淺談水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因及防治措施

張兆兵

（江蘇金堰交通工程有限公司，江蘇 泰州225500）

0 前言

水泥穩(wěn)定碎石基層作為半剛性基層的主要代表之一，在公路建設(shè)尤其是高等級(jí)公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。主要原因是水穩(wěn)基層具有強(qiáng)度高、板體性及水穩(wěn)性好的優(yōu)點(diǎn)，符合“強(qiáng)基薄面”的設(shè)計(jì)思想。與此同時(shí)，水穩(wěn)基層自身具有剛度較大，其抗收縮變形能力較差的特點(diǎn)，在溫度驟降、水分減少等外因作用下，極易產(chǎn)生收縮。這種收縮易使水穩(wěn)基層產(chǎn)生收縮裂縫，并導(dǎo)致瀝青面層形成反射裂縫，影響路面的使用性能和壽命。因此，分析水穩(wěn)基層的裂縫成因并提出相應(yīng)的防護(hù)措施具有重要意義。

1 水穩(wěn)基層裂縫的形成機(jī)理

水泥穩(wěn)定類材料屬半剛性基層結(jié)構(gòu)，而半剛性基層材料的主要特點(diǎn)是抗裂性能差，易產(chǎn)生收縮裂縫。分析其裂縫形成過(guò)程，大致分為初期收縮裂縫、中期內(nèi)應(yīng)力裂縫、后期荷載外力裂縫。

1.1 初期收縮裂縫

此種裂縫是工程上發(fā)生較普遍的裂縫，其產(chǎn)生主要是由于壓實(shí)后的水穩(wěn)基層中水不斷蒸發(fā)和水泥水化作用使水份不斷減少，產(chǎn)生吸附作用、毛細(xì)管作用、材料礦物晶體、凝膠體、層間水的作用以及碳化收縮作用等，使水泥穩(wěn)定基層壓實(shí)體積收縮，從而形成裂縫。這種縫一般在水穩(wěn)基層完工后20d左右產(chǎn)生，縫寬多為10~15mm，橫向貫通或半貫通。

1.2 中期內(nèi)應(yīng)力裂縫

中期內(nèi)應(yīng)力裂縫產(chǎn)生是由于水穩(wěn)基層自身材料干縮和溫差應(yīng)變脹縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)其自身的極限抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致水穩(wěn)基層從強(qiáng)度薄弱斷面處斷裂而產(chǎn)生裂縫，它是工程上發(fā)生最多的裂縫。對(duì)于含土或含礦料細(xì)粉料較多材料產(chǎn)生的裂縫主要以干縮為主；對(duì)于含集料較多的材料產(chǎn)生的裂縫主要以溫縮為主。

1.3 后期荷載外力裂縫

中期內(nèi)應(yīng)力裂縫基本形成后，隨著路面使用時(shí)間的延長(zhǎng)及受自然因素變化的影響，橫向裂縫在不斷增加，縫寬在不斷增大。同時(shí)，橫向裂縫在不斷附生縱向裂縫的產(chǎn)生，最終形成網(wǎng)裂片區(qū)。在車輛荷載作用下，水穩(wěn)基層板塊不斷產(chǎn)生斷裂，且裂縫發(fā)展速度快，寬度大，進(jìn)而發(fā)展到結(jié)構(gòu)性破壞。并可反射到面層，將嚴(yán)重影響到路面的使用功能。

2 水穩(wěn)基層裂縫產(chǎn)生的原因分析

導(dǎo)致水穩(wěn)基層產(chǎn)生裂縫的因素很多，各種因素間的相互作用也十分復(fù)雜，為此只有進(jìn)行深入的研究分析和實(shí)踐總結(jié)，才能找準(zhǔn)原因。

2.1 集料的影響

集料的級(jí)配不佳、細(xì)粉料含量多是導(dǎo)致水穩(wěn)基層產(chǎn)生裂縫不可忽略的因素之一。使用級(jí)配不佳的集料，粗、細(xì)集料集中現(xiàn)象普遍存在，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的均勻性較差，彎沉值的變異系數(shù)大，水穩(wěn)基層懸空系數(shù)大。粗集料集中部位強(qiáng)度高，細(xì)集料集中部位強(qiáng)度低，且干縮系數(shù)大，在內(nèi)應(yīng)力或荷載外力作用下使水穩(wěn)基層從強(qiáng)度較低斷面處開裂。

