水泥穩(wěn)定碎石層基礎(chǔ)抗裂性能分析

王輝

摘 要：水泥穩(wěn)定碎石層是高級公路主要基礎(chǔ)，但在實際工作中水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)的問題越來越多，尤其以裂縫問題最為嚴(yán)重，每年因裂縫問題所產(chǎn)生的質(zhì)量影響已經(jīng)成為主要因素，所以，提高水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量必須對其基礎(chǔ)抗裂性進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石層；結(jié)構(gòu)分類，級配；抗裂性

中圖分類號：U416.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0157-01

1 水泥穩(wěn)定碎石層的結(jié)構(gòu)分類

水泥穩(wěn)定碎石層的基層分類很多，不同材料的性能直接決定水泥穩(wěn)定碎石層基層的穩(wěn)定性。不同的材料、級配、粒徑等都能形成良好的結(jié)構(gòu)比例，另外，基層混合料中含水率和材料空隙率也直接影響著整體材料變化，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定造成較大影響。不同材料組成的碎石層基礎(chǔ)的抗裂性也會出現(xiàn)不同。根據(jù)材料粒徑和結(jié)構(gòu)特點會形成不同的材料結(jié)構(gòu)，大致分為懸浮密實結(jié)構(gòu)、骨架密實結(jié)構(gòu)和骨架孔隙結(jié)構(gòu)三類。

1.1 懸浮密實結(jié)構(gòu)

這種水泥穩(wěn)定層與材料的級配關(guān)系密切，材料的粒徑帶有連續(xù)性，材料粒徑通常由小至大，逐漸增加。根據(jù)粒子干涉理論來講，在避免次級集料和主要集料排列發(fā)生沖突時，較小粒徑的集料必須在數(shù)量上大于次級集料。水泥穩(wěn)定碎石基層材料可以相互滲透，使大粒徑級配碎石之間可以滲透小粒徑碎石，并且經(jīng)過多級的密實和碾壓可以獲得最大密實度。但是這種級配的缺陷在于集料會被分種類隔離，形成不了相互依靠的骨架，使相近層的集料相互懸浮。

1.2 骨架空隙結(jié)構(gòu)

這種級配形式多以混合料的形式存在，形成原因在于混合料之間遞減系數(shù)不斷加大。粗集料的比例發(fā)生變化，細(xì)集料變的較少，粗集料在碾壓過程中形成骨架空隙。由于細(xì)集料數(shù)量較少，就會出現(xiàn)不能直接填滿的粗集料系數(shù)，使其形成骨架空隙結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的孔隙率較大，容易滲水。

1.3 骨架密實結(jié)構(gòu)

通過觀察發(fā)現(xiàn)懸浮密實結(jié)構(gòu)和骨架空隙結(jié)構(gòu)都存在一定的局限性，所在在基礎(chǔ)混合料進(jìn)行細(xì)加工會得到粗集料的骨架和細(xì)集料的填筑效果。根據(jù)材料的縮裂機理進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)任何礦物顆粒都具備較小的熱縮性。而使用膠結(jié)物的材料自身有著很大的熱漲縮性，形成的細(xì)料要大于表面積。巨大部分新生膠結(jié)物會覆蓋在表面，基層材料通過膠結(jié)性和細(xì)集料產(chǎn)生了新的基層，這種新基層類似于砂漿。雖然有一定的收縮性表現(xiàn)較好，但是細(xì)集料少能夠提高膠結(jié)料強度。同時這種材料在借配選擇上連續(xù)性較強，施工質(zhì)量容易被控制，在骨架空隙中結(jié)構(gòu)混合料的砂漿數(shù)量不多，直接降低了工程成本。粗集料之間的擠密性和膠結(jié)材料的結(jié)合使整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能最大化，但是需要注意控制施工質(zhì)量，避免離析。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層材料組成級配理論

要避免水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫就要在保證孔隙率的情況下保證集料之間能夠處于精密的狀態(tài)。所有的混合料都要在保證強度的前提下擴展級配性質(zhì)。材料的連續(xù)性和間接級配都是重要的材料控制物質(zhì)，材料的級配性質(zhì)必須保持連續(xù)性，所有的集料要重小到大按計算比例混合。級配混合材料會形成平順圓滑，連續(xù)級配在分類上又分為連續(xù)密集型和連續(xù)開級配，級配的劃分要以一種礦料為基礎(chǔ)劃分出多個等級，以此形成連續(xù)的混合級配，目前在常用的級配理論下可以涉及到最大密度曲線。這種理論不僅能產(chǎn)生連續(xù)級配同時加強間距級配的合理性。

水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性和整體強度有關(guān)，例如集料內(nèi)的摩擦力和填充物進(jìn)行沾結(jié)，除了保證水泥穩(wěn)定碎石基層材料中骨料緊密排列，形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，還要保證水泥砂漿能夠填滿骨料的分析，使填充力和骨架結(jié)構(gòu)能夠成為整體，這就能夠形成良好的水泥碎石基層，其也成為提高基層抗裂的必要條件之一。

