水泥稳定碎石基层裂缝预防与处治

2021-06-10王志宏

建材与装饰 2021年16期

王志宏

（中铁上海工程局市政环保工程有限公司，上海 201900）

1 水稳裂缝概述

在我国高等级公路路面中，基层在路面结构设计中必不可少，常见的基层材料类型有：水泥稳定级配碎石、水泥粉煤灰稳定级配碎石。其中水泥稳定碎石基层因其具有良好的力学性能、水稳定性以及抗疲劳和收缩性能得到大力推广和应用。其主要组成材料包括水泥、水、粗细集料等，因此在建设初期具有整体性好、结构强度高等优点，但随着周围环境温度和湿度的变化，内部结构水和外部荷载反复交替作用，会造成基层强度下降，路面会逐渐出现裂缝，裂缝出现的时间受到施工质量和原材料性能的影响，通常在水稳基层施工完毕一个月到路面通车两年内不等，裂缝一般以5～10m为间隔，宽度一般在0.5～4mm。

综上所述，在水稳基层中，裂缝的存在必然会影响层间的结合状态，不仅会对基层强度造成损失，还会影响整个路面结构的力学响应。鉴于此现象，本文以成资渝高速公路项目为工程背景，总结并归纳水稳基层中裂缝预防和处理的相关原因和措施。

2 水稳裂缝的预防

2.1 级配和压实度控制

现行规范对水稳所用集料提出了相关技术要求，其中粗集料检测指标包括压碎值、针片状颗粒含量、软石含量及0.075mm以下粉尘含量，细集料检测指标包括有机质含量和硫酸盐含量。因此就水稳碎石材料而言，能够满足集料技术指标的料源种类较多，以成资渝高速公路为例，由于工程跨区域较多，碎石用量较大，单个厂商碎石产可能无法跟上生产需求，加之碎石储存场地有限，经常会出现多家材料混合在一个堆料仓现象，因此在实际施工时经常混用多个厂家的碎石材料，这就导致了两个问题：①由于料源和筛网的不同使同档料粒料数量具有差异性，不同档料的粒料混合后，生产配合比较目标配合比会发生变化，常见的表现形式为某几档粒料通过率远超级配上限或者下限；②碎石的表观密度因厂家不同而存在差异，骨料最大干密度的测定往往波动较大，从而导致现场压实度检测不具代表性，一般表现为压实度大于100或小于极限值。

考虑到规范规定的级配范围主要适用于全国各地，各工程项目因其集料的性质和来源类型的不同，可形成不同的骨架结构类型，对水稳基层的强度影响较大，因此根据材料性质进行合理的级配优化，可提高水稳基层的强度，从而减少裂缝的发生。

骨架结构类型对水稳层的干缩性能同样具有影响，例如骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石，其干缩应变和干缩系数存在较大差异，相关数据如表1所示[1]。

表1 骨架密实型和悬浮密实型水泥稳定碎石试件干缩试验结果

表2 裂缝统计

根据对两种骨架结构通车前后的裂缝数目观察，发现骨架密实结构水稳层的开裂程度小于悬浮密实结构的开裂程度，如表2所示。

压实度方面，对不同批次的取样数据进行压实度计算，发现施工现场含水量的控制和压实度的差异仍不可避免，具体如表3所示[2]。

表3 混合料的含水量、最大干密度和压实度试验

综上所述，在水稳基层中，仅用一种岩矿或不同粒径的不同岩矿进行掺配，通过设计，可符合级配要求，即：保证生产配合比与理论一致，既可保证最大干密度相对稳定，又能利于现场压实控制。结合成资渝高速公路项目表明，水稳层级配和压实度的优劣不仅影响水稳层的干缩性能，而且影响其抗冻性能。因此，控制好级配及压实度可有效防止产生裂缝。

2.2 0.075mm以下的颗粒含量控制

当0.075mm粒径以下颗粒含量增加时，由于细集料具有较大的比表面积，水泥用量将会增加，一方面在摊铺过程中，大量的细集料会成团黏附在摊铺机的叶片上，影响施工质量；另一方面，后期使用中会导致裂缝的形成，严重时基层表面出现起砂现象，影响水稳基层的强度。随着细集料含量的增加，水稳混合料的温缩系数和温度之间呈现反比例关系，尤其是温度较低时，细料对材料的抗温缩性能影响较大。为避免由细集料颗粒带来的不利影响，现行规范中对水泥稳定土粒度和塑性指数的范围进行了限制。

为了减少0.07mm以下的颗粒含量，可在破碎现场增加清水冲洗设备，或在破碎机的皮带输送机的最后一道工序增加一个360°旋转的滚动筛。通过这套工艺的优化，粒径小于0.075mm的颗粒含量将得到有效控制。工程中若能将塑性指数控制在4%以下，不但可以减少水稳层收缩，而且可以提高压力水对水稳层的抗冲蚀能力。

2.3 水泥剂量和最佳含水率控制

在底基层结构设计中，高速公路的7d无侧限抗压强度标准为3.0～5.0MPa。通常情况下，水泥剂量和抗压强度呈明显的线性关系，有些施工单位调高水泥剂量为保证无侧限抗压强度满足要求，这就使水稳基层刚性增大，不仅增加了成本，路面还易产生干缩性裂缝，裂缝宽度也会增大，因此我国规范对水泥剂量对上限进行约束。在工程实际应用中，水泥剂量的检测主要以EDTA滴定为主，但是该法反算出的结果存在一些误差。例如在项目水稳基层中，设计水泥用量为4.5%。对40组样品进行EDTA滴定法，计算结果可见水泥用量不稳定，试验结果见表4，因此要加强施工前后场的沟通联系，确保水泥剂量处于合理值。

表4 水泥用量检测结果

最佳含水率对水稳层的最大干密度和抗压强度具有明显影响，水稳层混合料含水率越高，干缩应变越大，同时结构层越容易发生收缩裂缝。在干旱的季节或冬天，即使用沥青铺面，也会出现收缩裂缝。实际施工时应根据当日温度、湿度，对用水量进行适当调整。例如在夏季施工时，考虑搭到碎石水分、混合料运输距离及摊铺途中的水分蒸发，拌合站应当适当的在最佳含水量的基础上增加若干个百分点，确保水稳混合料的含水率在最佳范围内。通常在混合料含水量中，水稳基层混合料无侧限抗压强度与灰水比呈现正比例关系，因此在施工时需要对混合料含水量进行控制，尽可能达到最佳含水量。

2.4 养护及施工条件

水稳混合料摊铺完毕后，为减少水稳混合料内部的水化作用和面层水分的蒸发，现场施工人员应尽快用保湿养生膜覆盖，及时进行洒水养护，避免造成基层表面开裂。若冬季施工温度较低，无须洒水养护。

水稳基层施工总体上应在年平均温度环境下施工，此时水稳混合料材料内部处于温度应力较小的状态，能够形成结构强度；尽量避免夏季和冬季施工，减少由温度和湿度带来的温缩破坏。如果要在夏季或冬季施工，应尽量选择温差较小的时间段，夏季施工时加强洒水养生，确保水稳混合料处于最佳含水率状态，冬季低于5℃时一般不建议施工。