粒料小于0.075mm的細(xì)粉料偏多，粉料不但本身含有塑性，而且集料本身不可避免地含有少量的土摻入，使塑性指數(shù)增大。礦料的細(xì)粉料含量和塑性指數(shù)是影響水穩(wěn)基層干縮應(yīng)變的主要因素之一，且干縮系數(shù)隨細(xì)粉料的含量和塑性指數(shù)的增大而增大。細(xì)粉料過(guò)多和塑性指數(shù)過(guò)高的礦料鋪筑的水泥基層產(chǎn)生裂縫的概率大。

2.2 水泥的品種及劑量影響

水泥作為唯一的一種穩(wěn)定劑，其質(zhì)量至關(guān)重要，它的礦物成份優(yōu)劣及劑量大小是水穩(wěn)基層是否產(chǎn)生收縮裂縫的主導(dǎo)因素。通常認(rèn)為，各種類型的水泥都可用于穩(wěn)定土，然而，實(shí)踐證明，對(duì)同一種集料，水泥礦物成份是決定水穩(wěn)集料強(qiáng)度高低的主要因素。經(jīng)試驗(yàn)確定，硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果好，而鋁酸鹽水泥則較差。特別是一些小廠生產(chǎn)的水泥，硅酸二鈣和鋁酸三鈣含量較高，或者含有較高的有害雜質(zhì)，會(huì)使水穩(wěn)層的穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生過(guò)大的收縮，從而導(dǎo)致收縮裂縫的產(chǎn)生。

水穩(wěn)集料的強(qiáng)度隨水泥劑量的增加而增加，但過(guò)多的水泥用量雖然可以獲得強(qiáng)度的增加，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的收縮和較多的裂縫，在經(jīng)濟(jì)上也是不合理的。如果水泥用量過(guò)大，收縮量必將加大，產(chǎn)生收縮裂縫的可能性也隨之增多。另外，不同批次生產(chǎn)的水泥，特別是不同廠家、不同標(biāo)號(hào)的水泥混用，產(chǎn)生裂縫的可能性也是相當(dāng)大的。

2.3 施工因素的影響

2.3.1 混合料的拌和

如果混合料拌和不均，使局部粗、細(xì)集料集中，或局部水泥劑量過(guò)大，都可導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

2.3.2 混合料的運(yùn)輸、攤鋪

混合料拌和后，未能及時(shí)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)；或者因運(yùn)輸距離長(zhǎng)、混合料在運(yùn)輸過(guò)程中未采取覆蓋措施，使混合料的水分散失；以及攤鋪段過(guò)長(zhǎng)使混合料的水分蒸發(fā)過(guò)大，都可造成水穩(wěn)基層表面失水干燥產(chǎn)生干縮裂縫。如果在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重顛簸使混合料產(chǎn)生離析，或者攤鋪不均時(shí)亦可產(chǎn)生粗、細(xì)集料集中現(xiàn)象而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

2.3.3 含水量控制不佳

含水量是影響水穩(wěn)基層產(chǎn)生初期收縮裂縫的重要因素。含水量過(guò)大，即會(huì)出現(xiàn)“波浪”、“彈軟”等現(xiàn)象，影響混合料可能達(dá)到的密實(shí)度和強(qiáng)度，也會(huì)增大混合料的干縮性，使結(jié)構(gòu)層容易產(chǎn)生干縮裂縫。含水量大易產(chǎn)生車轍，平整度降低，必然造成開裂。此外，碾壓時(shí)含水量愈大，竣工后干縮裂縫也將愈嚴(yán)重。

2.3.4 碾壓方法不當(dāng)

壓實(shí)成型是水穩(wěn)基層施工中的重要工藝，影響壓實(shí)效果的因素較多，諸如含水量、壓實(shí)機(jī)械及方法等。如果在初壓過(guò)程中壓路機(jī)噸位過(guò)大、碾壓速度過(guò)快，往往會(huì)產(chǎn)生施工裂縫。另外，過(guò)振碾壓，易造成水穩(wěn)層表面水泥漿大，從而增大了表面收縮性，同樣亦可產(chǎn)生收縮裂縫。

2.4 養(yǎng)生的影響

水穩(wěn)基層需保濕養(yǎng)生，使水泥充分水化，保證水穩(wěn)強(qiáng)度不斷增大，防止因失水過(guò)快而產(chǎn)生干縮裂縫。如不及時(shí)養(yǎng)生或養(yǎng)生期不足，則會(huì)發(fā)生混合料失水過(guò)快，水泥水化反應(yīng)所需要的水分不足，而產(chǎn)生干縮裂縫。干縮裂縫多少與混合料失水率的大小有直接關(guān)系。