在級配理論下，不同的粒徑集合料組成在儀器所形成的最大密度值使其保證強度。在級配設(shè)計中要遵循如下三個步驟，首先對粗集料設(shè)計時要使骨料結(jié)構(gòu)作為主要設(shè)計方向。使骨料孔隙做到最為合理，其次是合理的布置設(shè)計方法，使細(xì)集料之間能夠通過理論計算，形成強大的粘合力，并且調(diào)整好細(xì)集料的配合比。最后要注意試驗級配和理論計算級配能夠相互符合和合理填充，使其形成良好的骨架密實結(jié)構(gòu)。

3 收縮性能分析

收縮性是水泥穩(wěn)定碎石混合料的基礎(chǔ)性能之一同時也是形成裂縫的主要原因之一，所以施工中要控制好收縮性就要從兩個方面進(jìn)行入手，首先減少水分的配合比，保證材料的干燥和收縮程度，其次是降低溫度收縮影響。對于在自然條件下的水泥穩(wěn)定碎石基層，經(jīng)過一段時間后會收縮變形。這一過程會出現(xiàn)有規(guī)律的裂縫，并且進(jìn)一步發(fā)展最終形成反射性裂縫，這也就水泥穩(wěn)定碎石混合料出現(xiàn)裂縫的原因之一，所以在水泥穩(wěn)定碎石混合料的使用上要保證良好強度之外將收縮性作為主要控制方向。

3.1 溫度收縮機理

收縮力論是材料的重要物理性理論，它能夠使物體在溫度的影響下，自身的微觀粒子出現(xiàn)熱運動，并且保證雜亂無章的運行軌跡，使物理形態(tài)發(fā)生偏移。當(dāng)溫度變化越明顯熱運動的程度就越嚴(yán)重，這使物理內(nèi)能和物質(zhì)的熱振幅發(fā)生增加，這就形成了物體的體積膨脹，溫度在下降過程中會使物質(zhì)的粒子形態(tài)發(fā)生衰減，迫使物體內(nèi)部的微觀粒子熱振幅降低，使物體集體呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。以水泥穩(wěn)定碎石層為例，當(dāng)發(fā)生溫度收縮機理時所有的材料都是以混合物的形態(tài)出現(xiàn)。所以這就使這些材料容易于其中的水相互放映生成帶一定濃度的電解質(zhì)溶液。這些電解質(zhì)容易和材料物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時材料結(jié)構(gòu)中的孔隙和氣體相互結(jié)合，就能夠形成空間結(jié)構(gòu)物的礦物和水泥化膠結(jié)物。這種物質(zhì)主要包括以固相表面吸水和結(jié)晶的結(jié)構(gòu)水，內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)存水和孔隙水，以氣體形態(tài)存在于空隙之間的水。這三種水形態(tài)都是受溫度收縮性的影響，并且水和不同的物質(zhì)容易生成不同的礦物，這使結(jié)晶和非結(jié)晶物質(zhì)之間的溫度收縮性差異較大。溫度發(fā)生變化后，不同的熱脹冷縮性會在固體顆粒之間發(fā)生膠結(jié)，并且產(chǎn)生強大的內(nèi)應(yīng)力，使具體的固相顆粒之間相互制約或約束。

物質(zhì)在熱脹冷縮時都會生產(chǎn)較多液體和氣體，并和外界溫度形成固相綜合效益，但是這些混物所形成的孔隙貫通能夠降低這種效益的影響，在降低這種影響時，會根據(jù)混合料中的孔隙進(jìn)行貫通，使氣相之間的綜合效益降低為零。

3.2 晶體熱脹冷縮性

水泥穩(wěn)定碎石混合料中有很多硅質(zhì)晶體，這些材料在空間中能夠處于有規(guī)律的排列特性，同時這些材料在化學(xué)變化中能夠相互約束。所以水泥穩(wěn)定碎石中的很多材料具有晶體熱學(xué)特性。晶體熱脹冷縮性是水泥穩(wěn)定基層的脹裂現(xiàn)象和整體材料的添加劑有著一定的關(guān)系，晶體膨脹主要能夠影響到基層形成密度，但是晶體熱脹冷縮性在工程接縫處十分明顯。在施工階段，級配碎石料的混凝土拌和性差距較大，在水灰比不能良好控制時，就不能達(dá)到正常的工作狀態(tài)，容易形成強度降低生成列分。其次，在接縫處如果一方面材料密度分布不均勻，就會使水泥混凝土路面發(fā)生拱脹破壞，控制晶體熱脹冷縮性的有效辦法就是減少接縫，目前看來，減少路面接縫也是未來施工技術(shù)的發(fā)展趨勢。

4 結(jié) 語

上文對水泥穩(wěn)定碎石的抗干縮能力進(jìn)行分析，將收縮性要點作為主要分析對象。通過拌合料結(jié)構(gòu)的改變以提高水泥穩(wěn)定碎石的密度，使材料結(jié)構(gòu)和強度得到提高。其次，針對材料的冷縮性原理進(jìn)行分析，找到材料的收縮特性和熱脹性的平衡點，使材料能夠的物理性和化學(xué)性得到改變。

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