l 2 5 0 32 4 9 3 32 5 2 l2 5 2 42 5 2 02 5 2 92 5 2 l2 5 1 72 5 1 52 5 1 0 3 542 5 3 1 2 5 3 3 2 5 3 0 2 5 3 72 5 2 9 2 5 2 52 5 2 12 5 1 9 52 5 3 52 5 3 72 5 3 6 2 5 4 3 2 5 3 62 5 3 02 5 2 72 5 2 3 62 5 3 82 5 4 02 5 4 02 5 4 72 5 4 02 5 3 22 5 2 92 5 2 5 第= 口丧面* 动位标准化究 图2 5 偏心块夹角0 。，工作顿率2 5 1 i z 下不同配重振动击宴变化曲线 $4x6$5x8$6x9s ? x 1 1s 瓤1 2s 9 x 1 4s i o x l 5 圈2 6 偏心块夹角0 ，工作频率3 0 h z 下不同配重振动击宴变化曲线 圈27 偏心块夹角0 0 。工作颠率3 5 h z 下不同配重振动击实变化曲线 z 2 z 2 t l 2 长安大学硕士学位论文 2 偏心块夹角为6 0 度时静重与干密度的关系 试验结果见表2 8 ： 表2 8 偏心块夹角为6 0 0 ，不同配重下振动击实结果 工作频 振动 下列配重下混合料的二密度( g c m 3 ) 时间 率( h z ) s 2 x 3s 3 x 5s 4 x 6 s 5 x 8s 6 x 9 s 8 x 1 2s 1 0 x 1 5 ( s ) 2 2 5 0 22 5 0 82 5 0 92 5 0 42 5 0 22 4 8 22 4 7 3 3 2 5 1 92 5 2 52 5 2 4 2 5 2 12 5 1 82 4 9 8 2 4 9 3 4 2 5 32 5 3 32 5 3 32 5 32 5 32 5 12 5 0 6 2 55 2 5 3 92 5 4 22 5 4 42 5 3 72 5 4 12 5 1 82 5 1 4 6 2 5 4 42 5 5 12 5 5 l2 5 4 22 5 4 72 5 2 52 5 2 2 7 2 5 4 82 5 5 52 5 5 62 5 4 82 5 5 12 5 3 42 5 2 8 8 2 5 5 12 5 5 92 5 5 92 5 5 12 5 5 32 5 3 62 5 3 22 4 9 52 4 9 92 5 0 92 4 9 52 5 0 22 4 9 9 2 4 9 0 32 5 1 22 5 1 62 5 2 22 5 0 92 5 1 72 5 l l2 5 0 4 42 5 2 32 5 2 42 5 3 22 5 2 l2 5 3 02 5 2 22 5 1 4 3 052 5 3 12 5 3 52 5 4 l2 5 2 92 5 3 8 2 5 3 02 5 2 1 62 。5 3 72 。5 4 12 5 4 72 。5 3 42 5 4 22 5 3 52 。5 2 7 72 5 4 l2 5 4 32 5 5 02 5 3 82 5 4 52 5 4 02 5 3 l 8 2 5 4 4 2 5 4 62 5 5 22 5 3 92 5 4 62 5 4 22 5 3 4 22 4 9 62 5 0 6 2 5 l l 2 5 0 72 5 0 12 4 9 5 32 5 0 92 5 2 02 5 2 32 5 2 22 5 1 12 5 0 8 4 2 5 1 72 5 3 02 5 3 32 5 3 l 2 5 2 12 5 1 9 3 5 52 5 2 92 5 3 62 5 3 9 2 5 3 82 5 2 82 5 2 7 62 5 3 5 2 5 4 l2 5 4 5 2 5 4 32 5 3 32 5 3 4 72 5 3 82 5 4 5 2 5 5 1 2 5 4 92 5 3 72 5 3 8 82 5 4 02 5 4 62 5 5 32 5 5 12 5 4 02 5 4 l 1 3 * = 女自* 自镕准化r 图2 8 倔心块夹角6 0 。