CN115179394B - 水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥稳定的振动压实成型的技术领域，公开了水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，该设备包括振动台，其可使内部的振动装置从下至上的振动，与压路机压实过程正好相反，且设置在台面的表面，表面振动器，其通过变频器调节电机旋转速度而获得不同的压实频率，同时通过调节偏心质量可以产生不同的离心力，增减配重调节名义振幅，从上向下压实土体，以模拟振动压路机的振动情况，且设置在振动台的上端表面，本发明采用上表面振动方式，以模拟振动压路机对道路材料的作用，最佳工艺参数以物理指标的提高为原则进行确定，从而在对不同材质的水泥进行振动压实成型时，保证使水泥能够被振动压实成型。
Description
技术领域
本发明涉及水泥稳定的振动压实成型技术领域，具体为水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法。
背景技术
振动压实成型机采用振动压实的方法与其他方法比较，具有模拟现场施工状况，不破坏级配压实的密实度高等优点，是优选的设计和使用方法。
现有的振动压实成型机在对水泥进行振动压实成型时，由于振动压实成型机的振动频率相同，在对不同材质的水泥进行振动压实成型时，所产的效果不同，为此采用何种操作和设备对不同水泥均能保证振动压实成型率，是现有值得研究的问题，为此，我们提出水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备。
发明内容
本发明的目的在于提供提供水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备，通过振动压实设备采用上表面振动方式，以模拟振动压路机对道路材料的作用，最佳工艺参数以物理指标的提高为原则进行确定，旨在解决现有技术中，对不同材质的水泥进行振动压实成型时，所产的效果不同的问题。
本发明是这样实现的，水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备，其包括：
振动台，其可使内部的振动装置从下至上的振动，与压路机压实过程正好相反，且设置在台面的表面；
表面振动器，其通过变频器调节电机旋转速度而获得不同的压实频率，同时通过调节偏心质量可以产生不同的离心力，增减配重调节名义振幅，从上向下压实土体，以模拟振动压路机的振动情况，且设置在振动台的上端表面；
飞轮，其通过配有的偏心环块在不同频率下进行转动，产生不同的离心力，且转动连接在台面的上端；
激振器，其可配合振动台和表面振动器使用，对飞轮产生不同的频率，且设置在台面的底部。
作为本发明所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，包括以下操作步骤：
步骤一：通过变频器以0.1HZ为步长调节电机的输出频率，可调范围在0HZ-60HZ，由于振动压路机多工作在30HZ-60HZ之间，所以设备工作频率定为30HZ、45HZ和60HZ；
步骤二：对振动成型工艺参数确定：
S1：在同一种级配的情况下，改变振动参数的组合进行压实，考察振动压实效果来选取最优振动参数；
S2：以3种激振频率：30HZ、45HZ、60HZ，4种离心力：4KN、5KN、6KN、7KN， 5种振幅，3种级配类型，调制出3*3*4*5=180个工艺组合，激振时间为2Min，每种级配的含水量相同且接近最佳含水量，振动成型后计算出干密度并进行CBR试验；
步骤三：最佳振动时间的确定：
在最佳含水量下对3种级配碎石在最佳振动参数下进行压实，采用北京波谱公司的VIBSYS振动信号采集系统采集压实过程中的塑性变形数据，通过观察塑性变形的稳定性确定最佳压实时间，对粗级配来讲，变形主要发生在前2分钟内，大约完成总变形的90%，当振动时间为3分钟时，变形曲线已经很缓，位移沉降已经很小，进入稳定期，故3分钟为其最优振动时间；
步骤四：标准振动压实参数的选取：
S1：前面根级配类型的不同，总结出了不同类型级配的最佳成型工艺，但实际操作中不可能根据级配类别的不同采用不同的工艺，为简化操作和便于应用，根据级配碎石的压实特性与工程中常用的级配类型选取出一种；
S2：要使压实效果得到保证，激振强度必须大于3.5（100J/s），对粗级配来讲，最佳工艺时的激振强度为3.07（100J/s），小于要求值；
S3：粗级配碎石或级配固废集料基层或底基层在各国都有不同程度的使用，使用的材料也种类繁多，有碎石、砾石，混凝土碎块，轧制的砖块等，级配范围很宽，因此应采用骨架－密实类型的中级配最佳参数作为成型工艺，参数组合为激振频率30HZ，离心力6KN，振幅为0.89mm振动时间为3分钟，30HZ的频率与压实基层材料的振动压路机的频率吻合，能保证室内外的有机联系，同时激振强度大于3.5（100J/s）的阈值，保证压实；
