水泥稳定碎石振动成型试验方法研究与施工技术

1、水泥稳定碎石振动成型试验方法研究与施工技术嘉绍路面施工养护1标2012年3月9日主要内容 工程实践中存在的问题 水泥稳定碎石振动法工程应用与效果水泥稳定碎石振动试验方法基于振动法的多级嵌挤骨架密实级配基于振动法的水泥稳定碎石路用性能 基于振动法的合理水泥剂量振动法设计特点及施工技术工程实践中存在的问题半刚性基层工程实践中最大的问题收缩裂缝问题冲刷问题工程实践中目前方法无法解释的问题现场芯样无侧限抗压强度大于室内强度工程实践中存在的问题工程中为达到设计强度指标及保证路面芯样完整，提高水泥剂量几乎成为最有效的手段。水泥剂量高达到56以上几乎成为共识；水泥稳定碎石基层表面密实、特别是光滑事实上已成为

2、水泥稳定碎石基层质量控制的重要标准；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，正是在压实度容易达到的情况下，基层的压实反而被忽视。其实质是重型击实法确定的压实度标准偏低。 。目前对水泥稳定碎石的认识及工程实践工程实践中存在的问题材料组成与结构材料性能矿料级配水泥剂量最佳含水量最大干密度成型方式7d无侧限抗压强度现场：振碾方式室内：击实方式 静压方式矿料排列方式 问题的分析工程实践中存在的问题问题解决的途径矿料级配压实度材料组成水泥剂量施工工艺试件成型方法试件结构击实试验方法强度性能?水泥稳定碎石振动法工程应用与效果已应用的实体工程2006年 河南宛坪高

3、速公路2007年 陕西柞小高速公路2008年 陕西十天高速公路2009年 陕西青兰高速公路2009年 浙江海宁交通局硖许一级公路2010年 陕西西商高速公路（沪陕线）已应用的实体工程现场施工混合料摊铺照片现场摊铺整体效果现场碾压后整体效果现场碾压整体效果图现场断面挖除混合料路面标段323323456789101139(MPa)6.218.057.437.627.597.117.187.047.047.237.187.276.847.2(MPa)7.039.938.417.858.468.18.18.157.648.158.018.277.527.651.131.231.131.031.111.

4、141.131.161.091.131.121.141.101.06振动方法成型试件和现场芯样7d无侧限抗压强度对比水泥稳定碎石振动法工程应用与效果水泥稳定碎石振动法工程应用与效果原设计振动法设计原设计振动法设计原设计振动法设计裂缝情况2006年 河南宛坪高速公路2007年 陕西柞小高速公路2008年 陕西十天高速公路2009年 陕西青兰高速公路2009年 浙江海宁交通局硖许一级公路；2010年 陕西西商高速公路（沪陕线）未发现任何裂缝水泥稳定碎石振动法工程应用与效果水泥稳定碎石振动法工程应用与效果经济社会效益节约水泥30%40%水泥稳定碎石基层材料费约6。减少收缩裂缝，减少养护工作和养护费用

5、。养护工作的减少，确保交通畅通。水泥稳定碎石振动试验方法重型击实试验方法分析重型击实试验结果拌和含水量和测试含水量之间关系水泥稳定碎石振动试验方法重型击实试验方法分析 重型击实方法已落后生产实际 含水量测试方法不科学 模拟效果差、试验重现性差和操作烦杂水泥稳定碎石振动试验方法静压成型试件方法分析水泥剂量（）骨架密实悬浮密实最佳含水量（）成型后含水量（）含水量差值（）含水量损失率（）最佳含水量（）成型后含水量（）含水量差值（）含水量损失率（）34.94.10.816.3 5.04.40.612.0 45.04.30.714.0 5.14.30.815.7 55.04.40.612.0 5.24.

