水泥稳定碎石优点众多，是目前我国最主要的道路半刚性基层材料。然而其最大缺陷是易受温度和湿度变化影响产生收缩裂缝，从而破坏其结构板体性，大大削弱了路面结构强度。因此，CSM抗裂、增强问题一直作为道路工程科技热点备受关注。研究表明，纤维掺入CSM材料中，可以一定程度上改善基层的抗裂性，提高强度。在这方面国内外学者进行了大量的研究工作，其中相当一部分都是借助于室内物理试验的手段，即通过制备试件并测试其性能参数实现对CSM路用性能的研究。而进行室内物理试验过程中，混合料的拌和环节尤为重要，关键在于采取何种拌和工艺可使纤维均匀分散在CSM基体中，否则势必影响试件的成型质量，从而影响测试结果的准确性。目前在FCSM（纤维水泥稳定碎石）力学性能和收缩抗裂性能随纤维种类、掺量以及龄期等因素的影响研究中，室内物理试验主要采用干拌法进行拌制成型试件，按照投料次序大致将混合料拌和方法主要划分为3类：（1）首先将粗集料进行搅拌均匀后加入纤维进行充分搅拌，然后加入细集料、水泥等进行再次搅拌，最后加入水搅拌均匀后出料；（2）首先将全部集料与水泥一起搅拌均匀后加入纤维进行搅拌，最后洒水搅拌均匀后出料；（3）首先将全部集料搅拌均匀后加入纤维搅拌，然后加水搅拌，最后加入水泥搅拌均匀后出料。
总体而言，目前关于FCSM性能的室内物理试验研究，涉及拌和工艺的研究仍较少，尤其对拌和工艺的主要参数以及拌和效果判定方法未做深入系统的研究。为此，本文针对FCSM室内物理试验的混合料拌和工艺开展研究，旨在提高纤维在CSM中的分散均匀性，并获得合理的FCSM拌和工艺，同时提出相应的辅助判定办法，为FCSM路用性能室内试验研究的可靠性奠定技术基础。
试验总体方案
影响FCSM拌和效果的因素众多，主要包括：投料次序、拌和时间、拌和速度、单次混合料拌和量，以及拌和设备、原材料及其配合比等等。基于室内试验研究的常规需求，本试验主要研究“投料次序”、“拌和时间”两种因素对拌和效果的影响，其余因素固定不变。
为此，研究工作拟定包括2个部分：第一部分是工艺参数影响分析，主要研究“投料次序”和“拌和时间”两种因素对拌和效果的影响。“投料次序”即通过改变集料、水、纤维的不同投放次序，分析次序不同对拌和效果的影响；“拌和时间”即通过改变混合料的搅拌时间，分析搅拌时间不同对拌和效果的影响。拟采用宏观观测纤维分散均匀性的方法判别拌和效果的优劣，进而提出拌和效果较佳的FCSM拌和工艺。第二部分是强度稳定性分析。因混合料纤维拌和均匀性影响平行试件性能指标的稳定性，为此，拟定分别根据上述不同的拌和方案制作并测试平行试件的无侧限抗压强度，通过对比各方案平行试件强度结果的变异系数判定试件性能的稳定性，从而提出辅助判定FCSM拌和工艺效果的方法。
试验设计
原材料及配合比
参考文献，本试验选用单丝聚酯纤维。其断面形式为圆形，直径20μm。水泥采用P·O42.5普通硅酸盐水泥，其主要技术指标见表2。集料均选用产自徐州的石灰岩，其压碎值为20.6。
本试验混合料中水泥含量采用工程常用的4.5%；参照文献聚酯纤维含量采用0.07%，长度为5cm。通过重型标准击实试验获得混合料的最佳含水量为5.5%，最大干密度为2.33g/cm3。
拌和工艺试验
针对投料次序对纤维分散均匀性的影响，首先将集料按照粒径不同，划分为粗集料与细集料，然后按照5个投料拌和次序方案进行试验。
针对拌和时间对纤维分散均匀性影响，基于上述确定出的最佳投料拌和次序方案，将终拌时间30s依次改变为：15s、60s、90s、120s。试验分析适宜的拌和时间，从而获得最佳拌和方案。
拌和试验采用一台小型搅拌机，每份原材料的质量按照制备2个圆柱形大试件进行确定，每个方案进行3次平行试验，拌和后将混合料平铺在试验台上进行观测。
强度稳定性试验
基于确定出的最佳拌和方案，以及初拟的5种投料拌和次序方案，依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定，分别制备此6种方案的无侧限抗压强度试件。采用直径×高=150mm×150mm的圆柱形大试件，按照98%的压实度进行静压法成型，每组平行试件13块，共6组。试件制备完毕进行标准养生至龄期7d，使用CMT5305微机控制电子万能试验机进行测试。
试验结果与分析
宏观观测与分析
纤维在CSM基体中分散性整体较好，但是存在小范围纤维结团现象。分析认为，纤维比重很小，逐渐撒入运转的搅拌设备过程中，搅拌片转动产生的空气流动使纤维飘浮在集料表面并逐渐聚集结团，不能随干燥集料转动均匀分布在其之中。而在洒入水后，纤维可以黏覆在集料表面并随集料一起转动，此前结团纤维逐渐被扯开并分散，但仍存在小范围结团现象。