工作顿宰2 5 h z 下不同配重振动击实变化曲线 图2 9 偏心块夹= 自6 0 0 。工作颤率3 0 h z 下不同鬻重精峁茸实变化曲线 图2 1 0 偏心块史角6 0 。，工作频率3 5 h z 下不同配重振动击实变化曲线 长安大学硕士学位论文 3 偏心块夹角为1 2 0 度时静重与干密度的关系 试验结果见表2 9 ： 表2 9 偏心块夹角为1 2 0 0 ，不同配重下振动击实结果 工作振动 下列配重下混合料的干密度( g 允m 3 ) 频率时间 ( h z )( s ) s o x 0s l x ls 2 x 3s 3 x 5s 4 x 6s 6 x 9s 8 x 1 2s 1 0 x 1 5 22 5 0 12 4 5 72 3 6 72 1 3 8 32 5 1 92 4 8 02 4 0 l2 1 6 4 42 5 2 92 4 9 72 4 2 22 1 9 4 2 552 5 3 72 5 1 22 4 3 92 2 6 5 62 5 4 32 5 2 52 4 5 62 3 3 3 72 5 4 82 5 3 22 4 6 42 3 5 4 82 5 5 12 5 3 52 4 7 12 3 6 6 22 4 5 92 4 7 52 4 6 82 4 5 0 2 4 3 72 4 2 02 3 9 8 32 4 7 92 4 9 52 4 8 72 4 7 12 4 6 92 4 5 02 4 2 9 42 4 9 02 5 0 72 4 9 82 4 8 l2 4 8 72 。4 7 0 2 。4 5 4 3 052 5 0 62 5 1 52 5 1 12 5 0 12 4 9 62 4 8 52 4 6 9 62 5 1 52 5 2 82 5 2 12 5 1 l2 5 0 22 4 9 32 4 8 4 72 5 2 22 5 3 42 5 2 92 5 1 82 5 0 92 5 0 12 4 9 2 8 2 5 2 4 2 5 3 62 5 3 2 2 5 2 02 5 1 32 5 0 72 5 0 0 22 4 6 92 4 7 82 4 8 52 4 7 02 4 6 32 4 5 82 4 5 62 4 3 8 32 4 8 82 4 9 92 5 0 72 4 9 l2 4 8 22 4 8 7 2 4 7 6 2 4 6 l 4 2 5 0 72 5 l l 2 5 2 02 5 0 92 4 9 52 5 0 32 4 9 02 4 7 4 3 552 5 1 72 5 2 32 5 2 92 5 2 l2 5 0 42 5 1 42 5 0 42 4 8 4 62 5 2 52 5 3 32 5 3 72 5 3 02 5 1 22 5 2 02 5 1 22 4 8 9 72 5 3 22 5 3 82 5 4 62 5 3 62 5 1 82 5 2 52 5 1 5 2 4 9 6 8 2 5 3 5 2 5 4 l2 5 4 92 5 4 l 2 5 2 l 2 5 2 62 5 1 92 4 9 9 1 5 镕= # 表面振动仪# n 研宄 图21 1 偏心块夹角1 2 0 0 ，工作频率2 5 h z 下不阿配重振动击实变化曲线 圈2 1 2 信心块夹角1 2 0 0 ，工作频率3 0 h z 下不同配重振动击实变化曲线 围21 3 偏心块夹角1 2 0 。工作频率3 5 h z 下不同配重振动击宴变化曲线 长安大学硕上学位论文 4 总体静重对击实效果影响总结 综合上述试验结果，总结如下： 1 ) 当偏心块夹角为0 度时的相对最佳参数组合为： j j 0 p l 2 5 s 5 x 8 、j j 0 p l 3 0 s 6 x 9 、j j 0 p l 3 5 $ 6 x 9 。 2 ) 当偏心块夹角为6 0 度时的相对最佳参数组合为： j j 6 0 p l 2 5 s 4 x 6 、j j 6 0 p l 3 0 s 4 x 6 、j j 6 0 p l 3 5 s 5 x 8 。 