浅析夏季水泥稳定碎石基层干缩性裂缝成因分析及防治

2017-04-10徐立志

四川水泥 2017年10期

关键词：摊铺含水量碾压

徐立志

（身份证号码：320123198109173230）

浅析夏季水泥稳定碎石基层干缩性裂缝成因分析及防治

徐立志

（身份证号码：320123198109173230）

目前我国大部分地区高等级公路、城市主干道通常会采用水泥稳定碎石作为道路基层使用材料。由于水泥稳定碎石基层（以下简称水稳基层）对水泥、集料、含水量及气温等要求较高，实际施工时常因工期限制，必须在夏季进行基层施工，而此季节施工的水稳碎石基层极易产生以干缩性裂缝为主的收缩裂缝，对道路使用寿命影响很大。本文通过对南京绿水湾北路工程水泥稳定碎石基层产生的裂缝进行分析，并结合现场实际情况提出有效的处理措施。

干缩性裂缝；原因分析；控制要点；处理措施

1 基本概况

绿水湾北路工程位于南京市浦口区海峡两岸科工园内，道路等级为城市主干道，机动车道及非机动基层均采用4%水泥稳定碎石铺设，厚度分别是34cm和20cm。

2 裂缝调查

经现场调查，在8月份施工的水稳基层K1+500至K1+930段半幅共出现了26道裂缝，裂缝呈横向分布，平均间距约20m，平均缝宽约2mm，最大缝宽约3mm。经取芯查看，最大缝宽达到5cm，未出现贯穿性裂缝。

3 裂缝形成原因及定性分析

水稳基层易产生收缩裂缝，其主要特征是在基层顶面出现有规则的横向裂缝，起因是基层内产生干缩、温缩或两者共同作用产生拉应力大于其结构强度时引发表面开裂。水稳基层收缩裂缝发育程度，一是基于水稳材料的干温缩特性；二是基于施工工艺水准；三是基于施工外部环境（暴晒、蒸发、低温、温差）等自然因素。

3.1 干缩裂缝产生机理

由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，在不断失水的过程中，水稳基层内部产生干缩应力，体积产生收缩应变，由于道路横向约束较小，体积收缩应变主要以产生均匀间距的横向收缩裂缝为主。主要有三个方面的作用，具体如下：⑴毛细管张力作用。毛细水蒸发完后，由于相对湿度减小，混合料中的吸附水开始蒸发，使颗粒表面水膜变薄、颗粒间距变小、分子间力增大，在分子吸引作用下，晶粒间距也减小，表现为宏观体积的进一步收缩。⑵层间水作用。混合料经水化、蚀化作用，生成大量的晶体如C-S-H、C-A-H，它们和混合料中本身包含的非晶体层与层之间，存在着大量的层间水或水化离子。由于相对湿度下降，毛细水进一步蒸发，致使层间水也随之蒸发，晶格间距减小，从而引起材料的宏观收缩。⑶碳化作用。是指混合料中游离的Ca(OH)2在与CO2反应并生成CaCO3过程中，析出水分而引起的体积收缩。

3.2 温缩裂缝产生机理

组成水泥稳定碎石的集料、水和气体在降温过程中相互作用的结果，使压实后的混合料产生体积收缩，即温度收缩，一般以横向贯穿性裂缝为主。主要作用机理如下：⑴ 固体颗粒的热胀缩性。组成水泥稳定碎石混合料的各组成均具有热胀冷缩的特性，各组成单元体间相互作用的“综合效应”使水泥稳定碎石基层产生裂缝。⑵水对混合料温缩的影响。当温度高于冰点时，水的存在会使其温缩系数显著增大；当温度低于冰点时，在含水量较大的情况下，水的冻结会引起整体材料膨胀，从而使其温缩系数减小。

3.3 国内外研究表明：

⑴水泥是影响水泥稳定碎石基层混合料干缩的主要因素，但对温缩的影响不是非常显著。随着水泥用量增加，混合料干缩应变和干缩系数增大，而温缩应变和温缩系数略有下降。⑵水泥剂量增加，会导致干温缩增大，裂缝增多；抗拉强度增大，裂缝宽度增加。⑶粗集料增加，混合料干缩应变与干缩系数减小，而温缩应变增大，温缩系数略有增大。⑷干缩系数大小变化于100～400 με，温缩系数变化于10～30 με ，综合考虑干温缩影响，施工初期干缩系数远大于温缩系数。⑸环境温度对水泥稳定碎石基层的温缩性很敏感；含水量对温缩性变化有一定影响。⑹基层施工过程中，含水量越大，蒸发散失的水分就越多，越容易产生干缩裂缝。