3 水穩(wěn)基層裂縫的防治措施

水穩(wěn)基層產(chǎn)生裂縫的防治應(yīng)遵循“預(yù)防為主”的原則，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)、提高施工工藝等辦法進(jìn)行有效預(yù)防，最大限度地減少裂縫的產(chǎn)生。

3.1 材料組成的設(shè)計(jì)

良好的配合比設(shè)計(jì)，控制好粒料中細(xì)料含量和塑性指數(shù)，對(duì)減少干縮效果十分明顯。通過(guò)級(jí)配的合理調(diào)整，尺可能采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，減少水泥用量，降低單方用水量，增加粗骨料的相對(duì)含量。實(shí)踐證明，用級(jí)配良好的材料既能增加抗干縮能力，又可以節(jié)約水泥，即通過(guò)改善集料級(jí)配來(lái)達(dá)到減少水泥用量的目的。因?yàn)榧系牧皆酱?，?yīng)變就越小，并且隨粒徑增大，受水泥劑量影響的程度越小，這樣可提高基層的抗干縮能力。

3.2 控制好水泥劑量

水泥劑量大小是影響水泥穩(wěn)定碎石基層干縮和溫縮的重要因素。因此控制好水泥劑量十分重要，生產(chǎn)過(guò)程中水泥劑量控制以取樣檢測(cè)與總量控制相結(jié)合。通過(guò)隨機(jī)采樣測(cè)定混和料水泥劑量，作為拌和樓水泥用量設(shè)定值調(diào)整的依據(jù)，以控制水泥劑量大小與均勻性，每天施工結(jié)束后進(jìn)行實(shí)際水泥用量與設(shè)計(jì)用量比算，控制水泥總量。

3.3 采用收縮性小的水泥

水泥的品種對(duì)基層的收縮性影響也很大。一般情況下，強(qiáng)度等級(jí)為32.5或42.5的普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可用于拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料，為在水泥初凝之前壓實(shí)時(shí)間充足，應(yīng)要求水泥初凝時(shí)間不小于3h（根據(jù)氣溫情況一般控制在4~5h較好）、終凝時(shí)間不小于6h。在達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡可能減少水泥劑量（一般控制在4%~5.5%之間）。

3.4 摻用添加劑

為了抵消水泥穩(wěn)定碎石的收縮裂縫，可混合料中添加Na2SO4、CaSO4、MgSO4，膨脹水泥等膨脹物質(zhì)以抵消基層的收縮裂縫。

3.5 加強(qiáng)施工過(guò)程的質(zhì)量控制

實(shí)踐證明，水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的幾率和程度，受現(xiàn)場(chǎng)施工控制的影響，在一定程度上也是施工組織管理、施工工藝水平的反映。只有在良好的施工管理前提下，減縮措施的效果才能得到反映。施工控制的主要內(nèi)容是加強(qiáng)集料的組織管理，保證集料級(jí)配與實(shí)驗(yàn)室配合比相符、水泥劑量準(zhǔn)確，保持基層材料強(qiáng)度的均勻性，控制碾壓層的厚度和含水量，提高基層的壓實(shí)度和整體穩(wěn)定性，并注意合理的養(yǎng)生。

實(shí)際上，許多收縮裂縫是由于不注重養(yǎng)生造成的。水分蒸發(fā)過(guò)大，或者時(shí)干時(shí)濕，甚至長(zhǎng)時(shí)間暴曬。水泥穩(wěn)定碎石在強(qiáng)度形成過(guò)程中，需要消耗水分，尤其是在強(qiáng)度形成初期，養(yǎng)護(hù)不良則收縮性大，同時(shí)材料自身的抗拉強(qiáng)度低，極易形成裂縫。因此，在鋪筑瀝青砼下面層前，要隨時(shí)做好基層的養(yǎng)護(hù)工作。

3.5.1 嚴(yán)格控制混合料質(zhì)量

混和料的級(jí)配、含水量及拌和均勻，直接關(guān)系到基層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必須從嚴(yán)控制。每天開盤后，按規(guī)定取混和料試樣檢查級(jí)配和水泥劑量，隨時(shí)在線檢查配比、含水量是否變化。高溫作業(yè)時(shí)，早晚與中午的含水量要有區(qū)別，要按溫度變化進(jìn)行調(diào)整，水泥劑量一般比室內(nèi)配合比確定的劑量增加0.5%，含水量較最佳含水量大1%左右。

3.5.2 確?；旌狭铣浞謮簩?shí)