步骤五：标准振动压实方法：
S1：按照内掺（外掺）法配制混合料，用塑料袋室温下焖料4h以上；
S2：将水泥加入焖好混合料，采用手动拌和将水泥拌和均匀，将混合料装入料筒放入振动压实仪压头下；
S3：振动时间设置180s，开动振动开关在压至标准高度后停止仪器。将试件取出，盖上上方试块防止水分流失，如在180s内未压到规定高度，试件作废检查仪器或重新进行物理指标测定。
作为本发明所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法的一种优选方案，其中：所述步骤一中仪器的振动部分质量在无配重片情况下为155Kg，配重片是用来调节仪器振动的总质量，进而调节名义振幅。
作为本发明所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法的一种优选方案，其中：所述步骤二的S1中振动参数的组合方法是以频率为第一变量，在激振力保持不变的情况下，改变名义振幅。
作为本发明所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法的一种优选方案，其中：所述步骤四的S2中大于3.5（100J/s）是因为此级配最大粒径最大（37.5mm），且粗集料占70%，固有频率较高，在局部时间段形成共振的原因，理论上共振状态下会取得最好的效果，但被压材料在压实过程中固有频率不断变化，共振状态持续时间很短，难以跟踪，所以要想保证平均压实效果激振强度必须大于3.5（100J/s）。
作为本发明所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法的一种优选方案，其中：所述步骤四的S3中由于刚度相差巨大或沥青层较薄，所以在级配碎石材料的设计上尽可能做到骨架－密实以提升强度，此时4.75mm的通过率一般在38%-30%之间。
与现有技术相比，本发明提供的振动压实设备采用上表面振动方式，以模拟振动压路机对道路材料的作用，最佳工艺参数以物理指标的提高为原则进行确定，从而在对不同材质的水泥进行振动压实成型时，保证使水泥能够被振动压实成型。
附图说明
图1为本发明提供的整体设备结构示意图；
图2为本发明提供的f=30HZ时粗级配的干密度和CBR与名义振幅关系图；
图3为本发明提供的f=45HZ时粗级配的干密度和CBR与名义振幅关系图；
图4为本发明提供的f=60HZ时粗级配的干密度和CBR与名义振幅关系图。
图中：1：台面，2：振动台，3：表面振动器，4：飞轮，5：激振器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备，请参阅图1-4，包括振动台、表面振动器、飞轮和激振器；
振动式压实设备可分为振动台和表面振动器，表面振动器试验可以模拟现场振动压路机在材料表面的作业情况，它是通过变频器调节电机旋转速度而获得不同的压实频率，同时通过调节偏心质量可以产生不同的离心力，增减配重调节名义振幅，从上向下压实土体，以模拟振动压路机的振动情况，振动台是室内常用的振动设备，其振动装置从下至上的振动，与压路机压实过程正好相反，根据以往的实验结果，对压实具有含水量要求的材料，表面振动器法明显优于振动台法，因此试验采用表面振动器成型方法，简称振动法；
通过变频器以0.1HZ为步长调节电机的输出频率，可调范围在0HZ-60HZ，由于振动压路机多工作在30HZ-60HZ之间，所以设备工作频率定为30HZ、45HZ和60HZ，仪器的振动部分质量在无配重片情况下为155Kg，配重片是用来调节仪器振动的总质量，进而调节名义振幅，以10Kg为单元施加配重片，直到最大配重170Kg，这时整个设备的振动总质量为325Kg；
在飞轮上配有固有偏心质量，在频率为30HZ情况下转动，产生的离心力为4KN，另外3套偏心环块，能保证在30HZ、45HZ和60HZ的工作频率下，产生以1KN为间隔从4KN到7KN的离心力，在激振器的下面连有活动压头，尺寸分为Φ=10cm、Φ=15cm、Φ=30cm，可适应不同尺寸的模具；
水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法包括以下操作步骤：
步骤一：通过变频器以0.1HZ为步长调节电机的输出频率，可调范围在0HZ-60HZ，由于振动压路机多工作在30HZ-60HZ之间，所以设备工作频率定为30HZ、45HZ和60HZ，仪器的振动部分质量在无配重片情况下为155Kg，配重片是用来调节仪器振动的总质量，进而调节名义振幅；
步骤二：对振动成型工艺参数确定：
