淺談高速公路水泥穩(wěn)定基層裂縫的形成原因分析

耿志國(guó) 王新光

摘 要：水泥穩(wěn)定基層裂縫的危害性極大，形成的原因較多，本文結(jié)合河南中北部地區(qū)基層施工從試驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制角度，對(duì)基層裂縫的形成原因進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)提出一定的防治方法。

關(guān)鍵詞：基層 裂縫 試驗(yàn) 原因 分析

中圖分類號(hào)：U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（b）-0072-02

水泥穩(wěn)定基層是半剛性材料基層的一種，其特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好，抗凍性好，耐沖刷，溫縮性和干縮性均較小，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(lái)的缺點(diǎn)：主要是脆性大，從而導(dǎo)致對(duì)溫度和濕度敏感性強(qiáng)，易因溫度變化和濕度變化產(chǎn)生裂縫并反射到路面，基層裂縫的危害有二個(gè)方面：一是降低基層的整體強(qiáng)度，二是發(fā)展后會(huì)形成反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應(yīng)出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫、起拱，破壞瀝青面層，從而直接影響到了路面行車的速度和安全。

裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生和原因分析如下。

在基層施工過(guò)程中，基層裂縫較為常見，在河南省某高速公路K78+393～K78+700段水泥穩(wěn)定碎石基層為例，在養(yǎng)生期過(guò)后，出現(xiàn)了9道裂縫，大約成等距分布，裂縫的寬度約0.3～0.5 mm左右，縫長(zhǎng)不等。在現(xiàn)場(chǎng)具有代表性的裂縫處用混凝土鉆芯機(jī)（φ150 mm）的鉆頭進(jìn)行鉆探，取出芯樣到達(dá)路基頂面，并未發(fā)現(xiàn)路基有沉降開裂現(xiàn)象，所以排除了因路基沉降導(dǎo)致裂縫的可能，著重從水泥穩(wěn)定碎石基層配合比的配制過(guò)程和施工過(guò)程中原材料質(zhì)量的控制來(lái)深入的分析。

此路基層強(qiáng)度設(shè)計(jì)為4.0 MPa，水泥為天瑞P.032.5等級(jí)緩凝水泥，碎石級(jí)配符合表1要求，細(xì)集料的砂當(dāng)量大于45%。

經(jīng)試配2%、3%、4%、5%、6%水泥劑量的配合比，選用4%水泥劑量的水泥穩(wěn)定碎石從強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)等方面均符合基層的要求，也就是說(shuō)在配合比配制過(guò)程中沒(méi)有任何問(wèn)題。而在拌和站取回施工用原材料，按施工配比進(jìn)行連續(xù)級(jí)配篩分比對(duì)后，結(jié)果如表2。

不難看出0.075 mm的篩孔通過(guò)率超出了設(shè)計(jì)最高通過(guò)百分率的3.2個(gè)點(diǎn)，說(shuō)明施工中細(xì)集料的砂當(dāng)量小于了45%，石粉占細(xì)集料的的含量達(dá)到75%，促使現(xiàn)場(chǎng)滴定的水泥劑量就低于設(shè)計(jì)水泥用量，試驗(yàn)人員對(duì)水泥劑量進(jìn)行了調(diào)整，而增大的水泥劑量導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度過(guò)高，高溫施工時(shí)表面收縮過(guò)快產(chǎn)生了裂縫。發(fā)現(xiàn)原因后，經(jīng)試驗(yàn)采用摻配25%的（0～4.75）mm的石屑來(lái)調(diào)整細(xì)集料的砂當(dāng)量，使其砂當(dāng)量大于 45%，重新調(diào)整了集料的摻配比例，重新確定水泥劑量滴定曲線，調(diào)整了水泥劑量，在以后的施工中未再有和此段類似的裂縫出現(xiàn)。

根據(jù)此段裂縫現(xiàn)象進(jìn)行深入的研究分析后，總結(jié)出高速公路基層產(chǎn)生開裂的原因有以下幾點(diǎn)。

1 水泥穩(wěn)定混合料自身干縮和溫度收縮引起基層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向裂縫

水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期（一般為7d）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，當(dāng)水穩(wěn)基層的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮應(yīng)力時(shí)，出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。如果這段時(shí)間天氣正常，氣溫沒(méi)有太大變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過(guò)程可稱之為一次性的干縮，其產(chǎn)生的裂縫是有限的。反之則開裂處會(huì)增加。