6、30.917.3 静压法成型前后含水量变化情况水泥稳定碎石振动试验方法静压成型试件方法分析:静压造成矿料级配变化水泥稳定碎石振动试验方法振动试验方法基本原理描述振动仪的基本参数（1）振动频率和工作频率（2）工作振幅与名义振幅（3）振动质量和上下车质量水泥稳定碎石振动试验方法图3-8 df0关系图 图3-9 dF0关系图工作频率对压实效果的影响 水泥稳定碎石振动试验方法（a） 偏心块夹角0时 （b）偏心块夹角60时（c） 偏心块夹角120时不同配重时dF0关系图 图3-11 df与F0f关系图 图3-12 Fs-和F0-响应曲线激振力对压实效果的影响 水泥稳定碎石振动试验方法 名义振幅、工作质量

7、对压实效果的影响 （a）偏心块夹角0频率25Hz （b）偏心块夹角0频率30Hz （c）偏心块夹角0频率35Hz （a）偏心块夹角60频率25Hz （b）偏心块夹角60频率30Hz （c）偏心块夹角60频率35Hz 水泥稳定碎石振动试验方法（a）压实效果与名义振幅关系 （b）压实效果与工作重量关系水泥稳定碎石振动试验方法振动对级配衰退影响及振动参数选取原则 标段重型击实试验振动击实试验现场实测压实度（）Wopt(%)dmax(g/cm3)Wopt(%)dmax(g/cm3)含水量(%)干密度(g/cm3)重型击实振动击实A25.62.424.62.464.52.43100.498.84.82.

8、43100.498.85.22.45101.299.6A34.42.434.02.524.22.48102.198.44.52.47101.698.04.32.50102.999.2A45.42.424.62.465.02.45101.299.64.82.42100.098.44.42.43100.498.8A55.32.404.22.494.82.46102.598.84.72.47102.999.24.22.44101.798.0A65.02.414.42.525.02.48102.998.44.62.48102.198.44.52.47102.598.0振动试验方法验证及与旧试验方法对比

9、分析标段层位现场碾压所得干密度（g/cm3）振动击实试验测试值（g/cm3）重型击实试验测试值（g/cm3）准确度（）（测试值/参考值）实测值 参考值 柞小高速32底2.3822.4062.4112.331100.296.9基2.3952.4192.4142.33899.896.733底2.4132.4372.4372.369100.097.2基2.4172.4412.4392.37899.997.4水泥稳定碎石振动试验方法标段层位现场碾压所得干密度（g/cm3）振动击实试验测试值（g/cm3）重型击实试验测试值（g/cm3）准确度（）（测试值/参考值）宛坪高速公路2基2.4292.4542.

10、4612.421100.398.73基2.4852.5102.5232.432100.596.94基2.4452.4702.4622.42299.798.15基2.4722.4972.4942.40399.996.26基2.4942.5192.5222.414100.195.87基2.5402.5662.5632.46199.995.98基2.5162.5412.5412.452100.096.59基2.5312.5572.5642.454100.396.010基2.4002.4242.4172.38399.798.311基2.4982.5232.5212.44299.996.8 平均值100

11、.096.9 标准差0.20.9标段层位现场芯样振动成型试件静压成型试件准确度（）(MPa)(%)(MPa)(%)(MPa)(%)柞小高速32底5.027.115.477.211.689.81109.0 33.5 基6.216.207.037.402.078.30113.2 33.3 33底6.677.217.613.001.7210.91114.1 25.8 基8.057.419.935.411.9611.20123.4 24.3 宛坪高速公路2基7.436.118.415.013.7911.62113.2 51.0 3基7.626.957.856.853.2912.12103.0 43.2

12、 4基7.5926.308.465.583.339.85111.4 43.9 5基7.117.068.106.153.428.89113.9 48.1 6基7.185.608.105.123.999.56112.8 55.6 7基7.047.848.157.013.429.85115.8 48.6 8基7.047.027.646.373.599.25108.5 51.0 9基7.237.238.156.013.6010.09112.7 49.8 10基7.187.128.016.173.6510.21111.6 50.8 11基7.277.028.276.323.088.98113.8 42.

13、4 平均值6.87 5.97 10.05 112.642.9 精密度（偏差系数）（）3.87 23.50 振动试验方法验证及与旧试验方法对比分析击实试验方法对级配影响 骨架密实： 重型击实：19.0mm、9.5mm和4.75mm击实前后通过率变化均大于10.0%； 振动击实：19.0mm、9.5mm、4.75mm振动击实前后通过率小于10.0%。 悬浮密实： 击实前后关键筛孔通过率变化两种方法基本相当，均小于10.0%。试件成型方法对级配影响骨架密实结构：振动法：19.0mm、9.5mm、4.75mm上成型前后通过率变化不大于8.0%，静压法：19.0mm、9.5mm、4.75mm上成型前后通