S1：在同一种级配的情况下，改变振动参数的组合进行压实，考察振动压实效果来选取最优振动参数；
其中振动参数的组合方法是以频率为第一变量，在激振力保持不变的情况下，改变名义振幅；
S2：以3种激振频率：30HZ、45HZ、60HZ，4种离心力：4KN、5KN、6KN、7KN， 5种振幅，3种级配类型，调制出3*3*4*5=180个工艺组合，激振时间为2Min，每种级配的含水量相同且接近最佳含水量，振动成型后计算出干密度并进行CBR试验；
现以粗级配为例说明最佳振动参数的选取，如图1-4所示，从图中可以得出以下规律：
在总体趋势上干密度随名义振幅的增大而增大，当激振力、频率保持不变时，存在最佳振幅，在最佳振幅下干密度取得最大值；
干密度的最大值随着离心力的增大而增加，但在名义振幅相同时，干密度相近；
频率为30HZ、60HZ时干密度随着离心力的增大的增量较小，频率为45HZ时干密度的增量较大；
CBR的变化较为离散，多数是在最佳名义振幅下取得最大值，低频时CBR随激振力的增加而增大，高频时CBR变化不大；
最佳参数的选取是在综合考虑压实效果和振动工艺的稳定性做出的；
当激振频率f=30HZ时最大干密度为2.205g/cm3，此时F=7KN，A=0.9mm，CBR=355；
当激振频率f=45HZ时最大干密度为2.245g/cm3，此时F=7KN，A=0.47mm，CBR=91.4；
当激振频率f=60HZ时最大干密度为2.177g/cm3，此时F=9.3KN，A=0.35mm，CBR=97.9；
以干密度最大为准则最佳振动参数为激振频率f=45HZ F=7KN，A=0.47mm，此工艺之所以凸显出来，是因为试验级配为粗级配，其固有频率接近45HZ，在适当的振幅条件下，在局部时间段产生了共振，使压实效果大幅度提升；但共振不一定必然发生，中级配和细级配的最佳振动参数的选取不是在共振点；
步骤三：最佳振动时间的确定：
在最佳含水量下对3种级配碎石在最佳振动参数下进行压实，采用北京波谱公司的VIBSYS振动信号采集系统采集压实过程中的塑性变形数据，通过观察塑性变形的稳定性确定最佳压实时间，对粗级配来讲，变形主要发生在前2分钟内，大约完成总变形的90%，当振动时间为3分钟时，变形曲线已经很缓，位移沉降已经很小，进入稳定期，故3分钟为其最优振动时间；
根据同样的方法确定出中级配和细级配的最佳振动时间，至此不同粗细程度的级配碎石的室内成型工艺汇总如下表所示：
最佳振动工艺参数表
| 级配类型 | 频率/HZ | 激振力/KN | 振幅/mm | 激振强度（100J/s） | 时间/s |
| 粗级配 | 45 | 7 | 0.46 | 3.07 | 180 |
| 中级配 | 30 | 6 | 0.89 | 3.52 | 180 |
| 细级配 | 30 | 7 | 0.96 | 4.32 | 210 |
步骤四：标准振动压实参数的选取：
S1：前面根级配类型的不同，总结出了不同类型级配的最佳成型工艺，但实际操作中不可能根据级配类别的不同采用不同的工艺，为简化操作和便于应用，根据级配碎石的压实特性与工程中常用的级配类型选取出一种；
S2：要使压实效果得到保证，激振强度必须大于3.5（100J/s），对粗级配来讲，最佳工艺时的激振强度为3.07（100J/s），小于要求值，是因为此级配最大粒径最大（37.5mm），且粗集料占70%，固有频率较高，在局部时间段形成共振的原因，理论上共振状态下会取得最好的效果，但被压材料在压实过程中固有频率不断变化，共振状态持续时间很短，难以跟踪，所以要想保证平均压实效果激振强度必须大于3.5（100J/s）；
S3：粗级配碎石或级配固废集料基层或底基层在各国都有不同程度的使用，使用的材料也种类繁多，有碎石、砾石，混凝土碎块，轧制的砖块等，级配范围很宽，由于刚度相差巨大或沥青层较薄，所以在级配碎石材料的设计上尽可能做到骨架－密实以提升强度，此时4.75mm的通过率一般在38%-30%之间，因此应采用骨架－密实类型的中级配最佳参数作为成型工艺，参数组合为激振频率30HZ，离心力6KN，振幅为0.89mm振动时间为3分钟，30HZ的频率与压实基层材料的振动压路机的频率吻合，能保证室内外的有机联系，同时激振强度大于3.5（100J/s）的阈值，保证压实；
固废集料基层材料标准振动压实参数
| 频率/HZ | 振幅/mm | 激振力/N | 振动时间/s |
| 30 | 0.86 | 6000 | 180 |
步骤五：标准振动压实方法：
S1：按照内掺（外掺）法配制混合料，用塑料袋室温下焖料4h以上；
S2：将水泥加入焖好混合料，采用手动拌和将水泥拌和均匀，将混合料装入料筒放入振动压实仪压头下；