混和料從加入水泥拌和到碾壓完畢的時(shí)間應(yīng)根據(jù)延遲試驗(yàn)確定，視氣溫情況一般控制在2~4h之內(nèi)，宜在最短的時(shí)間內(nèi)盡快完成壓實(shí)。碾壓應(yīng)遵循試鋪路段確定的程序與工藝，注意穩(wěn)壓要充分，振動(dòng)不起浪、不推移，遵循穩(wěn)壓—輕振動(dòng)碾壓—重振動(dòng)碾壓—膠輪穩(wěn)壓的程序，壓至無(wú)輪跡為止。只有混合料得到充分的壓實(shí)，其抗彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度才越大，抵抗裂縫的能力才越強(qiáng)。

3.5.3 高度重視養(yǎng)護(hù),盡早鋪筑面層

水泥穩(wěn)定碎石混和料壓實(shí)后，必須在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸鹊臈l件下養(yǎng)護(hù)一定的時(shí)間（至少7d），這期間是水泥充分水化后，保證基層強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)、增強(qiáng)抵抗收縮開裂的關(guān)鍵階段。保濕養(yǎng)生結(jié)束后，應(yīng)立即噴灑透層瀝青或下封層。之后盡快鋪筑瀝青面層，保護(hù)基層混合料不在自然條件下風(fēng)干和產(chǎn)生裂縫。實(shí)踐證明，半剛性基層的干縮裂縫主要發(fā)生在交工后的初期階段，當(dāng)基層上鋪筑瀝青面層以后，基層的含水量一般變化不大，此時(shí)半剛性基層收縮性轉(zhuǎn)化為溫縮為主，瀝青面層鋪筑對(duì)基層有良好的隔溫保護(hù)作用，可降低溫縮裂縫的產(chǎn)生。

3.5.4 注意不同的施工氣溫和施工季節(jié)

溫縮的最不利時(shí)間是水泥穩(wěn)定碎石基層處于最佳含水量附近同時(shí)氣溫又在0~10℃時(shí)，因此水泥穩(wěn)定碎石的施工要在當(dāng)?shù)貧鉁剡M(jìn)入0℃前一個(gè)月結(jié)束，以防止產(chǎn)生較嚴(yán)重的溫縮裂縫。同時(shí)也要避免在夏季高溫中午時(shí)段進(jìn)行施工，避免因氣溫高混合料的水分快速蒸發(fā)而影響水泥的水化作用和混和料強(qiáng)度的形成，降低其抵抗干縮裂縫的能力。

4 幾點(diǎn)建議

（1）施工單位應(yīng)根據(jù)自身能力，結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕l件和業(yè)主的部署要求，按照施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，編制切實(shí)可行的施工組織設(shè)計(jì)及作業(yè)指導(dǎo)書，報(bào)批后實(shí)施。

（2）選擇合適的機(jī)拌場(chǎng)地，劃定適宜的集料堆放場(chǎng)地。各種材料進(jìn)場(chǎng)必須由試驗(yàn)人員嚴(yán)格檢驗(yàn)，決不容許不合格材料進(jìn)場(chǎng)使用，只有認(rèn)真把好材料供應(yīng)關(guān)，才能保證水泥穩(wěn)定碎石基層強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

（3）必須嚴(yán)格按已審定的水穩(wěn)混合料設(shè)計(jì)配比方案換算成施工配比，認(rèn)真稱量配料，按程序進(jìn)行拌和施工，并定期對(duì)電子計(jì)量器進(jìn)行標(biāo)定。

（4）碾壓是鋪筑層成型、密實(shí)度提高的關(guān)鍵工序，必須按規(guī)范要求的機(jī)型、順序、遍數(shù)一絲不茍地認(rèn)真落實(shí)執(zhí)行。

（5）養(yǎng)生必須及時(shí)全方位進(jìn)行，如采用土工布覆蓋養(yǎng)生時(shí)，必須做到全路幅蓋嚴(yán)，特別是冬季施工，全面保養(yǎng)是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵措施。

5 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)致水穩(wěn)基層產(chǎn)生裂縫的因素很多，多種因素間又相互作用，成因較復(fù)雜。但是只要認(rèn)真分析裂縫的形成機(jī)理和產(chǎn)生裂縫的原因，從工程設(shè)計(jì)到施工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都加強(qiáng)質(zhì)量控制，并采取相應(yīng)的防治措施，就能夠減少或避免裂縫的產(chǎn)生，從而保證水泥穩(wěn)定基層的強(qiáng)度、板體性、穩(wěn)定性及耐久性，確保水穩(wěn)基層的使用品質(zhì)。

［1］程賢鵬,于寬彬,趙文姣.水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因及防治[J].山西建筑,2007,33(16):282-283.

［2］楊春,廖成剛.道路水穩(wěn)碎石基層裂縫防治初探[J].科學(xué)咨詢（決策管理）,2008(17).