水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

張韜穎

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肅　舟曲　746300）

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

張韜穎

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肅舟曲746300）

目前甘肅省公路路面基層大部分采用水泥穩(wěn)定碎石基層，在施工中其技術(shù)指標(biāo)受外界環(huán)境、溫度、氣候、荷載的影響，水泥穩(wěn)定碎石基層易產(chǎn)生裂縫，根據(jù)歷年來在工作中的一些經(jīng)驗積累進(jìn)行探討和提出預(yù)防措施。

基層；裂縫探討；預(yù)防；處治

1　概述

水泥穩(wěn)定碎石基層是將一定級配的碎石與水泥和水一起拌和后，在最佳含水量狀態(tài)下碾壓成型，經(jīng)過養(yǎng)生達(dá)到一定強(qiáng)度的路面基層結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定碎石具有良好的力學(xué)性能，其初期強(qiáng)度高并且強(qiáng)度隨齡期增長，其力學(xué)強(qiáng)度還可視工程需要進(jìn)行調(diào)整。其特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好，抗凍性好，耐沖刷，是一種優(yōu)良的路面基層材料。然而水泥穩(wěn)定碎石料也有其與生俱來的缺點(diǎn)：主要是脆性大，從而導(dǎo)致對溫度和濕度敏感性強(qiáng)。

2　裂縫的危害

水泥穩(wěn)定碎石基層因溫度變化和濕度變化產(chǎn)生裂縫并反射到路面，導(dǎo)致路面強(qiáng)度和使用性能大大降低。這種裂縫，一般在基層頂面沿橫向開裂多為等間距，成直線型，長度不等，寬度在0.5～3.5mm左右。水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的危害：一是降低基層的整體強(qiáng)度，二是由于基層出現(xiàn)裂縫并引起瀝青混凝土面層產(chǎn)生相對的反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應(yīng)出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫。出現(xiàn)第二種情況，若不及時處理，雨水從裂縫內(nèi)向下滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復(fù)沖擊下，就會使瀝青混凝土中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的細(xì)集料形成泥漿被擠壓出路面，瀝青混凝土路面出現(xiàn)坑槽、松散，造成瀝青混凝土路面早期破損，影響其使用壽命。

3　裂縫產(chǎn)生的原因

水泥穩(wěn)定碎石基層在施工中其技術(shù)指標(biāo)受外界環(huán)境、溫度、氣候、荷載的影響很容易產(chǎn)生裂縫。

3.1干縮性裂縫：也就是水分子減少產(chǎn)生的裂縫

1）水泥穩(wěn)定碎石壓實成型到正常養(yǎng)護(hù)期期間，由于混合料本身的水分和養(yǎng)護(hù)灑水的水分蒸發(fā)以及混合料內(nèi)部水化作用發(fā)生的毛細(xì)管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。如果這段時間天氣正常，氣溫沒有太大變化，混合料從最佳含水量到較干燥的干縮過程可稱之為一次性的干縮，其產(chǎn)生的裂縫是有限的。

2）從基層養(yǎng)護(hù)期滿后到施工瀝青封層或透層油、攤鋪瀝青混凝土面層之間，如果這段時間間隔較長，經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋，基層水分反復(fù)的蒸發(fā)、飽和多次重復(fù)干縮過程，必然會使基層出現(xiàn)較嚴(yán)重的拉裂現(xiàn)象，在薄弱地方就表現(xiàn)為裂縫，這種破壞在多雨的地區(qū)特別明顯。

3.2溫縮性裂縫：也就是熱脹冷縮產(chǎn)生的裂縫

水泥無機(jī)結(jié)合料內(nèi)部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相體，在溫差作用中必然產(chǎn)生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫。

1）固相礦物不同的脹縮性：碎石原材料礦物（主要為SiO2、AI2O3）組成的熱脹冷縮系數(shù)為8×10-6/℃，水泥穩(wěn)定碎石生成的新膠結(jié)礦物主要成分為C-S-H凝膠體，熱脹冷縮系數(shù)一般為10～20×10-6/℃。由于兩者組成的固相復(fù)合穩(wěn)定材料的礦物具有不同的熱脹冷縮性，在溫度變化時其脹縮值是不相同的。

2）液相的熱脹縮性：自由水、毛細(xì)水、結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水存在于混合料內(nèi)部的孔隙中和膠體中，水的熱脹縮系數(shù)為70×10-6/℃。當(dāng)溫度升高時，可以產(chǎn)生相當(dāng)大的擴(kuò)張力使顆粒間距增大而產(chǎn)生膨脹。

3）氣相的熱脹縮性：混合料毛細(xì)孔、內(nèi)部孔隙充盈著氣體。夏天時基層內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣體體積受熱充分膨脹，結(jié)構(gòu)內(nèi)的顆粒相應(yīng)充滿擴(kuò)張力。冬季時，原膨脹的氣體體積收縮，顆粒內(nèi)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力減小，產(chǎn)生收縮力，體積變小。當(dāng)擴(kuò)張力超過臨界值時，基層就會產(chǎn)生起拱；當(dāng)收縮力超過結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力時，便產(chǎn)生橫向裂縫。