14、过率变化分别为14%、18.9%和30.0%。悬浮密实结构：、振动法：所有筛孔上成型前后通过率变化不大于9.0%，静压法：所有筛孔上成型前后通过率变化均大于10.0%，在4.75mm筛孔上的通过率变化高达20.9%以上。水泥稳定碎石振动试验方法 水泥稳定碎石振动试验方法 振动击实试验方法 振动成型试件方法解决了重型击实试验方法在击实方式和击实功、含水量确定方法和试验操作过程等方面存在的问题静压成型试件方法在成型方式、对级配及水泥剂量的影响等方面存在的问题，较好模拟现场施工过程和碾压效果，操作简便快速、精密度好。水泥稳定碎石振动试验方法 振动成型与静压成型方式对结构的影响； 振动成型与静压成型方

15、式对级配的影响； 重型击实法确定最大干密度偏低的影响； 重型击实试验方法确定的最佳含水量偏高的影响现场芯样强度高于静压法成型试件强度的解释多级嵌挤骨架密实级配设计过程分为三个部分： 第一部分是粗集料级配设计，采用逐级填充方法使粗集料形成骨架结构； 第二部分是细集料级配的设计，采用理论计算方法使细集料与结合料形成具有较强的粘聚力； 第三部分是粗集料和细集料之间比例的设计，通过试验与理论计算将细集料填充于粗集料中的空隙内，使组合后的混合料能够形成骨架密实结构。 多级嵌挤骨架密实级配粗集料级配确定 （1）根据现行基层施工技术规范，试验时确定主骨料规格D0为1931.5mm，利用公式=M/V计算其振实

16、或插捣密度；（2）记D0的用量为100，D0的下一级粒径记为D1（9.519mm），以D0用量的5%为步长，将粒径为D1的集料逐级填充到D0中，建立填充数量与插捣或振实密度关系曲线。在插捣或振实密度关系曲线上选取插捣或振实密度较大的几组D1用量，作为D1用量。（3）D1的下一级粒径记为D2（4.759.5mm），同样以D0用量的5%为步长，将粒径为D2的集料与粒径为D0、D1的混合料拌和均匀后进行插捣或振实，并建立填充数量与插捣或振实密度关系曲线，确定D2用量。（4）依次类推，即可确定粗集料的级配。 多级嵌挤骨架密实级配粗集料级配确定 粗集料的级配比例确定为70:30:40 多级嵌挤骨架密实级

17、配 细集料级配的确定 多级嵌挤骨架密实级配 粗集料与细集料最佳比例研究 悬浮密实结构 骨架密实结构 骨架空隙结构 多级嵌挤骨架密实级配筛孔（mm）各档集料在不同筛孔(mm)的通过率（）31.5199.54.752.361.180.60.075骨架密实型SJ100908060504038282818181073悬浮密实型GF100.0897267474929351722870基于振动法的水泥稳定碎石路用性能（a）骨架密实型级配 （b）悬浮密实型级配振动法成型水泥稳定碎石试件基于振动法的水泥稳定碎石路用性能级配类型对强度的影响 不管什么成型方法，骨架密实型比悬浮密实型水泥稳定碎石强度要高10左右。

18、密度对强度的影响 压实度提高1，强度可提高10左右，振动法最大干密度比重型击实法高出3左右，按振动法控制，压实度至少提高了3，强度则提高30。 基于振动法的合理水泥剂量实际施工时水泥稳定碎石基层以振碾方式成型，其强度增长规律可采用室内采用振动法成型试件强度增长规律进行预测。按传统方法设计水泥稳定碎石，一般水泥剂量5，如果按重型击实法确定最大干密度控制施工，则其按表6-9中数据及压实度影响规律（3），骨架密实型水泥稳定碎石极限抗压强度约21.7/1.3=16.69MPa，悬浮密实型水泥稳定碎石极限抗压强度约21.7/1.3=15.32MPa。对应振动法骨架密实型水泥稳定碎石极限抗压强度16.69MPa和悬浮密实型水泥稳定碎石极限抗压强度约15.32MPa所需水泥剂量均约3.3。根据上述试验结果分析，结合实体工程应用效果，初步建议高等级公路水泥稳定碎石基层水泥剂量宜控制在3.5，底基层水泥剂量宜控制在3.0振动法设计