探討抗裂性水泥穩(wěn)定碎石

張光寧

摘 要：本文從四個(gè)方面闡述了影響水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能的因素。從水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性的材料組成因素分析有兩個(gè)：基層的級配和水泥劑量。從水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性的工藝環(huán)境因素分析也有兩個(gè)：溫度和含水量。

關(guān)鍵詞：抗裂性;溫度;級配;收縮;裂縫;優(yōu)化;水泥穩(wěn)定碎石

中圖分類號：U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

公路路面施工中，水泥穩(wěn)定碎石將級配碎石作為主材，由膠凝材料和灰漿填充內(nèi)部，在工程建設(shè)和施工中主要采用嵌擠的方法達(dá)到壓實(shí)施工的效果。這里膠凝材料與灰漿在壓實(shí)度和密實(shí)度方面相似性較強(qiáng)，為保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要利用碎石間的嵌擠鎖結(jié)優(yōu)勢。另外，利用灰漿填充框架結(jié)構(gòu)中的空隙。工程施工中，受水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的影響，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會隨著時(shí)間的推移而有所增加。

1 水泥穩(wěn)定碎石工藝特點(diǎn)

水泥穩(wěn)定碎石工藝具有鮮明的特點(diǎn)。首先，水泥穩(wěn)定碎石原材料來源較廣，取材便捷，可廣泛應(yīng)用于市政道路工程中。其次，水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度較大，尤其是工程施工初期，凝結(jié)速度較快，5～7天的強(qiáng)度可超過20 MPa。再次，水泥穩(wěn)定碎石工藝簡單易行，施工人員只需做好攪拌、攤鋪和壓實(shí)施工，基于機(jī)械化施工可有效提高施工效率，控制工程工期，也可有效改進(jìn)工程質(zhì)量，推動施工現(xiàn)代化的建設(shè)與發(fā)展。另外，水泥穩(wěn)定碎石的穩(wěn)定性優(yōu)勢較為明顯，由于水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)相對特殊，與其他材料相比，結(jié)構(gòu)的通透性較強(qiáng)。最后，在工程建設(shè)和施工中，施工人員可根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工的要求合理調(diào)整水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)和配合比，因此材料的靈活性較強(qiáng)，可有效控制材料的強(qiáng)度。

與此同時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石工藝本身也存在著明顯的不足，如高強(qiáng)度和高壓作用下，材料表面的磨損、消耗和剝離現(xiàn)象較為明顯。此外，在水泥穩(wěn)定碎石施工中，干縮裂縫發(fā)生率較高，阻礙了該技術(shù)和工藝的廣泛應(yīng)用。且該工藝對工程施工的時(shí)間要求十分嚴(yán)格，材料凝結(jié)時(shí)間較短，所有流程均需在材料凝結(jié)前完成，工程施工時(shí)間十分緊張。

2 抗裂性水泥穩(wěn)定碎石

近幾年來，江蘇省修建了大量的高速公路，對水泥穩(wěn)定碎石的基層結(jié)構(gòu)也提出了越來越高的要求，省內(nèi)很多工程實(shí)踐表明，水泥穩(wěn)定碎石承載力高，工藝簡單，但缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。為了提高他的路用性能、延長使用壽命，抗裂性水泥穩(wěn)定碎石應(yīng)運(yùn)而生，越來越受到重視，并且一些科研機(jī)構(gòu)也相應(yīng)展開了大量的研究。從水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性的材料組成因素分析有兩個(gè)：基層的級配和水泥劑量。從水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性的工藝環(huán)境因素分析也有兩個(gè)：溫度和含水量。本文主要這四個(gè)方面淺析影響抗裂性能的因素。

2.1 集料級配的影響

從抗裂型水穩(wěn)出發(fā)，對基層規(guī)范級配進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到抗裂的目的。公路設(shè)計(jì)規(guī)范中所規(guī)定的級配范圍比較寬，級配一般都能符合要求。因此，在具體應(yīng)用中并不是只要在這個(gè)范圍內(nèi)的級配就能滿足抗裂性能，要合理優(yōu)化級配才能達(dá)到抗裂性能的要求。

水泥穩(wěn)定碎石的收縮，重點(diǎn)從礦料級配出發(fā)，降低集料的總表面積，一方面在滿足強(qiáng)度的前提下，降低2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的集料比例;另一方面在滿足規(guī)范級配的形式上，提出優(yōu)化的水泥穩(wěn)定碎石級配。

從工程實(shí)踐出發(fā)，結(jié)合規(guī)范要求，本文作者認(rèn)為4.75 mm篩孔通過率控制在32%～35%，0.075 mm篩孔通過率控制在2.5%～4.0%，水泥穩(wěn)定碎石基層能在不影響強(qiáng)度的前提下，降低集料的總表面積，達(dá)到了抗裂性能的要求。

2.2 水泥劑量的影響

水泥劑量太小，水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度不能滿足承載力的要求，水泥劑量太大時(shí)既浪費(fèi)材料，又會使基層產(chǎn)生裂縫，對面層構(gòu)成局部破壞，從而引起瀝青面層相對應(yīng)的反射裂縫。所以必須嚴(yán)格控制水泥劑量做到合理、精益求精以確保工程質(zhì)量。

