水泥稳定碎石基层裂缝产生原因及预防措施

2016-03-15张韬颖

甘肃科技 2016年6期

关键词：碎石沥青路面

张韬颖

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肃　舟曲　746300）

水泥稳定碎石基层裂缝产生原因及预防措施

张韬颖

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肃舟曲746300）

目前甘肃省公路路面基层大部分采用水泥稳定碎石基层，在施工中其技术指标受外界环境、温度、气候、荷载的影响，水泥稳定碎石基层易产生裂缝，根据历年来在工作中的一些经验积累进行探讨和提出预防措施。

基层；裂缝探讨；预防；处治

1　概述

水泥稳定碎石基层是将一定级配的碎石与水泥和水一起拌和后，在最佳含水量状态下碾压成型，经过养生达到一定强度的路面基层结构。水泥稳定碎石具有良好的力学性能，其初期强度高并且强度随龄期增长，其力学强度还可视工程需要进行调整。其特点是：强度高，水稳性好，抗冻性好，耐冲刷，是一种优良的路面基层材料。然而水泥稳定碎石料也有其与生俱来的缺点：主要是脆性大，从而导致对温度和湿度敏感性强。

2　裂缝的危害

水泥稳定碎石基层因温度变化和湿度变化产生裂缝并反射到路面，导致路面强度和使用性能大大降低。这种裂缝，一般在基层顶面沿横向开裂多为等间距，成直线型，长度不等，宽度在0.5～3.5mm左右。水泥稳定碎石基层裂缝的危害：一是降低基层的整体强度，二是由于基层出现裂缝并引起沥青混凝土面层产生相对的反射裂缝，使沥青混凝土路面相应出现有规则的横向裂缝。出现第二种情况，若不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青混凝土中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的细集料形成泥浆被挤压出路面，沥青混凝土路面出现坑槽、松散，造成沥青混凝土路面早期破损，影响其使用寿命。

3　裂缝产生的原因

水泥稳定碎石基层在施工中其技术指标受外界环境、温度、气候、荷载的影响很容易产生裂缝。

3.1干缩性裂缝：也就是水分子减少产生的裂缝

1）水泥稳定碎石压实成型到正常养护期期间，由于混合料本身的水分和养护洒水的水分蒸发以及混合料内部水化作用发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，出现拉裂的现象。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为一次性的干缩，其产生的裂缝是有限的。

2）从基层养护期满后到施工沥青封层或透层油、摊铺沥青混凝土面层之间，如果这段时间间隔较长，经过风吹日晒雨淋，基层水分反复的蒸发、饱和多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，在薄弱地方就表现为裂缝，这种破坏在多雨的地区特别明显。

3.2温缩性裂缝：也就是热胀冷缩产生的裂缝

水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差作用中必然产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。

1）固相矿物不同的胀缩性：碎石原材料矿物（主要为SiO2、AI2O3）组成的热胀冷缩系数为8×10-6/℃，水泥稳定碎石生成的新胶结矿物主要成分为C-S-H凝胶体，热胀冷缩系数一般为10～20×10-6/℃。由于两者组成的固相复合稳定材料的矿物具有不同的热胀冷缩性，在温度变化时其胀缩值是不相同的。

2）液相的热胀缩性：自由水、毛细水、结构水、结晶水存在于混合料内部的孔隙中和胶体中，水的热胀缩系数为70×10-6/℃。当温度升高时，可以产生相当大的扩张力使颗粒间距增大而产生膨胀。

3）气相的热胀缩性：混合料毛细孔、内部孔隙充盈着气体。夏天时基层内部结构气体体积受热充分膨胀，结构内的颗粒相应充满扩张力。冬季时，原膨胀的气体体积收缩，颗粒内的结构应力减小，产生收缩力，体积变小。当扩张力超过临界值时，基层就会产生起拱；当收缩力超过结构拉应力时，便产生横向裂缝。

3.3荷载性裂缝

荷载性裂缝一般发生在基层的底部，由于车辆荷载的反复作用，裂缝逐渐向上扩展至表面，车轮荷载作用下产生的裂缝反映在面层，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的，有时是相互联系的。

4　裂缝的预防

1）严格控制级配和压实度：作为水泥稳定基层用的碎石要求不是很高，规范中只有4个指标：相对密度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量。基层碎石用量是很大的，而一般外购的一个石料场的产量却很小，就必须同时使用几个料场进料，并且由于储料场地不足而又混堆料，这就产生两个很严重的问题：一是水泥稳定碎石混合料生产配合比经常变化，水泥剂量极易超出上限或下限。二是各料场碎石的密度不同，在确定最大干密度带来很大的困难，即无法在几种混合矿料中得到一个最具代表性的最大干密度，最终导致现场无法进行正常压实度检测和控制。

如果只使用一个料场的碎石，既能保证生产配合比与理论配合比吻合较好，也能保证最大干密度不至于经常变化，有利于压实度的现场控制。事实证明，水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏，不但影响水泥稳定基层的干缩性，而且还影响到水泥稳定基层的耐冻性。所以，控制好级配和压实度可预防裂缝的产生。

2）严格控制混合料中小于0.075以下的颗粒含量：小于0.075以下的颗粒含量增加时，不但增加了水泥的用量，而且基层表面还容易起皮，严重影响基层的质量。细集料增加时，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低，细集料对温缩的影响也越大。因此，规范中基层的颗粒组成范围规定：集料中小于0.075以下的颗粒含量不应超过5%。

在实际施工控制中，要减小0.075以下的颗粒含量采用在料场过筛方法除去或用水冲洗是很不现实也很费时的。最好的方法是在破碎现场加装水洗装置或者在皮带运输机上加装一个可360度旋转的滚动筛。经过这个工序，小于0.075以下的颗粒含量将会大大减小。施工时，如果能将塑性指数控制在小于4%，不但可以减小水泥稳定粒料的收缩性，而且还可以提高基层对压力水的抗冲刷能力。

3）严格控制水泥用量和碾压时的最佳含水量：基层设计强度越高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝，裂缝也越宽，所以规范规定水泥剂量≤6%。

水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大。施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层，在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时，应根据天气情况适当增加或减少拌和用水量。碾压完成后，要及时用尼龙布、麻袋布覆盖进行洒水养护，防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低，则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温，不一定需要洒水养护。养生结束后，长时间不铺筑沥青面层，应先喷洒透层油或做下封层，以防止基层干缩开裂。

4）选择有利的季节进行基层的施工：基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时气温变化不大，结构内温度应力较小，基层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大，越容易产生温缩性裂缝。如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护，保证基层处于湿润状态。冬天气温低于5℃时，一般不能进行基层的施工。在有冰冻的地区，应在第一次冰冻（-3～-5℃）到来之前半个月到一个月内完成。