3.3荷載性裂縫

荷載性裂縫一般發(fā)生在基層的底部，由于車輛荷載的反復(fù)作用，裂縫逐漸向上擴(kuò)展至表面，車輪荷載作用下產(chǎn)生的裂縫反映在面層，往往不是單獨(dú)的、稀疏的或較有規(guī)則的裂縫，而是稠密的，有時是相互聯(lián)系的。

4　裂縫的預(yù)防

1）嚴(yán)格控制級配和壓實度：作為水泥穩(wěn)定基層用的碎石要求不是很高，規(guī)范中只有4個指標(biāo)：相對密度、壓碎值、有機(jī)質(zhì)含量、硫酸鹽含量?；鶎铀槭昧渴呛艽蟮?，而一般外購的一個石料場的產(chǎn)量卻很小，就必須同時使用幾個料場進(jìn)料，并且由于儲料場地不足而又混堆料，這就產(chǎn)生兩個很嚴(yán)重的問題：一是水泥穩(wěn)定碎石混合料生產(chǎn)配合比經(jīng)常變化，水泥劑量極易超出上限或下限。二是各料場碎石的密度不同，在確定最大干密度帶來很大的困難，即無法在幾種混合礦料中得到一個最具代表性的最大干密度，最終導(dǎo)致現(xiàn)場無法進(jìn)行正常壓實度檢測和控制。

如果只使用一個料場的碎石，既能保證生產(chǎn)配合比與理論配合比吻合較好，也能保證最大干密度不至于經(jīng)常變化，有利于壓實度的現(xiàn)場控制。事實證明，水泥穩(wěn)定碎石基層級配和壓實度的好壞，不但影響水泥穩(wěn)定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩(wěn)定基層的耐凍性。所以，控制好級配和壓實度可預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

2）嚴(yán)格控制混合料中小于0.075以下的顆粒含量：小于0.075以下的顆粒含量增加時，不但增加了水泥的用量，而且基層表面還容易起皮，嚴(yán)重影響基層的質(zhì)量。細(xì)集料增加時，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度越低，細(xì)集料對溫縮的影響也越大。因此，規(guī)范中基層的顆粒組成范圍規(guī)定：集料中小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過5%。

在實際施工控制中，要減小0.075以下的顆粒含量采用在料場過篩方法除去或用水沖洗是很不現(xiàn)實也很費(fèi)時的。最好的方法是在破碎現(xiàn)場加裝水洗裝置或者在皮帶運(yùn)輸機(jī)上加裝一個可360度旋轉(zhuǎn)的滾動篩。經(jīng)過這個工序，小于0.075以下的顆粒含量將會大大減小。施工時，如果能將塑性指數(shù)控制在小于4%，不但可以減小水泥穩(wěn)定粒料的收縮性，而且還可以提高基層對壓力水的抗沖刷能力。

3）嚴(yán)格控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量：基層設(shè)計強(qiáng)度越高，所需水泥用量越大?；鶎觿傂栽酱?，越易產(chǎn)生干縮性裂縫，裂縫也越寬，所以規(guī)范規(guī)定水泥劑量≤6%。

水泥穩(wěn)定碎石基層干縮應(yīng)變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時含水量越大，結(jié)構(gòu)層越易產(chǎn)生干縮性裂縫。即使鋪筑了瀝青面層，在旱季或冬季也可能產(chǎn)生干燥裂縫。因此在施工時，應(yīng)根據(jù)天氣情況適當(dāng)增加或減少拌和用水量。碾壓完成后，要及時用尼龍布、麻袋布覆蓋進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，防止基層因混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用和水分的過分蒸發(fā)引起表面的干縮性裂縫現(xiàn)象。如果在冬天施工溫度較低，則可以用一層塑料薄膜再加上二層土工布覆蓋保溫，不一定需要灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)生結(jié)束后，長時間不鋪筑瀝青面層，應(yīng)先噴灑透層油或做下封層，以防止基層干縮開裂。

4）選擇有利的季節(jié)進(jìn)行基層的施工：基層施工最好選擇在年平均氣溫時期施工。由于此時氣溫變化不大，結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力較小，基層不易產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。施工時的氣溫與一年中最冷或最熱時的溫差越大，越容易產(chǎn)生溫縮性裂縫。如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時間，盡可能避開中午時間進(jìn)行攤鋪，并要加強(qiáng)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，保證基層處于濕潤狀態(tài)。冬天氣溫低于5℃時，一般不能進(jìn)行基層的施工。在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次冰凍（-3～-5℃）到來之前半個月到一個月內(nèi)完成。

5　結(jié)束語

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫是路面工程不可忽視的一種病害，施工過程中一定要嚴(yán)格控制好碎石級配、壓實度、水泥用量和碾壓時的最佳含水量，做好養(yǎng)護(hù)工作，以避免基層出現(xiàn)裂縫。

［1］JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTGE51-2009。公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程［S］.

［3］楊成忠，陳萬祥.基于半剛性基層的瀝青路面反射裂縫分析與防治［J］.2010（5）.

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