基于微裂技术方案对水稳基层结构的收缩影响分析

秦 莉

（山西省公路局长治分局,山西 长治 046000）

0 引言

水稳基层具有早期强度高、稳定性好和整体性强的优点。然而，水稳基层也存在着干缩和温缩等收缩问题，导致裂缝的产生，影响路面的使用性能和寿命。为减小水稳基层的收缩应力，控制裂缝发展，微裂技术被提出并应用于水稳基层施工中。该文分析微裂技术对水稳基层结构的收缩影响，通过试验研究和数值模拟，探讨微裂技术对水稳碎石材料的干缩、温缩特性的影响规律[1]。

1 微裂对水稳碎石材料干缩特性影响试验研究

1.1 干缩试验方法

按照《水泥稳定碎石基层干缩试验方法》（JTJ 053—94）进行干缩试验，基本步骤如下：

（1）根据设计配合比，按照最佳含水量、最大干密度，用振动压实仪成型400 mm×100 mm×100 mm 的梁式试件，每个配合比制作6 个试件，其中3 个用于微裂处理，3 个用于对照组。

（2）将试件放置在恒温恒湿箱中（20±2 ℃，相对湿度95%±5%），养护48 h 后取出，用切割机在试件表面切割出深10 mm、间距50 mm 的微裂缝，形成微裂组；对照组不做切割处理[2]。

（3）将微裂组和对照组的试件分别放置在恒温恒湿箱中继续养护至3 d、7 d、28 d，然后取出，在试件两端涂上防水油漆，并称量其质量。

（4）将涂漆后的试件放置在恒温（20±2 ℃）干燥箱中，每隔24 h 称量一次试件质量，直至质量不再变化。

（5）根据称量数据，计算试件的失水率、干缩应变、干缩系数，分析微裂技术对水稳碎石材料干缩特性的影响规律[3]。

1.2 微裂前水稳碎石材料干缩试验数据分析

水稳碎石材料的干缩性能直接影响路面稳定性、耐久性。通过干缩试验分析微裂前水稳碎石材料干缩性能，测量失水率、干缩应变和干缩系数等指标，绘制曲线图，分析其变化规律，结果见表1、图1~3：

图1 水稳碎石试样失水率和干缩应变值随观测时间变化趋势图

图2 微裂前水稳碎石试样干缩应变随失水率变化趋势图

图3 微裂前水稳碎石试样干缩系数随观测时间变化趋势图

表1 水稳碎石试样微裂前干缩试验数据

根据图表可知：

（1）失水率与观测时间成正比，前3 d 失水率变化幅度最大，占前15 d 的62.45%，之后逐渐减小。

（2）干缩应变与观测时间成正比，与增长率成反比，前3 d 占前15 d 的38.03%，前7 d 占前15 d 的72.47%，说明干缩应变集中在早期。

（3）干缩系数与观测时间成反比，呈指数衰减趋势，表明水稳碎石材料的干缩性能随时间降低[4]。

1.3 微裂后水稳碎石材料干缩试验数据对比分析

针对标准养生2 d 后微裂程度为20%~30%的水稳碎石试样进行干缩试验，与未微裂试样进行对比分析。测量两组试样的失水率、干缩应变和干缩系数，结果如表2和图4~6 所示。

图4 微裂前与微裂后试样失水率随观测时间变化趋势对比图

图5 微裂前与微裂后试样干缩应变随观测时间变化趋势对比图

表2 水稳碎石材料微裂后干缩试验数据

根据表2、图4~6 可知：

（1）微裂能加快水稳碎石材料的失水速度，降低其干缩应变、干缩系数，提高其抗干缩性能。

（2）微裂后水稳碎石材料干缩应变与时间成正比，但前3 d、7 d、15 d，微裂后试样的干缩应变分别较微裂前减小21.35%、21.63%和22.28%，后期基本稳定。

（3）图6 显示，微裂后的试样干缩系数大幅减小，与试样的含水率、密度和配合比有关，一般来说，含水率越高，密度越低，配合比越大，微裂效果越明显[5]。

图6 微裂前与微裂后试样干缩系数随观测时间变化趋势对比图

2 微裂技术对水稳碎石材料温缩特性影响试验研究

2.1 温缩试验方法

基于现行《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE512021—T0806）进行水稳碎石材料温缩试验。基本步骤如下：

（1）按照试验规程制作标准梁式试样，分为未微裂组、微裂组。微裂组于养生2 d 后进行微裂处理，损伤程度控制在20%~30%。

（2）两组试样均放入标养室养生7 d，最后1 d 饱水24 h 后取出晾干，再放入105 ℃的烘箱中烘至恒量，最后放置至常温。

（3）测量试样的初始长度后，将其安装在收缩仪上，装好千分表。

（4）将收缩仪放入高低温交变试验箱，设置温度变化范围为-20～30 ℃。每个试样测5 个温度级别，每一级别温差为10 ℃，保温3 h 后记录千分表读数。

（5）根据千分表读数计算出各组试样的温缩应变和温缩系数，进行对比分析。

2.2 微裂前后水稳碎石材料温缩对比分析

对微裂前后的试样进行温缩试验，测定各温度区间内的温缩系数，进行对比分析，结果如表3 和图7 所示。

图7 微裂前后试样温缩系数随温度区间变化趋势

表3 各温度区间所对应的温缩系数

分析表3、图7 可以发现，未微裂试样的温缩系数在0~10 ℃区间内最大，在0 ℃附近最小；微裂后试样的温缩系数在所有温度区间内均明显低于未微裂试样，尤其是在0~10 ℃区间内，降低40%以上，说明微裂可以有效地改善水稳碎石材料的温缩性能，减少由于温度变化引起的应力和变形。

3 结论

综上所述，该文研究了微裂技术与水稳碎石基层材料干缩特性、温缩性能的关系，对比分析微裂前后试样的失水率、干缩应变、干缩系数和温缩系数等指标。结果表明，微裂技术可以有效地降低水稳碎石基层材料的失水率和干缩应变，减小早期收缩应力，降低干缩裂缝的产生。同时，微裂技术可以显著地改善水稳碎石基层材料的温缩性能，尤其是0～-10 ℃的最不利温度区间内，微裂后试样的温缩系数相较未微裂试样的温缩系数降低40%以上，表明微裂技术预防沥青面层反射裂缝的效果很好，可减缓收缩裂缝现行公路工程无机结合料稳定材料试验规程发生。