浅析水泥稳定碎石产生裂缝的原因及处治措施

邝瑞

摘要：随着我国经济的迅速发展，社会以及人民生活的进步，科学技术更为先进。城市化进程不断发展，公路建设促进交通的发展，带动城市的经济效益以及社会效益。在公路建设中，多使用水泥作为稳定碎石的材料，稳固承载力高、刚度大的半刚性基层。文章对水泥稳定碎石产生裂缝的原因及处治措施进行了探讨。

关键词：水泥稳定碎石；裂缝；处治措施；公路建设；半刚性基层 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2016）28-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.045

半刚性基层是我国公路主要采用的基层特征，水泥稳定碎石是半刚性基层最为常见的材料。半刚性基层具备整体性强、承载力高、刚度大等特点，更好地构建稳定的公路。然而水泥稳定碎石作为一种价格低廉、取材方便、操作迅速的基层材料，极易因对温度湿度的强烈敏感性产生裂缝，破坏公路路面的平衡性与稳定性，一定程度上削减了公路基层的结构强度。

1 水泥稳定碎石

水泥稳定碎石主要是由水泥、粒料和灰浆体组成的，粒料是级配碎石，使其作为骨料，而灰浆主要包括水与水泥和混合材料组成的胶凝材料为主要组成部分。

1.1 水泥

对于水泥的要求并不高，但其水泥品质必须满足国家标准规定。水泥主要选用终凝时间较长、标号较低的水泥，譬如普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，不可使用快硬水泥、受潮变质水泥等。

1.2 水质

水泥稳定碎石针对于水质的需求通常适合于引用的水即可，用以拌制和养护水泥稳定碎石，在对水质使用之前先对水进行检测试验，确保水源中取水制作而成的水泥砂浆的抗压强度与蒸馏水制作而成的水泥砂浆抗压强度相比不低于90%，保证水质的合格，以便提高水泥稳定碎石的质量和可信度。

1.3 混合材料

混合材料主要是指活性和非活性材料。活性材料是指粉煤灰相关的物质，在水泥中可以起到氧化钙作用；非活性材料是指不具备活性或活性较低的人工或天然矿物质，其材料不含有有害物质，注重该类材料的品质。

1.4 粗、细集料

细集料主要是保持干净整洁，没有丝毫杂质，以砂当量表示。而粗集料则是用圆锥式破碎机或反击式破碎机等形式生产，在生产的过程中必须安装除尘设备进行除尘，其生产出的粗集料的密度需大于2.6t/m，遵从碎石加工厂振动筛网的规格标准，使其压碎值低于

25%。

2 水泥稳定碎石产生裂缝现象

2.1 水泥稳定碎石强度的形成原理

2.1.1 水泥硬化。水泥所含的化学物质是硅酸盐，当水与水泥中的矿物质相碰撞发生强烈的水解反应和水化反应时，水泥极易形成水化硅酸钙、水化碳酸钙等水化物，之后自行硬化或是與碎石中的其他矿物质发生硬凝或碳酸反应，逐渐形成水泥石骨架，增加水泥稳定碎石的强度。

2.1.2 嵌挤作用。水泥稳定碎石是以级配碎石作为骨料，用小颗粒填补大颗粒的空隙并一级一级地进行以此填充的原则排列组合，这种级配规律使碎石更加紧密镶嵌，在外力作用的影响下，级配碎石紧密嵌固，碎石颗粒之间的嵌挤和摩阻作用使其形成具有一定强度和稳定性的内摩阻力，增加了水泥稳定碎石的强度。

2.2 水泥稳定碎石产生裂缝的原因

水泥稳定碎石的半刚性基层在非荷载的作用下，由于干缩和温缩的原因极易产生裂缝，这主要与含水量、集料、矿物成分、环境温度等原因具有密切联系。除了一些自然原因，人为原因也是一项重大因素，譬如施工、管理等方面处理不当，都能造成水泥稳定碎石的裂缝现象。

2.2.1 干缩原因。水泥稳定碎石需要将水泥与各种集料相互混合，经过拌合压实后，其内部容易发生水化作用，水分会不断减少流失，随之产生吸附作用、毛细管作用、分子间力作用等物理现象，致使水泥稳定碎石开始产生体积干缩，即材料发生水化作用和碳化收缩作用。干缩系数可根据水泥、碎石粒料的含量，并结合塑性指数以及材料中细颗粒的相关含量，相继累加干缩应变即可计算出来。由此可见，在施工过程中，含水量越大，造成水分蒸发流失得越多，极易产生干缩裂缝，影响公路基层的坚固。

2.2.2 温缩原因。温缩主要是指水泥稳定碎石中不同矿物颗粒所组成的三相，即固相、液相、气相三者在降温过程中相互作用所产生的结果致使半刚性材料产生体积收缩的现象。在固相中，由于原材料中碎石的温度收缩系数较小，一些矿物颗粒，尤其是黏土矿物的温度收缩性较大，使其半刚性材料中的胶结物与之成正比。水泥稳定碎石由于外部和内部原因以及收缩现象，水分逐渐减少流失，其体积收缩现象的应力也逐渐加强，二者是正比关系。因此水泥水化作用下释放较多的热量，表面与内部散热速度快慢不一，致使内外温差相差越大，水泥稳定碎石中的三相相互影响制约，产生较大应力，当应力超过极限抗拉强度时，公路基层就会产生裂缝，破坏公路的整体性、稳定性。

