初探公路水泥稳定碎石基层裂缝成因及防治策略

2014-04-16黄峰

科技视界 2014年13期

关键词：温缩离析集料

黄峰

（江苏信成交通工程有限公司，江苏泰兴 225400）

1 水泥稳定碎石基层施工过程中裂缝产生的原因分析

根据裂缝形成机理，影响半刚性材料干缩和温缩的主要因素与含水量、水泥剂量、集料或粉料的含量、粉料的矿物成分、环境温度和养生情况有密切联系。结合现场调查检测情况，该段水稳基层裂缝形成主要原因有:

1.1 干缩作用

水泥稳定碎石在干燥空气中硬化时，随着水分的减少，体积将收缩变形，每隔一段距离产生均匀的干缩裂缝。水泥稳定碎石产生干缩裂缝的原因与其水泥、水和碎石集料都有很大的关系。一方面，混合料在凝结硬化过程中，水泥与水起水化反应，消耗大量的水分。水泥含量越高，则消耗的水分越多。另一方面，碎石集料表面也要吸附水，集料中的细料成分越多，表面吸附的水分就越多。再者，基层施工过程中，含水量越大，蒸发散失的水分就越多，因此就越易产生干缩裂缝。

1.2 温缩作用

水稳碎石基层随混合料水分减少产生干缩和温缩应力，水分减少的愈多愈快，产生的干缩应力愈大，水分减少愈慢，干缩应变愈慢。一旦应力超过其极限抗弯拉强度，将产生温缩裂缝。温缩裂缝多数是横向分布。

1.3 养生不及时

适宜的温度、湿度养生可减少水稳基层的干缩作用。但是当养生不及时，水化反应的水化热会使水稳基层固体表面的吸附水开始蒸发，使表面水膜减薄，颗粒间分子力增大，导致相邻的颗粒不断紧靠，引起收缩变形。

1.4 离析现象

造成离析的原因有很多，水稳混合料在搅拌过程中发生的放料离析，在运输过程中发生颠簸离析，在卸料过程中发生卸料离析，在摊铺过程中发生摊铺离析，在找平过程中发生找平离析等。从在开裂路段取芯情况及室内试验结果来看，水泥稳定碎石抗压强度均大于设计值，只有个别细集料偏多的芯样强度较其他芯样低，易产生离析。

1.5 其它原因

从基层裂缝段和正常段落现场调查情况看，裂缝段水稳基层芯样成型情况稳定性稍差，变异性较大，其原因主要是秋冬季节施工时水分蒸发较慢，水泥终凝时间缩短；摊铺时没有根据天气情况适当调整水泥用量和拌和用水量。施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝，应确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。另一方面，施工时应严格控制灰剂量，灰剂量越高越容易产生收缩裂纹。

2 水泥稳定碎石基层施工过程中裂缝预防策略

根据水稳碎石基层的非荷载作用开裂机理分析，为减少裂缝产生，施工时要在原材料控制、水泥稳定碎石的养生、压实度控制等方面采取策略，具体如下：

2.1 原材料控制

为保证水泥稳定碎石基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，应对水泥的终凝时间有限制，一般需要6～10h。因为水泥剂量太低，强度难以满足要求；而剂量过高时，混合料的收缩系数增大，裂缝增加。故水泥剂量一定要经过试配并结合现场调试合适之后确定。

另外，石料的粗细直接影响水泥稳定碎石基层的强度、平整度和裂缝的产生。水泥稳定碎石的粒料越粗，强度越高，稳定性越好，预防温缩、干缩裂缝的能力越强。但粒料过于粗糙，则粒料间的粘接力不足，一旦车辆上路，表面层极易跑散，使得基层的平整度难以达到验收标准要求。如果粒料偏细，基层强度难以合格。

2.2 铺摊及压实

摊铺机摊铺混合料时，运行速度应与拌和机生产能力相匹配，尽量避免摊铺机停机待料的情况。运输车卸料有专人指挥，视运输车装料多少，控制好卸料间距，以利于摊铺。尽量减少摊铺机收放料斗，在摊铺机前后设专人消除粗细集料离析现象，特别应铲除粗集料窝，然后用新拌混合料填补，以确保配比稳定统一。由于石料加工质量普遍不够稳定，存在粒径不均匀现象，骨料时而偏粗，时而偏细。因此水泥稳定碎石混合料的最大干密度呈变化状态。在压实度的检验中，如果采用同一干密度指标作为标准，很容易出现压实度不合格或超过100%的现象。因此施工中采用灌砂法进行压实度检验时，应对集料筛分，以确定粗骨料的含量，分别选用不同的密度标准。

2.3 养生控制

水泥稳定碎石是水硬性材料，碾压完成后要及时养生，保持混合料的含水量不受损失，决不能让基层曝晒变干裂缝。有资料表明在同期内通过养生的水泥稳定碎石是不养生的水稳碎石强度的1.5～2倍，而且养生的水稳碎石出现干缩裂缝比不养生的要少得多。基层施工完后，表面没及时覆盖受自然环境的影响，表面游离水蒸发过快，产生急剧体积收缩，而此时集体料早期强度低，不能抵抗这种应力也易导致开裂。因此要求在基层施工完后，对其裸露表面应及时用潮湿材料覆盖，认真养护，同时进行交通管制。在气温很高风速很大时，施工后应及早喷水覆盖降温、保湿养护。在气温时较低时，施工后应在覆盖物表面喷温水进行覆盖保温、保湿养护。

2.4 选择适宜季节施工

水稳碎石基层施工最佳季节是春末和夏初，气温相对变化不大且风又小，若在秋末冬初施工，由于温差较大，基层强度增长缓慢，温缩裂缝也会产生；若工期紧张，必须在这个季节施工时，可采取保温策略，避免基层受冻。保温策略可采用料薄膜加麻袋的方法。

3 水泥稳定碎石基层裂缝的处理

水泥稳定碎石基层出现裂缝后，可以采取以下措施进行处理：

1）在基层清扫时详细调查裂缝，确保裂缝不遗漏，并做好记录。基层裂缝处着重清理，保证缝内无杂物，清理完毕后向裂缝内灌注改性乳化沥青，其灌注深度为缝深的2/3。

2）基层裂缝清理后在其上铺设自粘式玻璃纤维格栅，铺设宽度为100cm，裂缝两侧各50cm，长度为横向满铺，如纵向缝则两端超出裂缝长度50cm。铺设时间在透层施工之后，改性沥青下封层施工之前，固定方式为水泥钉、铁皮将一端固定，再用人力拉紧。铺设时应保持其平整度、拉紧、不起皱，并具备有效的张力。

3）铺设完自粘式玻璃纤维格栅后，应派专人维护，当进行下封层施工时，洒布车及运输车行驶在其上不可急转弯、掉头，以免自粘式玻璃纤维格栅松弛、扭曲而影响其力学性能。通过上述处理措施的应用，可以消解基层裂缝处应力集中，可减少裂缝传递反射至面层，从而减少反射裂缝的产生。其次可以增加基层和沥青面层层间的摩阻力，有效地克服基层收缩裂缝的产生。