S3：振动时间设置180s，开动振动开关在压至标准高度后停止仪器。将试件取出，盖上上方试块防止水分流失，如在180s内未压到规定高度，试件作废检查仪器或重新进行物理指标测定。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，其特征在于，所述水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备，包括：
振动台，其可使内部的振动装置从下至上的振动，与压路机压实过程正好相反，且设置在台面的表面；
表面振动器，其通过变频器调节电机旋转速度而获得不同的压实频率，同时通过调节偏心质量可以产生不同的离心力，增减配重调节名义振幅，从上向下压实土体，以模拟振动压路机的振动情况，且设置在振动台的上端表面；
飞轮，其通过配有的偏心环块在不同频率下进行转动，产生不同的离心力，且转动连接在台面的上端；
激振器，其可配合振动台和表面振动器使用，对飞轮产生不同的频率，且设置在台面的底部；
包括以下操作步骤：
步骤一：通过变频器以0.1HZ为步长调节电机的输出频率，可调范围在0HZ-60HZ，由于振动压路机多工作在30HZ-60HZ之间，所以设备工作频率定为30HZ、45HZ和60HZ；
步骤二：对振动成型工艺参数确定：
S1：在同一种级配的情况下，改变振动参数的组合进行压实，考察振动压实效果来选取最优振动参数；
S2：以3种激振频率：30HZ、45HZ、60HZ，4种离心力：4KN、5KN、6KN、7KN， 5种振幅，3种级配类型，调制出3*3*4*5=180个工艺组合，激振时间为2Min，每种级配的含水量相同且接近最佳含水量，振动成型后计算出干密度并进行CBR试验；
步骤三：最佳振动时间的确定：
在最佳含水量下对3种级配碎石在最佳振动参数下进行压实，采用北京波谱公司的VIBSYS振动信号采集系统采集压实过程中的塑性变形数据，通过观察塑性变形的稳定性确定最佳压实时间，对粗级配来讲，变形主要发生在前2分钟内，大约完成总变形的90%，当振动时间为3分钟时，变形曲线已经很缓，位移沉降已经很小，进入稳定期，故3分钟为其最优振动时间；
步骤四：标准振动压实参数的选取：
S1：前面根级配类型的不同，总结出了不同类型级配的最佳成型工艺，但实际操作中不可能根据级配类别的不同采用不同的工艺，为简化操作和便于应用，根据级配碎石的压实特性与工程中常用的级配类型选取出一种；
S2：要使压实效果得到保证，激振强度必须大于3.5100J/s，对粗级配来讲，最佳工艺时的激振强度为3.07100J/s，小于要求值；
S3：粗级配碎石或级配固废集料基层或底基层在各国都有不同程度的使用，使用的材料也种类繁多，包括但不限于碎石、砾石、混凝土碎块、轧制的砖块，级配范围很宽，因此应采用骨架－密实类型的中级配最佳参数作为成型工艺，参数组合为激振频率30HZ，离心力6KN，振幅为0.89mm振动时间为3分钟，30HZ的频率与压实基层材料的振动压路机的频率吻合，能保证室内外的有机联系，同时激振强度大于3.5100J/s的阈值，保证压实；
步骤五：标准振动压实方法：
S1：按照内掺或外掺法配制混合料，用塑料袋室温下焖料4h以上；
S2：将水泥加入焖好混合料，采用手动拌和将水泥拌和均匀，将混合料装入料筒放入振动压实仪压头下；
S3：振动时间设置180s，开动振动开关在压至标准高度后停止仪器，将试件取出，盖上上方试块防止水分流失，如在180s内未压到规定高度，试件作废检查仪器或重新进行物理指标测定。
2.根据权利要求1所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，其特征在于，所述步骤一中仪器的振动部分质量在无配重片情况下为155Kg，配重片是用来调节仪器振动的总质量，进而调节名义振幅。
3.根据权利要求1所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，其特征在于，所述步骤二的S1中振动参数的组合方法是以频率为第一变量，在激振力保持不变的情况下，改变名义振幅。
4.根据权利要求1所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，其特征在于，所述步骤四的S2中大于3.5100J/s是因为此级配最大粒径为37.5mm，且粗集料占70%，固有频率较高，在局部时间段形成共振的原因，理论上共振状态下会取得最好的效果，但被压材料在压实过程中固有频率不断变化，共振状态持续时间很短，难以跟踪，所以要想保证平均压实效果激振强度必须大于3.5100J/s。
5.根据权利要求1所述的水泥稳定固废集料基层振动压实成型设备的操作方法，其特征在于，所述步骤四的S3中由于刚度相差巨大或沥青层较薄，所以在级配碎石材料的设计上做到骨架密实以提升强度，此时4.75mm的通过率在38%-30%之间。
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