2.2.3 车辆荷载。公路施工完成投入运营后，长时间承受运输车辆荷载的反复作用，致使一般发生在基层底部的裂缝逐渐向上蔓延，并延伸至与公路表面，车轮荷载作用下产生的裂缝逐渐反映于面层，并随之产生一定数量、较为稠密不规则且相互联系的裂缝。公路车辆荷载产生不严重的裂缝是其一，在公路施工时的施工工艺控制不当是其二。公路建筑需要结合公路所在地形、温度等相关因素的进行分析，制定出相对应的策略进行施工建造，而施工队没有做好前期准备工作，直接施工，施工工艺控制不当，造成公路建造各个部位的不均匀，在公路运营之后，由于承受超重的车辆荷载，造成基层出现裂缝，并逐渐延伸至表面，形成裂缝。

2.2.4 人为原因。由于一些自然原因与水泥稳定碎石所使用的材料不稳定，造成公路基层产生破坏性裂缝，并延伸至公路表面，破坏公路的坚固性和稳定性。对于人为原因，在公路施工时，施工人员对于原材料的检测、比例配置、前期勘察、施工工艺等相关原因均会造成裂缝。原材料的比例调配必须符合公路设计和规范的要求，如若原材料调配以及灰剂量严重不符，极易使水泥稳定碎石在施工早期产生裂缝，且在基层两层连续摊铺结束后进行透层油施工，由于施工人员针对于个别路段透层油分布不均匀，导致水分流失，进一步产生裂缝危害。

3 水泥稳定碎石产生裂缝的处治及解决措施

3.1 裂缝的处治

针对于裂缝的处治，有三种处治方法：铣刨、灌缝、铺设玻纤格栅。在面对较为严重的纵向裂缝时采用铣刨的处治方法，合理处理上基层的纵向裂缝；对于上基层局部横向裂缝应采取灌缝处治方法，先对裂缝进行冲刷，确保裂缝干净无杂物，而后使用乳化沥青进行灌缝处理。如若裂缝的宽度较宽，以超过2mm为标准，需要铺设玻纤格栅，在此之前，先灌纯沥青，并在裂缝两侧各1m的范围内横向搭接宽度为10cm、纵向搭接为5cm玻纤格栅，并进行下封层施工，确保施工车辆匀速行进。

3.2 解决措施

3.2.1 加强原材料的控制。水泥稳定碎石产生裂缝的原因之一是原材料的控制不当，其材料混合的生产配合比不符合规则标准，因此施工需要选用相对稳定合格的原材料。针对水泥，选用初凝、终凝时间较长且早期强度较低的水泥，依照规定好的设计强度使用相对应的水泥用量，为避免产生干缩裂缝，配合比的水泥剂量需控制在5%以内。针对于水量，由于含水量越大，收缩裂缝越容易出现，因此要合理控制混合物的含水量，确保材料的均匀性、宽度和平整度，并根据天气气温的变化而适当增加或减少用水量。

3.2.2 加强施工管制。公路建造期间，养护工作尤为重要，在公路基层养护期间，施工队应合理安排好施工交通，不得使任何车辆经过，对施工全线的各个路口进行管制清查，安排相关人员统一管理。在养护结束后，施工人员应立即安排下道工序施工，避免公路基层长期暴露在自然环境下，以免受到不利的自然因素的影响而产生干缩或温缩裂缝。

3.2.3 加强施工人员的意识培养。在公路施工之前，注重对施工人员的专业知识的培养以及责任意识的强化，施工人员在施工建造的期间，必须确保每一个施工环节的质量，严格把关。针对于原材料，检测其质量确保施工原材料的质量合格，定期检测，及时解决所发现的一系列质量问题。在施工阶段，施工人员应严格按照施工工艺进行清扫、摊铺、碾压、养生等各道工序，对于每一道工序都进行比对、实行双控，并落实全员责任制，提高全员质量化、自觉化的高度意识，确保施工的高效迅速。

4 结语

水泥稳定碎石作为半刚性基层的重要结构，其刚度强度大、水稳性能强、价格优惠、施工效率高，整体性能构造良好，被广泛运用于公路基层。水泥稳定碎石虽然具有良好的力学性能，但仍存在不足，极易产生裂缝，破坏公路的整体性和坚固性，降低承载力，缩短公路使用寿命。本文对水泥稳定碎石产生裂缝的原因现象、危害以及处治措施进行相应分析研究，针对其干缩、温缩、荷载性裂缝提出相关见解，采用不同措施解决裂缝问题，強化施工人员的高度责任心，确保公路基层的稳定性、整体性。

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（责任编辑：王 波）