公路工程水泥稳定碎石基层抗裂性分析

2019-01-31吕耀辉江门市江海规划建筑设计院有限公司广东江门529000

中国房地产业 2019年8期

文/吕耀辉江门市江海规划建筑设计院有限公司广东江门 529000

由公路工程水泥稳定碎石基层抗裂性将直接对基层质量带来影响，而为了确保施工质量，就必须加强对其开裂类型的总结，分析其具体的原因，结合实际工程的需求，采取针对性的措施，切实提升其抗裂性能。

1、开裂类型与原因分析

1.1 开裂类型

在公路工程中，碎石基层材料的稳定性较强，承受的荷载压力和强度较高，促进使用年限的提升，将开裂和病害的情况减少，就必须注重其抗裂性能的提升。但是在实践中，水泥稳定碎石基层开裂的情况较为突出，使得路基结构变形，进而导致面层龟裂的速度加快。因此，为加强对其的预防，切实提升其抗裂性能，就必须对其开裂的类型结合日常维护实践进行总结：①面层裂缝的出现，导致基层中浸入水分和杂质；②面层与基层出现贯通性裂缝，此时面层松散，基层密实；③基层开裂，面层无开裂。

1.2 开裂原因

一是基层开裂之后，随着行车压力的荷载作用，温度、干缩使得面层发生反射性裂缝。常见的预防措施，主要是提升基层的荷载能力，以满足行车需要，在设计结构上优化，在厚度上达标。而在此基础上，就需要加强对温缩裂缝控制，尤其是在设计和施工中要注意，才能有效预防。

二是面层承载结构的强度低，加上路面自身的问题，裂缝处承受的应变压力较大，长期作用，加上路面质量问题，存在裂缝，裂缝弯沉值较大，长期受到荷载和温度应力作用，导致裂缝扩张，所以必须对其荷载传递能力进行有效的改善和优化。

三是日常施工管理不当，路基的平整度和压实度不足，出现不均匀的沉降，在薄弱部位形成裂缝[1]。

2、案例分析

某公路工程拟采取一级公路设计标准，设计时速为60km/h，双向4 车道，路基宽度50m，为提升基层的抗裂性能，对其采用的半刚性基层材料进行了抗裂试验，试验过程如下：

2.1 抗干缩性能的分析

干缩性能是影响基层抗裂性能的重要因素之一。因为基层的混合料在水化作用下，混合料中的水分逐渐散发，由于毛细管效应和碳化收紧效应下，使得半刚性材料的体积会收缩。而半刚性基层材料所处环境的温湿度又在发生变化，所以干缩和温缩的情况极易同时出现。当材料处于平衡状态时，内部温度降低，含水量上升，由于温湿度的相互作用而对其胀缩率带来影响。所以在本工程中，以中梁作为干缩试件。其规格是100×100×400mm，采取静压成型的方式在压力机上成型，并将其控制在最佳含水量时，密度为最大干容量的97%来进行试验，当试件成型之后，采取标准养护条件进行养护，当达到养生龄期之后，在自然环境下进行失水干燥处理，采取以百分表对其收缩率进行测量，采取称量的方式对其失水量进行测定，最后测定的结果表明，若失水率小于1.8%，那么其干缩系数的变化较小，而若失水率大于1.8%，其失水率就会发生明显变化。

2.2 抗温缩性能的分析

在抗温缩性能测定中，主要是采取三种不同的水剂量来进行试验与比较，试件同样是中梁，100×100×400mm，并在施工压实度与含水量的工况下对其进行静压成型，采取电测方式来得出其热胀系数，通过本次的试验结果来看，含水量、集料、环境温度对温缩系数的影响最大。一般而言，当水泥剂量发生变化时，相较于普通的水泥混凝土，其温缩系数是1×10-5，且水泥剂量比水稳碎石要高，因此水泥剂量不会对胀裂带来影响。

2.3 力的变形情况分析

由于基层内部的温度变化较为平均，所以在对其水平方位的胀应力和位移矩形计算时，水泥稳定基层材料属于温度线弹性体，当出现变形和发生变化前，其温度是正比，按照线应变公式进行计算之后，可以得出温度应力与基层板的长度无任何关联。而体积则会随着温度的变化而变化，基层和低基层二者间的摩阻力变形后会发生牵制，进而在基层内部的温度力量较大，尤其是位移之后，滑动区和基层板的范围距离并没有关联，所以滑动区的影响主要受物理特征、温差、摩阻力等受到影响，因此，当摩阻力较大时，就能有效的控制滑动区的范围。而影响位移量的因素也与温差和摩阻力有关，所以必须利用摩阻力来强化滑动位移量的控制。

