半刚性基层振动成型法施工技术与质量控制(改)

半刚性基层振动成型法施工技术与质量控制半刚性基层材料设计及施工现状振动成型法技术特点及优势振动成型法施工质量关键控制点试验段铺筑注意事项主体内容第一部分半刚性基层材料设计及施工现状半刚性基层材料特性半刚性材料设计方面的问题半刚性基层施工现状定义：无机结合材料稳定（加固）地方材料分类：水泥稳定类、石灰工业废渣稳定类、石灰稳定类主要特点：强度高、刚性大、抗变形能力较差；以弯拉强度作为结构设计参数；环境温度和湿度对强度的形成及发展有很大影响；强度和刚度均随龄期增长；材料优势：强度和刚度较大，板体性强；水稳定性和抗冻性好；对地方材料的质量要求较低；材料劣势：收缩系数较大，容易开裂；抗变形能力较差，对荷载敏感性较大；抗弯拉强度低，容易发生疲劳断裂；1半刚性基层材料特性半刚性基层沥青路面出现早期损害现象并不表明半刚性基层材料路用性能差，更不能说明半刚性基层不适宜作为高等级路面的结构，工程实践中所出现的一些问题只是反映出目前对于半刚性材料所采用的设计理论、评价指标及试验方法、控制手段等方面需要进一步研究和改进。影响半刚性基层路用性能的因素比较多，一般技术人员难以全面掌握，当在技术关键点的控制方面出现失误时，往往会造成路面的早期损坏现象。1半刚性基层材料特性传统设计方法与现场碾压工况不匹配半刚性材料质量控制指标单一规范确定的级配范围太宽现场压实标准过低2半刚性材料设计方面的问题比较典型的现象有：半刚性基层在沥青面层铺筑前大量出现裂缝现象；水泥稳定级配碎石混合料的水泥剂量达到5%～6%以上；施工后的半刚性基层表观密实、而且光滑在事实上已经成为半刚性基层质量控制的重要标准；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唯一的最有效的手段；现场芯样无侧限抗压强度往往远远大于室内静压成型试件的强度；在现有碾压设备下，无需对施工工艺进行严格控制也能达到较高的压实度已经被接受（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，基层的压实质量反而被严重忽视。3半刚性基层材料施工现状第二部分振动成型法特点及技术优势振动成型设备介绍振动成型法技术优势振动成型技术核心原理振动成型试件剖面表观特性振动成型法配合比设计内容振动成型法施工难度振动成型仪作为室内试验设备，其压实效果能够与振动压路机的现场压实效果等效，原因在于“振动成型仪－被压材料”的动态响应与“振动压路机－被压材料”的动态响应模型基本一致。振动成型参数：偏心块夹角300激振力7612N静面压力140kPa振动频率30Hz振幅1.4mm振动击实时间2min振动成型时间以试件高度为准1振动成型设备介绍振动成型方法能够最大程度模拟现场碾压工况目前，半刚性基层施工现场采用振动压路机和轮胎压路机，室内采用振动法成型试件能够最大程度地模拟现场施工条件，使室内试验成果与实际应用效果具有可比性，能够更加准确、有效地预测和控制现场施工质量。以振动击实密度控制现场压实，提高压实标准采用振动法进行施工质量控制，要求以振动击实密度作为现场压实度的控制标准，而振动击实密度一般为重型击实密度的1.03～1.04倍，这就能够有效地避免了因室内成型方法与施工实际成型方式不符造成的压实度超百现象，同时也提高了压实标准；而压实标准的提高可以大幅度提高半刚性材料的强度，从而显著提高其抗裂能力及抗疲劳性能。2振动成型法技术优势能够有效降低水泥剂量，显著提高材料抗裂性采用我院优化级配范围进行振动法配合比设计，该范围内的混合料为骨架嵌挤结构，矿料间的嵌挤作用更强，跟传统方法相比，能够有效降低水泥剂量1.0～1.5％，强度提高1.5～2.0倍；而且；在相同水泥剂量下，振动成型试件的干缩抗裂系数是静压成型试件的1.5倍，抗裂能力显著提高。优化级配范围较窄，便于对混合料生产质量进行控制基于振动成型方法，以强度满足要求、抗裂性能最佳为判据，对半刚性材料的合成级配形式进行优化，优化级配范围相对于规范级配范围较窄，有利于对混合料的生产质量进行控制。