3 ) 当偏心块夹角为1 2 0 度时的相对最佳参数组合为： j j l 2 0 p l 2 5 s o x 0 、j j l 2 0 p l 3 0 s l x l 、j j l 2 0 p l 3 5 s 2 x 3 。 2 3 表面振动仪标准参数的确定 按照成型相同干密度试件的振动时问最短，成型的试件表面光滑平整，设备工作较 稳定、仪器损伤较小三条原则进行振动参数的优化。 从试验过程来看，工作振幅较小时成型出的试件上表面比较平整；工作振幅越小， 设备工作越稳定，损伤越小。在上述九组相对较优的参数组合都能成型出光整上表面的 试件，且工作稳定性相差较小。当静重相对较小时，工作振幅变大，试件上表面凹凸不 平，且仪器工作不稳定，损伤大。 干密度数据分析结果表明，只要工作频率和静重与偏心块夹角组合得当，偏心块夹 角越小干密度越大。为此在条件允许的范围内，偏心块夹角尽量选择较小的值，再通过 试验选择合适的工作频率和静重。从已有试验得到的九组相对最佳参数组合选择一组压 实效果最好的配置组合，见表2 1 0 ： 表2 1 0 表面振动仪推荐配置组合 偏心块夹角( 。)工作频率( h z ) 上车配重块数 下车配重块数 o3 069 2 4 本章小结 1 采用表面振动仪对水泥稳定碎石混合料进行击实，工作频率在2 8 h z 之前为一非 稳定区，过了非稳定区后压实效果基本稳定。 2 不管工作频率如何选择，下车重量变化较上车重量变化对压实效果的敏感性强。 3 按照制作相同干密度试件的振动时间最短，制作的试件表面光滑平整，设备工作较 稳定、仪器损伤较小三条原则进行振动参数的优化，确定表面振动仪最优配置组合为 j j 0 p i ，30 s 6 x 9 。 1 7 第三章振动击实试验方法研究 第三章振动击实试验方法研究 3 1重型击实试验方法分析 3 1 1 重型击实试验操作方法 重型击实试验的主要操作步骤如下： 1 ) 在预定做击实试验前一天，取代表性的试料测定其风干含水量，称取试料至少5 份，每份风干质量约5 5 k g 。 2 ) 预定5 “个不同含水量，依次相差l 2 ，且其中至少有两个大于和两个小于 最佳含水量w 0 ，按预定含水量制备试样，将所需要的水泥加到浸润后的试料中拌和均 匀。 3 ) 取制备好的试样1 8 k g 左右倒入内径1 5 2 m i n x 高1 2 0 r a m 击实筒内( 试样厚约4 c m 左右) ，整平其表面，并稍加压紧后，进行第一层试样的击实，共击实9 8 次；第一层击 实完毕，用刮土刀或改锥将击实表面“拉毛”，然后重复上述做法，进行其余两层试样的 击实；最后一次试样击实后，试样超出筒顶的高度不得大于6 m m ，超出高度过大的试 件应作废。 4 ) 取下套环，并用刮土刀齐筒顶细心刮平试样，拆除底板，取走垫块，擦净试筒 外壁，称重，计算湿密度。 5 ) 用脱模器推出筒内试样，从试样上部和下部分别取两个代表性样品，置于1 1 0 * c 烘箱内烘干至恒重，测定其含水量w ，计算干密度pd 。 6 ) 重复步骤2 ) 5 ) 做法，测试其余含水量下基层材料w 和pd ，绘制1 3d w 关系 曲线，驼峰形曲线顶点的纵横坐标分别为最大干密度pd m 戤和w o 。 3 1 2 试验内容 1 原材料 ( 1 ) 陕西尧柏牌p 0 3 2 5 缓凝水泥，技术指标符合规范要求。 ( 2 ) 陕西柞水县赤水沟试料厂石灰岩集料，技术指标符合规范要求。 2 混合料级配 混合料级配采用公路沥青路面设计规范( j t jd 5 0 2 0 0 4 ) ) ) 中悬浮密实级配范围中 值和骨架密实级配【2 l 】，见表3 1 。 长安大学硕士学位论文 表3 1 水泥稳定碎石级配 通过下列筛孔孔径( 蚴) 的质量百分率( ) 级配类型 3 1 51 9 o9 54 7 52 3 60 60 0 7 5 悬浮密实( x m ) 1