3.4 .裂缝定性分析

对照以上研究结论，调查分析后发现本工水稳基层现场施工存在以下问题：⑴设计水稳基层的水泥含量为5%,水泥含量不低，且水稳碎石混合料为购买的成品料，未严格按照骨架密实型抗裂级配生产，理论上存在配比缺陷。⑵由于施工期间处在夏伏天，温度高，料场离摊铺现场距离较远，经现场实测含水量偏高。⑶由于工期紧，白天气温高仍进行水稳摊铺，未能避开高温。

综上所述，本工程出现的裂缝应为干缩性为主的收缩裂缝。

4 裂缝控制要点

4.1 原材料及配合比控制

4.1.1 水泥

水泥标号不能太高，采用32.5普通硅酸盐水泥为宜；夏季高温作业时，散装水泥入罐温度不能高于50摄氏度；夏季施工时，气温较高，为保证水稳基层施工时有足够的时间运输、摊铺和压实，水泥终凝时间应尽可能达到10h；水泥剂量控制在4～5% 之间为宜。

4.1.2 集料

压碎值不大于30%，针片状含量不大于15%，硫酸盐含量不超过0.25%、有机质含量不超过2%、泥土杂物含量小于1%集料中小于0.5mm的颗粒做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数＜9。

4.1.3 含水量

夏季施工时，考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分蒸发很快，含水量应控制在比最佳含水量大 1% 左右，还要根据施工时的时间段、运距及车辆配备等情况做适时调整。切记不可洒水碾压，容易洒水掉浆，反而会产生裂缝。

4.1.4 集料配合比

生产配合比按照骨架密实型抗裂水稳设计，要确保4.75mm矿料通过率接近中值，4.75mm以上通过率偏上限，增加粗骨料的含量；严格控制0.075mm以下石粉含量。

4.2 施工控制要点

4.2.1 摊铺施工要点

为避免纵缝出现，机动车道路幅较宽时采用 2台摊铺机呈梯形同步作业，前后距离控制在5—10m。摊铺机摊铺水稳时，速度控制在3—4m/min，摊铺压实后厚度每层不超过20cm，保持匀速，连续作业。2台摊铺机之间的搭接点，在碾压前安排专人平整，测量员随时对摊铺后的标高进行核对。

4.2.2 碾压施工

碾压时因注意压路机不得随意停顿、掉头、急刹。遵循先轻后重，先静后振，先慢后快，直线段由边缘向中心碾压，超高曲线段由内侧向外侧碾压，每道碾压与上道碾压相重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处。

4.3 养护期控制

摊铺碾压完成，及时覆盖麻袋、土工布，并进行洒水养护。

4.4 环境控制

水稳基层在夏季施工时，尽可能避开白天高温时段施工，尽量利用早晚时间施工；宜设置缩缝，缝深不小于基层厚度1/4，并采用沥青填缝。

5 裂缝处理措施

对裂缝处进行处理：（1）对于裂缝缝宽在1.5mm以下，且缝隙只在表层的，用鼓风机吹净表面后，直接在裂缝处铺设玻纤格栅（GSB60/GE），并用加装铁皮的钢钉固定。玻纤格栅搭接处要求纵向搭接宽度不小于15cm，横向搭接宽度不小于10cm。施工时要求玻纤格栅铺设平整，拉伸有力且无破损。（2）对于裂缝缝宽在1.5—3mm之间，进行灌缝处理。即在施工前对裂缝段表面使用鼓风机吹净浮尘、石粒，灌缝材料选用改性乳化沥青。灌缝时选用喷枪灌缝，每道裂缝灌注一遍后，观察片刻若乳化沥青还在向下渗进，则待破乳后继续灌进，直至灌满为止。（3）对于裂缝缝宽在 3mm—5mm，则需要同时采用以上两种方法，即先在水稳层裂缝处采用改性乳化沥青灌缝，完成后铺设玻纤格栅。