2振动成型法技术优势最大功效：内在：能够显著提高混合料的密实程度（密度、强度、路用性能）；外在：能够有效降低混合料的水泥剂量（延缓甚至阻止开裂）；实现途径：振动成型方式级配优化（嵌挤）增强碾压降低水泥剂量成型方式比较：静压成型基于静荷载对材料施加剪应力使颗粒间相互靠近以达到压实效果；振动成型基于高频振动作用使材料产生液化而相互填充来达到压密效果；振动击实特点：对颗粒性材料施加振动冲击力，使颗粒间的摩擦力由初始的静摩擦状态逐渐转变为动摩擦状态，从而有效降低材料间的摩擦阻力，在共振作用下，当机械振动频率与被压材料固有频率一致时，被压材料的受迫运动最大，材料最易被压实。3振动成型技术核心原理半刚性材料振动成型过程：半刚性材料在振动击实作用下，材料处于振动状态，水分的离析作用使得材料颗粒的外层裹覆一层水膜，形成了颗粒运动的润滑剂，减小了材料间的摩擦力和粘结力，颗粒更容易移动到密实状态，颗粒间的相对位置在振动状态下发生变化，出现了相互填充现象，此时，材料内骨架颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩阻力和结合料与骨料间的粘结力都很大，形成骨架密实型嵌挤结构，具有较高的承载能力和稳定性。核心原理：基于振动成型方式，对原有级配形式进行优化，适当增加粗集料含量，提高材料颗粒间的嵌挤性，通过增强碾压来增加骨架颗粒间的内摩阻力，从而适当降低水泥剂量，在保证强度的前提下达到抗裂效果。3振动成型技术核心原理振动成型试件由于振动提浆作用，表面和侧壁均有水泥浆，容易脱模，且表面光滑密实。静压成型试件脱模阻力大，且表面多孔粗糙。从剖面结构来看：振动成型试件剖面结构密实，粗集料分布均匀且紧密排列，粗集料的骨架间隙被细集料及胶结料密实填充，肉眼观察不到大的空隙，混合料形成完整密实的整体结构。而静压成型试件剖面中心的集料颗粒甚至未被细集料及胶浆裹覆且呈松散状态，用手可以剥落，且粗集料分布亦不均匀，肉眼可以看到大大小小的空隙分布于剖面表面上。4振动成型试件剖面表观特性依据技术规范：JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》JTGE40-2007《公路土工试验规程》JTGD50-2006《公路沥青路面设计规范》GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》主要设计内容：原材料性能检测（集料、水泥）混合料组成优化设计混合料最佳含水量及最大干密度的确定成型试件无侧限抗压强度的测定确定最终配合比例、水泥剂量及相应的最佳含水量、最大干密度5振动成型法配合比设计内容振动成型法设计的半刚性材料：密度较大，比重型击实密度提高1.02～1.04倍；水泥剂量比静压成型方法降低1.0%～1.5%左右；整体级配较粗，粗集料含量在80%左右；施工过程中主要面临的三大技术问题：以振动击实密度作为压实标准，如何保证整体压实度；在较低的水泥剂量下，如何保证取芯的完整性及基层整体强度；在较粗的级配下，如何保证成型基层的均匀性，即离析问题；碾压密实是关键，防离析是保障和提高6振动成型法施工难度第三部分振动成型法施工质量控制原材料质量控制混合料级配控制施工机械基本配置施工质量关键控制点质量控制要求集料：压碎值针片状含量含泥量施工质控经验：（骨架密实结构）集料的规格性（针片状含量）和均匀性（材质、级配）很重要石屑质量很重要（含泥量、级配稳定性）石屑防雨苫盖措施（含水量、级配稳定性）粗集料组成比例对混合料的强度有重要影响，施工过程中通过控制关键筛孔的通过率，能够有效保证粗集料之间形成骨架结构，有较好的嵌挤效果，从而提高整体强度；而且，粗集料往往接近于单粒径材料，变异性较小，能够有效地进行控制；石屑对混合料路用性能的影响最为重要，施工控制难度最大。