水泥作為穩(wěn)定劑，其質(zhì)量也至關(guān)重要。尤其是對基層的干縮裂縫、溫縮裂縫而言，除了盡量使用不化熱低、終凝時(shí)間長的水泥外，來要選用抗折強(qiáng)度大的水泥，因?yàn)榭拐蹚?qiáng)度越大，混合料抵抗內(nèi)部溫度應(yīng)力的抗拉強(qiáng)度越大就越不容易產(chǎn)生溫縮裂縫。

在施工過程要做好水泥劑量控制，一方面要根據(jù)制定的滴定曲線對混合料進(jìn)行EDTA滴定跟蹤檢測控制水泥劑量，另一方面每天對水泥總量進(jìn)行校核，并每周或每月進(jìn)行一次總校核。兩方面相結(jié)合，從而形成水泥劑量的雙控制。在實(shí)際施工過程中，由于水泥不同批號、礦料級配的變化等客觀因素會對滴定曲線產(chǎn)生一定的影響，因此在EDTA滴定控制時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，每周或幾周對EDTA滴定曲線進(jìn)行驗(yàn)證，并結(jié)合總量校核的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，從而更好的控制水泥劑量。

2.3 溫度的影響

半剛性材料基層一般在高溫季節(jié)修建，成型初期基層內(nèi)部含水量大，高溫使基層內(nèi)部水份必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮。另一方面溫差大的季節(jié)施工時(shí)，成型初期強(qiáng)度上升慢，基層本身產(chǎn)生的強(qiáng)度不足以克服溫差產(chǎn)生的收縮應(yīng)力造成溫度收縮。由此可見，施工溫度對水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能有著極其重要的影響。

冬季可施工的時(shí)間段，溫度較為平均，溫差小，而且含水量蒸發(fā)慢，碾壓的最佳含水量容易達(dá)到，干燥收縮和溫度收縮不易產(chǎn)生，達(dá)到了抗裂的目的。低溫施工時(shí)，厚的覆蓋養(yǎng)生及延長養(yǎng)生時(shí)間是冬季施工抗裂的關(guān)鍵技術(shù)措施。因此，冬季施工是控制基層水泥穩(wěn)定碎石產(chǎn)生裂縫的有效途徑之一。

2.4 含水量的影響

收縮裂縫的發(fā)生與發(fā)展和含水量有密切關(guān)系。含水量增大，干縮明顯呈線性增大;含水量小，混合料不但難以碾壓成型，而且因水泥的物理、化學(xué)反應(yīng)不全面而造成結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度難以形成，造成板體松散。

從微觀角度分析，水泥穩(wěn)定碎石混合料的干縮是由水分的散失引起的，失水越多，收縮愈大。這是因?yàn)榛旌狭纤终舭l(fā)時(shí)毛細(xì)孔內(nèi)水面下降，彎月面的曲率變大，在表面張力作用下水的內(nèi)部壓力比外部壓力小，隨著毛細(xì)孔水的不斷蒸發(fā)，毛細(xì)孔中負(fù)壓逐漸增大，產(chǎn)生收縮力使混合料收縮。干縮另一個(gè)原因是水化物層間水的脫出，水化硅酸鈣的層間水分子具有吸水膨脹和脫水收縮的特征。

從控制干縮變形的角度考慮，施工工程中碾壓含水量應(yīng)控制在最佳含水量。但實(shí)際情況又不能按預(yù)期的設(shè)想行事，運(yùn)輸距離的長短，原材料含水量的不一致，天氣情況都是影響施工含水量控制難度的因素。

混合料拌和后場，每天由后場專職試驗(yàn)人員在早上、中午、下午分別測定各種集料的含水量，根據(jù)施工配合比設(shè)計(jì)的最佳含水量指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)時(shí)的氣溫、運(yùn)距情況，后場原材料含水量情況，確定混合料拌和時(shí)的含水量。由于水穩(wěn)拌和樓是連續(xù)式拌和機(jī)，含水量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整，在前場負(fù)責(zé)檢測壓實(shí)度的專職試驗(yàn)人員，在混合料攤鋪整型過程中，也要及時(shí)測定混合料的含水量，及時(shí)與壓路機(jī)碾壓班長聯(lián)系，力求在最佳含水量條件下碾壓，盡量避免由于含水量過大，出現(xiàn)“彈簧”、“波浪”等現(xiàn)象，影響混合料達(dá)到壓實(shí)度和強(qiáng)度，增大混合料的干縮性，使結(jié)構(gòu)層容易產(chǎn)生干縮裂縫，或由于含水量偏小，使混合料容易松散，不易碾壓成型，也會影響到壓實(shí)度和強(qiáng)度，因此只有嚴(yán)格控制施工含水量，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，才能保證施工質(zhì)量。因此施工中必須嚴(yán)格控制含水量。

綜上所述，從以上論述分析的集料級配、水泥劑量、溫度、含水量四個(gè)方面采取控制措施，對于控制水穩(wěn)級配碎石的裂縫產(chǎn)生，達(dá)到抗裂性能要求，能取得了良好的效果。

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