辽宁省大粒径抗裂型水泥稳定碎石抗裂效果评价与分析

韦洪峰

(辽宁省公路勘测设计公司 沈阳市 110006)

0 引言

辽宁省自“八五”以来，无机结合料稳定类基层开始成为典型基层型式，应用于各等级公路，以普通公路为例，全省10.6万公里的普通公路中，99%以上公路基层为无机结合料稳定类基层。根据近年国省干线公路检测情况分析，横向裂缝作为无机结合料稳定类基层典型病害，覆盖各等级道路，为分布最广影响路网性能的主要路面病害。大粒径抗裂型水泥稳定碎石基于无机结合料稳定类基层开裂原理，针对性调整材料组成，以7∶3粗细集料比，水泥剂量2.5%～3.0%，含水量小于4.2%，在材料组成上提出改善材料开裂的技术方案。

以六条大粒径抗裂型水泥稳定碎石试验路和常规级配水稳碎石基层对比段横向裂缝病害连续观测结果，对大粒径抗裂型水泥稳定碎石材料横向裂缝状况进行评价，总结出大粒径抗裂型水泥稳定碎石基层的抗裂效果和特点，提出技术应用建议。

1 大粒径抗裂型水泥稳定碎石试验路分布情况

大粒径抗裂型水泥稳定碎石试验路分别在辽南、辽中、辽西和辽东等辽宁省典型气候地区，试验路和常规级配对比段病害观测采用定期观测。

根据试验路建设完成时间，路面病害调查时间、次数及区域气候如表1所示。

表1 病害调查统计表(截止到2018年4月)

2 辽阳沈营线试验路

辽阳沈营线试验路路面结构为：3cm细粒式沥青混凝土+7cm高模量沥青混凝土+0.6cm稀浆封层+15cm水泥稳定碎石基层+20cm水泥稳定碎石底基层+旧路。试验段水泥剂量为2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，常规水稳碎石基层对比段为4.5%。该试验路于2015年8月建成，12月对比段开始出现横向裂缝，2016年1月中旬试验段出现横向裂缝。裂缝发展情况见图1、图2。

大粒径抗裂型水泥稳定碎石基层在2015年、2016年和2017年三年寒月抗裂效果优异，贯通型裂缝间距超过120m，但自2017年2月路面边缘裂缝急剧增加，特别是在重载的道路左幅，在重载交通荷载作用下，路肩开裂，横向裂缝快速发展为贯通裂缝，造成裂缝加密，裂缝间距18.2m，贯通裂缝间距46m。而常规水稳碎石基层在竣工第一年的寒月，即已形成了早期较密的横向裂缝，至2016年寒月裂缝间距即已达到20m，截止至2018年4月，裂缝间距11.7m。抗裂型水稳碎石基层具有一定的改善，但受重载交通影响，改善幅度低于彰武京沈线试验段。

项目初期2年内裂缝平均间距排序为：2.5%水泥剂量的大粒径抗裂型水稳碎石>3.0%水泥剂量的大粒径抗裂型水稳碎石>3.5%水泥剂量的大粒径抗裂型水稳碎石>4.0%水泥剂量的大粒径抗裂型水稳碎石>4.5%水泥剂量常规水稳碎石。

3 朝阳朝葫线试验路

朝阳朝葫线试验路路面结构为：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+17cm水泥稳定碎石基层+20cm水泥稳定就地冷再生+旧路。试验段水泥剂量为2.5%和3.0%，对比段常规水稳碎石为4.5%。该试验路建成于2016年7月，首次观测为2017年1月，首次观测发现试验段与对比段状况良好，仅1条贯通裂缝。裂缝发展情况见图3、图4。

经过一个冻融期，2018年1月试验段2.5%水泥剂量大粒径抗裂型水稳碎石路段存在3条裂缝，且均为路肩裂缝，3.0%水泥剂量水稳碎石基层存在裂缝11条，其中贯通裂缝8条，至4月，2.5%抗裂型水泥稳定碎石裂缝间距为100m，抗裂效果明显，3.0%抗裂型水泥稳定碎石裂缝间距相比1月份有明显的增加，裂缝间距在32.3m；常规水稳碎石基层路段存在105条裂缝，其中37条为贯通裂缝，裂缝间距在13.2m。

本条试验路大粒径抗裂型水泥稳定碎石抗裂性能优势较为明显，裂缝间距改善超过2倍，2.5%剂量裂缝间距近100m，建成2年后趋于稳定，基本上无新增横向裂缝；常规水稳碎石基层在建成1年内，横向裂缝发展趋于稳定，后期新增裂缝数量有限，到2018年1月后，基本上趋于稳定。