石屑的含泥量和级配变异性较大，尤其在淋雨后会发生明显的离析现象，直接影响混合料整体级配的稳定性和质量的均匀性；因此，在施工过程中，必须对石屑进行严格管理，抓好源头管理；加大筛分频率，确定整体变异程度；同时，必须对石屑采取苫盖等防雨措施。1原材料质量控制水泥：对强度形成起关键性作用胶砂强度（基础性指标，直接决定水泥剂量和基层整体强度）凝结时间（施工控制指标）安定性（关键指标）施工质控经验：水泥质量问题水泥剂量问题（稳定性）水稳碎石混合料的强度主要取决于水泥的品质和剂量，应选用质量信誉度高的厂家；考虑混合料从加水拌和到碾压成型所需的工序时间，水泥的初凝时间应在3小时以上，而且终凝时间宜大于6小时；水泥安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，如果水泥安定性不良，在硬化后将产生不均匀体积变化，从而使混合料产生膨胀性裂缝，降低整体强度。在实际工程中，必须充分认识到水泥体积安定性及强度稳定性的重要性。1原材料质量控制水泥稳定级配碎石：2混合料级配控制拌和设备拌和机选型直接决定混合料的拌和质量额定产量应大于500t/h，实际出料能力（额定产量的80%）必须与摊铺能力相匹配，通常应超过实际摊铺能力的10%～15%；必须采用定型产品，并且在多个工程中应用，而且用户反映良好；所有料斗及罐仓必须装配高精度电子动态计量器，电子动态计量器应经有资质的计量部门进行计量标定后方可使用；为使混合料拌和均匀，拌缸应满足一定的长度要求；拌和机用水应配有大容量的储水箱；水泥罐仓内应配有水泥破拱器，以免水泥起拱停流；至少有5个进料斗，且料斗口必须安装钢筋网盖，筛除超粒径石料及杂物；进料斗之间宜安装挡板隔开，防止上料时发生混杂现象；3施工机械基本配置摊铺设备摊铺设备直接影响路面的均匀性和初始压实度必须采用两台摊铺机梯队作业，且摊铺机额定功率不低于160kw；要求两台摊铺机功能齐全一致（能够自动找平、带有振捣夯实装置），从而保证基层摊铺均匀，厚度一致，完整无缝，平整度好；为避免施工过程中混合料的上下离析现象，摊铺机后挡板（即滚料撞击侧）上必须添加胶皮挡板，挡板离地高度越低越好，为不影响摊铺机的正常速度，宜控制在3cm左右；为尽量避免摊铺机收料斗内的混合料洒落到下承层而影响施工平整度及摊铺机运行的稳定性，宜在摊铺机滚轴与料仓接触处添加胶皮挡板；建议采用ABG423以上或三一重工DTU95系列摊铺机骨料上下离析属于整体性离析问题，必须解决3施工机械基本配置碾压设备（最关键设备）碾压设备直接决定压实质量（强度、路用性能）对于骨架密实结构的混合料而言，在相同水泥剂量下，压实度由95%提高至98%，强度明显增加；当压实度较低时，在相同压实度下，水泥剂量由3%提高至4%，强度变化幅度小于压实度对强度的影响。因此，在较低的水泥剂量下，必须加强碾压，基于碾压来提高混合料的密实性，充分发挥集料间的嵌挤强度和水泥胶结强度。数量必须与拌和楼及摊铺机的生产能力相匹配；至少应配备自重22t以上的振动压路机4台和自重30t以上的胶轮压路机2台；压路机应为3年内的设备（维修问题、振实效果、胶轮封面效果等）；试验段所确定的碾压机械在后续施工中不得随意更改或调整，必须更换时，吨位不得低于原设备，且必须经监理及技术咨询方批准；3施工机械基本配置运输车辆：根据拌和楼实际出料能力、实际运距、施工现场附近交通运输状况、铺筑工作量、摊铺及碾压速度等因素，必须提前配备充足的大吨位运输车辆，至少应配置20辆以上，从而保证现场摊铺碾压的及时性和连续性，绝对不允许因为运输车辆不够而出现摊铺机停机待料现象。3施工机械基本配置原材料质量水泥：安定性、强度、凝结时间集料：粗集料针片状含量、石屑级配及含泥量混合料拌和生产质量合成级配：级配的稳定性（关键筛孔控制）含水量：尽量保证在略高于最佳含水量的状态下进行碾压（经验很重要）水泥剂量：准确性、稳定性和拌和均匀性摊铺碾压质量工艺保证：摊铺的连续性和均匀性；碾压的及时性和有效性；压实度：标准密度的代表性；