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2021

你所不了解的振动搅拌技术

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　　水泥稳定碎石基层易出现开裂问题，且疲劳性能不佳，为了解决这一问题，部分研究者做了大量的试验。试验中发现，采用振动搅拌不仅可以提高水泥稳定碎石均匀性，还可以在一定程度上减少水泥剂量，从而达到提高水泥稳定碎石基层抗裂性的目的。实践证明，采用振动搅拌耐久性水泥稳定碎石基层技术，对控制水泥稳定碎石基层的抗裂性和耐久性均具有重要的现实意义。
　　振动搅拌研发历程
　　1931年，苏、德等国科学家发现混凝土微观结构存在重大缺陷，启动提升混凝土微观均匀程度的科学探究。1972年，苏联技术人员在试验室采用下置式振动搅拌试验机，取得了混凝土质量的提高与突破。1992年，长安大学冯忠绪教授开启了世界振动搅拌技术研究新时代。2018年，郑州海富机电设备有限公司成功研发振动式水泥稳定碎石搅拌站，如图1所示。
　　水泥稳定碎石振动搅拌机是在水泥混凝土振动搅拌机研发成功后，一次偶然的机会想到的。研发成功后，该技术在各级道路路面基层修筑中得到应用，并在我国东北、华北、西北和西南地区进行了大范围推广。应用该技术不仅可以节约水泥用量、降低成本，还可以减少半刚性基层裂缝，提高基层耐久性。
　　振动搅拌工作原理
　　水泥稳定碎石混合料搅拌中加入振动，使混合料粒料产生了对流、扩散作用，粒径较小的材料可充分弥散并均匀分布。水泥浆和细集料颗粒均匀分散后，均匀地分散粘结在粗骨料的表面，避免了粗骨料露白和混合料分布不均匀现象。
　　振动搅拌机原理是在普通搅拌机器上加入激振器，通过传动装置传递到振动轴，在对水泥稳定碎石混合料进行强制搅拌的同时加以振动作用，如图2所示。混合料的颗粒处于振动状态，大大增加了混合料颗粒的运动速度。混合料颗粒运动速度的增加后，物料颗粒间的相互碰撞的频率和强度也随之增加，水泥浆及细集料受到这些作用后就会均匀地附着于粗骨料表面。这不仅可以增加水泥水化反应的进程，也可以改善水泥稳定碎石的微观结构。
　　振动搅拌机比普通搅拌机搅拌频率高，同时又可每分钟释放1500次以上振动弹力波，因此其每次对混合料撞击能量可达到静力搅拌机10倍以上。振动搅拌使得水泥等细集料充分弥散，水泥水化充分，水泥水化产物与骨料表面粘结更加牢固，混合料强度、耐久性及耐冲刷性等性能指标提升明显。
　　振动搅拌的优势
　　（1）微观均匀性与致密性好
　　水泥稳定碎石材料中，水泥颗粒粒径3~80μm，粉煤灰颗粒粒径45μm，水滴最小直径20μm。只有这些微小粒径的颗粒性材料在混合料中均匀弥散分布，才能实现微观上的均匀。传统搅拌技术由于搅拌机理方面存在缺陷，很难实现微观均匀。同配比情况下，将传统搅拌和振动搅拌水稳材料在扫描电镜下放大2000倍（见图3），两者的区别非常明显。传统搅拌水稳材料中，细小松散的CSH（水化硅酸钙）凝胶颗粒散落于骨料表面而未形成强力粘附，粗细骨料和水化产物界面明显，期间的过渡相结构疏松。而振动搅拌水稳料水泥水化充分，粗细骨料和水化产物浑然一体，微小颗粒材料均匀弥散，整体结构致密均匀。
　　（2）能有效改善材料离析现象
　　水泥稳定碎石材料在摊铺和碾压过程中容易产生离析现象（见图4），振动搅拌可以有效改善水泥稳定碎石的离析现象。采用振动搅拌时，大粒径（最大公称粒径37.5mm）的水稳材料在摊铺层的肩部，顶部和底部均有粗骨料分布，没有出现骨料溜肩的离析现象，如图5所示。从碾压过后的基层表面可以看出，粗骨料的分布均匀，路面整体更加平整密实，如图6所示。
　　（3）能有效提高材料和易性
　　普通搅拌混合料在摊铺和碾压过程中，容易产生难压实和底部压实不充分现象，如图7所示。振动搅拌可以使水颗粒和细集料颗粒充分弥散（见图8），为此混合料易压实，且可以形成上下均匀的完整芯样