2 原材料的自身質(zhì)量導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫

（1）嚴(yán)格選擇水泥品種及水泥強(qiáng)度等級(jí)，一般選用普通水泥、礦渣水泥和火山灰水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)一般為32.5 MPa，最好為緩凝水泥。

（2）集料應(yīng)選用粒徑飽滿、含泥量小、結(jié)構(gòu)致密、吸水率小、彈性模量較大、壓碎值要小于30%的骨料。經(jīng)試驗(yàn)在普通骨料范圍內(nèi)，砂巖骨料的收縮最大，石灰?guī)r和石英巖的干縮都較小，不同的粒組組合在一起要能達(dá)到要求的粒組級(jí)配范圍，小于0.075mm篩孔顆粒通過(guò)量不大于5%；使用的細(xì)集料砂當(dāng)量不得小于45%。

（3）水為飲用水。

3 施工過(guò)程中對(duì)水泥劑量、原材料的含水量的的監(jiān)控不到位，使混合料成型后開裂

3.1 水泥計(jì)量過(guò)大導(dǎo)致強(qiáng)度增高引發(fā)的開裂現(xiàn)象

（1）由于設(shè)備原因使水泥劑量不穩(wěn)定。

（2）由試驗(yàn)室人員操作誤差產(chǎn)生的水泥劑量偏大。

3.2 混合料含水量過(guò)高產(chǎn)生收縮裂縫

由于每個(gè)拌和站都要大量?jī)?chǔ)備粗集料和細(xì)集料，由于原材料的料源和進(jìn)場(chǎng)的時(shí)間不同，所攜帶的水分也就不等，這樣使混合料的含水量經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致混合料含水量過(guò)大，試驗(yàn)證明含水量每增加1%對(duì)基層干縮應(yīng)變的影響相當(dāng)于水泥劑量2～3倍；含水量大的混合料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后碾壓不實(shí)，達(dá)不到要求的壓實(shí)度，當(dāng)表面凝結(jié)時(shí)急劇收縮，產(chǎn)生了裂縫直接影響了施工質(zhì)量。

4 混合料離析使細(xì)集料成窩，導(dǎo)致強(qiáng)度不均勻形成裂縫

水穩(wěn)基層經(jīng)常發(fā)生離析現(xiàn)象，所謂離析即粗細(xì)料集中現(xiàn)象，也即級(jí)配變異現(xiàn)象，水穩(wěn)混合料在攪拌過(guò)程中發(fā)生的放料離析，在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生的顛簸離析，在卸料過(guò)程中發(fā)生的卸料離析，在攤鋪過(guò)程中發(fā)生的攤鋪離析，在找平過(guò)程中發(fā)生的找平離析等。離析造成水穩(wěn)基層的強(qiáng)度不均勻，表面不平整、粗細(xì)集料分散，水泥穩(wěn)定細(xì)集料集中導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生裂縫。

5 施工的接縫處容易產(chǎn)生裂縫。

施工接縫沒(méi)有按要求的施工工藝處理好，使新老水泥穩(wěn)定碎石結(jié)合不到一起，形成了一條薄弱帶容易產(chǎn)生裂縫。

6 結(jié)語(yǔ)

路面裂縫影響路面美觀、削弱整體穩(wěn)定性和平整度，降低了行車安全系數(shù)。并且由于水分的滲透，降低基層與土基的承載力，從而加劇路面破壞，縮短使用壽命。要根據(jù)具體情況，采用不同的措施防治半剛性基層裂縫。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、厚度計(jì)算和施工工藝等多方面綜合考慮。

采用水泥穩(wěn)定碎石基層符合我國(guó)的半剛性路面“強(qiáng)基薄面”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且應(yīng)用范圍廣泛。要徹底消除半剛性基層裂縫可能相當(dāng)困難，但從基層材料本身出發(fā)，采用新材料、新工藝來(lái)探討減少反射裂縫的措施或許更為有效，技術(shù)也更合理，經(jīng)濟(jì)上更能被接受。通過(guò)以上幾點(diǎn)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層開裂現(xiàn)象的論述，著重從施工中對(duì)原材料的試驗(yàn)控制角度進(jìn)行分析和研究，總結(jié)出來(lái)的幾點(diǎn)原因和防治方法希望能為今后的水泥穩(wěn)定碎石施工起到指導(dǎo)作用，也能為路面開裂的現(xiàn)象進(jìn)一步分析提供科學(xué)依據(jù)。

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