由此可见，通过本工程的试验分析来看，水泥稳定碎石基层的抗裂性能，与路面的长度没有关系，而水泥剂量在整个基层材料中的涨缩系数影响较大，而涨缩系数的大小，主要取决于温差和摩阻力，因此，抗裂性能的提升，需要加强对温差的控制，注重摩阻力的控制，确保具有较大的摩阻力，就能有效的控制位移量，减少裂缝的产生，从而达到抗裂的目的[2]。

3、公路工程水泥稳定碎石基层抗裂性能提升的对策分析

3.1 加强基层温缩的控制

在公路工程的水泥稳定碎石基层中，其组成的材料主要是以混合物为主。在混合物中，有固态物质和水，并在一定浓度下形成电解质溶液，而固相部分就是空间骨架，借助水泥与不同矿物质以及水之间的相互作用，就会形成胶状结合物。而液相部分主要是不同固相表面吸附的水分、结晶层的水分、孔隙水和内部结构水等，固相矿物质组成较大，结晶体与非结晶体均有热胀冷缩的性能，使得温度变化时，固相颗粒之间相互挤压和胶合而形成一定的内应力，这样颗粒之间就会互相制约。而随着液相与固相的综合效应，就会形成水泥温缩效应，所以为了促进其抗裂性能的提升，水泥稳定碎石材料在水化过程中，需要提供足够的水分，尤其是夏天施工时，水泥稳定碎石基层在铺设之后，表面干燥的速度较快，表面水分蒸发速度较快，加上温度影响，水泥内部颗粒会急速膨胀，而内部含水量加大之后，蒸发的水分较多，极易出现收缩，使得路基因为干燥而出现开裂的情况。所以必须加强对基层的温缩控制，确保施工的稳定性，加强养护，才能更好地控制基层温缩，达到提升抗裂性能的目的。

3.2 加强基层干缩的控制

导致水泥稳定碎石基层干缩的原因主要分为三种，在实际控制中，我们需要紧密结合其发生的原因，切实加强对产生原因的控制。一是由于毛细管的张力作用导致的干缩，由于大孔隙内的重力水散发的速度较快，并不会影响水泥稳定碎石材料的体系，但是受到毛细管的张力作痛，导致毛细孔隙内的水亏蒸发和散失，因此为强化对其的控制，需要在施工结束初期就加强对水泥稳定碎石基层材料的控制其出现干缩的情况。二是因为在吸附水与分子间力的作用下导致，当毛细管在张力作用之后，其相对湿度会逐渐减少，这时的吸附水与分子间的作用力就会发生变化，而固相物质表面的水分就会逐渐减少，此时吸附水膜也会变小，使得颗粒间的距离就会增加，导致材料体积也会缩小，所以需要强化对其适度的空间。三是由于受到层间水的作用，毛细管的水分与吸附水会逐渐散发，而材料间的层间水就会继续发挥作用，导致材料出现再次收缩的情况，这主要是因为材料中的层状结构较多所导致，所以当水泥稳定碎石基层施工之后，由于水分蒸发和晾晒等，导致内部材料的水分降低，加上收缩量变形导致地基内部被束缚，其形成的内部应力大于材料自身强度之后，水泥稳定碎石基层就会开裂。而为加强对其的预防，需要在施工前期在强度刚成型时就需要补充水分，并强化对其的氧化，采用土工布进行加水覆盖，尽可能地避免水分蒸发，确保基层表面潮湿而又水润，直到基层毛细管和吸附水与层间水的散失逐步稳定之后，具有一定的承载性能。一般而言，养护时间最低要一周，否则其抗裂性能就会大大降低。

3.3 强化日常管理和维护

由于基层抗裂性能不仅与温缩和干缩有关，而且还与日常管理和维护有关，所以必须在日常运行中加强对公路工程的管理和维护，加大对其的经济投入，减少路面的破坏，加强对其的排水处理，减少对路基的损坏，通过管理和维护，促进其抗裂性能的保持。尤其是在公路工程施工中，需要切实强化原材料的管理，并且要对材料监管体系进行不断的完善，严格把关水泥碎石的质量。此外，在整个施工过程中，还要切实强化施工工艺流程的优化，加强对施工质量的控制，尤其是在碾压方面，必须高度重视。碾压之后，还要对其压实度进行检查，若压实度不达标，还要进行返工处理，以确保基层施工质量，强化其抗裂性能的提升和优化[3]。