4 营口庄西线试验路

营口庄西线试验路于2016年8月建成，路面结构为：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式高模量沥青混凝土+40cm抗裂型水泥稳定碎石基层。试验段水泥剂量为2.5%和3.0%，对比段常规水稳碎石基层为4.5%。该试验路首次观测为2017年1月，试验段2.5%水泥剂量路段仅有1条非贯通裂缝，3.0%水泥剂量路段存在7条非贯通裂缝，均为路肩裂缝；常规水稳碎石基层路段存在22条裂缝，其中7条为贯通裂缝。裂缝发展情况见图5、图6。

大粒径抗裂型水稳碎石基层在建成初期，2.5%水泥剂量时抗裂性能优势明显，整条试验路无横向裂缝，直到经过一个冬季后出现1条贯通裂缝，全部裂缝平均间距为30m；常规水稳碎石基层平均裂缝间距为20m左右，与常规水稳碎石基层相比，2.5%水泥剂量的大粒径抗裂型水稳碎石基层裂缝间距提高幅度接近150%。

至2018年1月第5次观测时，2.5%水泥剂量路段存在21条裂缝，其中贯通裂缝仅有1条，3.0%水泥剂量路段存在30条裂缝，其中贯通裂缝为2条；常规水稳碎石基层路段裂缝总数81条，其中贯通裂缝20条。4月观测期间，裂缝快速由路肩开裂发展为贯通裂缝，但抗裂型水泥稳定碎石基层以路肩开裂为主，贯通型裂缝间距2.5%水泥剂量段为125m，3.0%水泥剂量段为83.3m，而常规水泥稳定碎石基层以贯通型裂缝为主，表明抗裂型水泥稳定碎石抑制开裂性能明显。

大粒径抗裂型水稳碎石基层的横向裂缝在建成初期抗裂性能优势较为明显，但随着运行时间的推移，大粒径抗裂型水稳碎石基层裂缝数量发展较快，直到1年半后，基本上无新增横向裂缝；常规水稳碎石基层在建成初期裂缝发展较快，在建成1年内横向裂缝发展趋于稳定，到2018年1月后基本上趋于稳定。

5 裂缝发展时间研究

根据已有研究成果，水泥稳定碎石基层的横向裂缝主要受温度收缩影响，而温度收缩系数在低温条件下较大，说明无机结合料稳定类材料低温条件下，温度变化对其收缩变形影响较大。根据病害调查统计结果，裂缝主要出现在寒冷冬季，具体数据见表2。

路面横向裂缝的出现主要集中在冬季的12月至次年2月份，在此月份出现的裂缝占裂缝总数的比例最低为50%，最高达100%。裂缝的出现时间与项目所在区域也存在显著联系：抚顺平桓线为辽宁省气温最低且温差最大的地区之一，该区域试验路裂缝90%以上出现在12月至次年1月份之间，且基本上经过一个冬季，裂缝发展均趋于稳定；辽阳沈营线处于辽宁中部，温度相对较高，且温差相对较低，该区域试验路30%～50%的裂缝为此时间段产生。总体趋势为随着区域温度的降低，温差的增加，裂缝发展的时间越集中，且发展时间越短。

6 结论

根据各条试验路与对比段横向裂缝开裂状况分析，大粒径抗裂型水泥稳定碎石在抗裂性能上在部分区域取得较为明显的抗裂效果。总体结论如下：

(1)水泥稳定碎石基层横向裂缝主要呈现早期路肩开裂，在交通荷载和温度应力共同作用下，快速形成贯通型裂缝。

(2)面层材料的低温性能对路面结构横向开裂影响应予以重视和提高，特别是重视并提高下面层材料的低温性能要求。

(3)大粒径抗裂型水稳碎石基层的裂缝间距整体上相对于常规水稳碎石基层具有一定的改善优势，对改善基层收缩裂缝具有一定作用。在温度较低地区大粒径抗裂型水稳碎石基层的改善效果不明显，应用时应针对不同区域进行单独完善。

(4)抗裂型水稳基层的裂缝在路面建成2～3年内逐渐趋于稳定，且在该时间段内抗开裂效果明显；中、轻交通条件下，长期道路开裂改善明显，重载交通改善效果不明显。

表2 试验段寒月新增横向裂缝比例统计表

(5)横向裂缝病害65%以上为冬季1、2月份最寒月集中出现，温缩影响是辽宁省横向裂缝病害的主要诱因，对于抚顺、昌图等辽宁省低温区域，低温收缩影响更为显著。

(6)抗裂型水稳基层的裂缝间距随水泥剂量的增加而减小，因此建议在满足性能要求的前提下，宜采用较低水泥剂量。

(7)抗裂型水稳碎石基层的应用需结合建设功能需求进行决策，辽宁省北部寒冷区和其他地区的重载交通路段，抗裂型水稳碎石基层的应用侧重于改善基层的材料性能，提高承载力和抗疲劳能力，其他地区中、轻交通，可明显改善横向裂缝病害和提升基层材料的路用性能。