纤维分散效果好，纤维呈丝状较均匀地分散在CSM基体中。分析认为，集料与水泥在干燥状态下被充分拌和均匀，而洒水后水泥与碎石在搅拌片的转动下可以在短时间内均匀浸湿，形成的水泥浆包裹在不同粒径的集料周围提高了对集料的润滑作用，从而增大集料在搅拌机中的滑动程度，在纤维落入集料表面的瞬间，由于水分子吸附作用纤维被黏覆在集料表面，并且在搅拌机转动下逐渐被不同粒径的集料包裹均匀分散在CSM基体中。
纤维分散均匀性较差，纤维成束存在，且其缠绕在包裹着水泥的细集料周围，与粗集料牵连较少，造成“粗细分明”的现象。分析认为，纤维可吸附比自身重几倍的细集料颗粒，在水的作用下导致纤维被较多细集料与水泥包裹，流动性较差，包裹着细颗粒的纤维在粗集料加入后很难再把纤维与砂浆体分开，导致拌和的混合料中纤维集中于细集料周围不能均匀分布于粗集料之中，从而呈现“粗细分明”的现象。
纤维分散效果一般，CSM混合料拌和不均匀，且大部分纤维黏覆在较大粒径集料表面，少量纤维集聚出露于CSM表面，FCSM混合料总体呈现“半干半湿”现象。分析认为，粗集料、水加入搅拌机拌和使得粗集料表面被水分浸润，纤维的撒入使大部分纤维吸附在粗集料表面形成隔离层，当细集料与水泥加入后纤维很难二次分散于细集料与水泥之中，造成混合料拌和不均匀，从而呈现“半干半湿”的现象。
纤维分散效果整体较好，但纤维较多残留在搅拌机内壁使得CSM混合料中纤维含量明显减少，且存在部分结团现象。分析认为，由于混合料中含水量很小，首先将水与纤维加入搅拌机中，搅拌片转动后搅拌缸内壁完全润湿，从而黏覆了大量纤维，导致CSM混合料中纤维含量明显较少；另外，部分漂浮在水中的纤维已严重相互缠绕，加入集料与水泥后，虽有部分在搅拌作用下得以分散，但仍存在部分未分散的纤维形成结团现象。
对上述5种方案综合对比后认为，方案②最佳，方案③最差。显示，总体上拌和效果随拌和时间延长纤维分散效果越好，但60s之后效果相差甚微。
即拌和时间到达一定程度之后，拌和效果增加并不明显。因此，综合考虑到FCSM拌和效果及工作效率等两因素，建议拌和时间选择60s左右即可。与拌和时间相比，投料次序对纤维在CSM中的分散均匀性影响更为显著，而拌和时间主要起到进一步拌和FCSM混合料的作用。
强度稳定性试验结果与分析
表明，不同投料拌和次序成型的平行试件从变异系数大小来看，OS＜方案②＜方案五⑤方案①＜方案④＜方案③，即OS方案试件强度离散性最小。采用相同投料拌和次序的方案②与ＯS方案相比，仅改变了拌和时间，结果变异系数相差不大，而方案①～⑤采用相同的拌和时间、不同的投料拌和次序，其变异系数相差较大，进一步说明了投料拌和次序因素比拌和时间因素对材料稳定性的影响更为显著；方案③变异系数最大，因此在5个方案中拌和效果最差，纤维的极不均匀分布导致其成型试件稳定性最差。综上，拌和试验与强度稳定性试验结果可以相互印证，即通过平行试件强度结果的变异系数判定试件性能的稳定性作为辅助判定FCSM室内拌和工艺效果的方法是有效的。
结语
（1）合适的FCSM室内试验拌和工艺：首先将全部集料与水泥搅拌15s后再进行洒水搅拌15s，最后撒入纤维拌和60s后出料。
（2）当集料在干燥状态下撒入纤维，由于纤维比重较小，拌和时在搅拌叶片转动下产生的空气流动易使纤维飘浮在干燥集料表面并逐渐聚集，形成结团从而不易均匀分布于集料之中；当集料在湿润状态下撒入纤维，纤维在水的作用下就容易黏覆在集料表面。
（3）水泥与细集料形成的砂浆体均匀包裹着粗集料起到润滑作用，有利于增加CSM的流动性，在搅拌叶片作用下使混合料之间相互穿插、撞击，对纤维在CSM基体中进一步分散均匀是有利的。
（4）投料次序与拌和时间对纤维在CSM中的分散均匀性均有影响，其中，投料次序影响更为显著。而延长拌和时间虽能起到提高分散效果的作用，但拌和达到一定时间之后效果增加并不明显。
（5）强度变异系数可表征试件质量的稳定性，间接反映出FCSM拌和的纤维分散均匀性，即可使用强度变异系数作为FCSM拌和效果优劣的辅助判定的方法。
（6）采取适宜的拌和工艺（投料次序、拌和时间等），才能使纤维在CSM基体中分布均匀，试件强度更加稳定，从而为FCSM性能室内物理试验研究提供保障。
（7）建议结合不同搅拌装置（例如：人工、自落式、强制式）进一步研究拌和工艺对纤维分散均匀性的影响，以及对FCSM拌和效果进行相关微观分析。
