淺析夏季水泥穩(wěn)定碎石基層干縮性裂縫成因分析及防治

徐立志

（身份證號(hào)碼：320123198109173230）

淺析夏季水泥穩(wěn)定碎石基層干縮性裂縫成因分析及防治

徐立志

（身份證號(hào)碼：320123198109173230）

目前我國(guó)大部分地區(qū)高等級(jí)公路、城市主干道通常會(huì)采用水泥穩(wěn)定碎石作為道路基層使用材料。由于水泥穩(wěn)定碎石基層（以下簡(jiǎn)稱(chēng)水穩(wěn)基層）對(duì)水泥、集料、含水量及氣溫等要求較高，實(shí)際施工時(shí)常因工期限制，必須在夏季進(jìn)行基層施工，而此季節(jié)施工的水穩(wěn)碎石基層極易產(chǎn)生以干縮性裂縫為主的收縮裂縫，對(duì)道路使用壽命影響很大。本文通過(guò)對(duì)南京綠水灣北路工程水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出有效的處理措施。

干縮性裂縫；原因分析；控制要點(diǎn)；處理措施

1 基本概況

綠水灣北路工程位于南京市浦口區(qū)海峽兩岸科工園內(nèi)，道路等級(jí)為城市主干道，機(jī)動(dòng)車(chē)道及非機(jī)動(dòng)基層均采用4%水泥穩(wěn)定碎石鋪設(shè)，厚度分別是34cm和20cm。

2 裂縫調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在8月份施工的水穩(wěn)基層K1+500至K1+930段半幅共出現(xiàn)了26道裂縫，裂縫呈橫向分布，平均間距約20m，平均縫寬約2mm，最大縫寬約3mm。經(jīng)取芯查看，最大縫寬達(dá)到5cm，未出現(xiàn)貫穿性裂縫。

3 裂縫形成原因及定性分析

水穩(wěn)基層易產(chǎn)生收縮裂縫，其主要特征是在基層頂面出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫，起因是基層內(nèi)產(chǎn)生干縮、溫縮或兩者共同作用產(chǎn)生拉應(yīng)力大于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)引發(fā)表面開(kāi)裂。水穩(wěn)基層收縮裂縫發(fā)育程度，一是基于水穩(wěn)材料的干溫縮特性；二是基于施工工藝水準(zhǔn)；三是基于施工外部環(huán)境（暴曬、蒸發(fā)、低溫、溫差）等自然因素。

3.1 干縮裂縫產(chǎn)生機(jī)理

由于水分蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，其含水量會(huì)不斷減少，在不斷失水的過(guò)程中，水穩(wěn)基層內(nèi)部產(chǎn)生干縮應(yīng)力，體積產(chǎn)生收縮應(yīng)變，由于道路橫向約束較小，體積收縮應(yīng)變主要以產(chǎn)生均勻間距的橫向收縮裂縫為主。主要有三個(gè)方面的作用，具體如下：⑴毛細(xì)管張力作用。毛細(xì)水蒸發(fā)完后，由于相對(duì)濕度減小，混合料中的吸附水開(kāi)始蒸發(fā)，使顆粒表面水膜變薄、顆粒間距變小、分子間力增大，在分子吸引作用下，晶粒間距也減小，表現(xiàn)為宏觀體積的進(jìn)一步收縮。⑵層間水作用。混合料經(jīng)水化、蝕化作用，生成大量的晶體如C-S-H、C-A-H，它們和混合料中本身包含的非晶體層與層之間，存在著大量的層間水或水化離子。由于相對(duì)濕度下降，毛細(xì)水進(jìn)一步蒸發(fā)，致使層間水也隨之蒸發(fā)，晶格間距減小，從而引起材料的宏觀收縮。⑶碳化作用。是指混合料中游離的Ca(OH)2在與CO2反應(yīng)并生成CaCO3過(guò)程中，析出水分而引起的體積收縮。

3.2 溫縮裂縫產(chǎn)生機(jī)理

組成水泥穩(wěn)定碎石的集料、水和氣體在降溫過(guò)程中相互作用的結(jié)果，使壓實(shí)后的混合料產(chǎn)生體積收縮，即溫度收縮，一般以橫向貫穿性裂縫為主。主要作用機(jī)理如下：⑴ 固體顆粒的熱脹縮性。組成水泥穩(wěn)定碎石混合料的各組成均具有熱脹冷縮的特性，各組成單元體間相互作用的“綜合效應(yīng)”使水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫。⑵水對(duì)混合料溫縮的影響。當(dāng)溫度高于冰點(diǎn)時(shí)，水的存在會(huì)使其溫縮系數(shù)顯著增大；當(dāng)溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，在含水量較大的情況下，水的凍結(jié)會(huì)引起整體材料膨脹，從而使其溫縮系數(shù)減小。

3.3 國(guó)內(nèi)外研究表明：

⑴水泥是影響水泥穩(wěn)定碎石基層混合料干縮的主要因素，但對(duì)溫縮的影響不是非常顯著。隨著水泥用量增加，混合料干縮應(yīng)變和干縮系數(shù)增大，而溫縮應(yīng)變和溫縮系數(shù)略有下降。⑵水泥劑量增加，會(huì)導(dǎo)致干溫縮增大，裂縫增多；抗拉強(qiáng)度增大，裂縫寬度增加。⑶粗集料增加，混合料干縮應(yīng)變與干縮系數(shù)減小，而溫縮應(yīng)變?cè)龃?，溫縮系數(shù)略有增大。⑷干縮系數(shù)大小變化于100～400 με，溫縮系數(shù)變化于10～30 με ，綜合考慮干溫縮影響，施工初期干縮系數(shù)遠(yuǎn)大于溫縮系數(shù)。⑸環(huán)境溫度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層的溫縮性很敏感；含水量對(duì)溫縮性變化有一定影響。⑹基層施工過(guò)程中，含水量越大，蒸發(fā)散失的水分就越多，越容易產(chǎn)生干縮裂縫。

3.4 .裂縫定性分析

對(duì)照以上研究結(jié)論，調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)本工水穩(wěn)基層現(xiàn)場(chǎng)施工存在以下問(wèn)題：⑴設(shè)計(jì)水穩(wěn)基層的水泥含量為5%,水泥含量不低，且水穩(wěn)碎石混合料為購(gòu)買(mǎi)的成品料，未嚴(yán)格按照骨架密實(shí)型抗裂級(jí)配生產(chǎn)，理論上存在配比缺陷。⑵由于施工期間處在夏伏天，溫度高，料場(chǎng)離攤鋪現(xiàn)場(chǎng)距離較遠(yuǎn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)含水量偏高。⑶由于工期緊，白天氣溫高仍進(jìn)行水穩(wěn)攤鋪，未能避開(kāi)高溫。

綜上所述，本工程出現(xiàn)的裂縫應(yīng)為干縮性為主的收縮裂縫。

4 裂縫控制要點(diǎn)

4.1 原材料及配合比控制

4.1.1 水泥

水泥標(biāo)號(hào)不能太高，采用32.5普通硅酸鹽水泥為宜；夏季高溫作業(yè)時(shí)，散裝水泥入罐溫度不能高于50攝氏度；夏季施工時(shí)，氣溫較高，為保證水穩(wěn)基層施工時(shí)有足夠的時(shí)間運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí)，水泥終凝時(shí)間應(yīng)盡可能達(dá)到10h；水泥劑量控制在4～5% 之間為宜。

4.1.2 集料

壓碎值不大于30%，針片狀含量不大于15%，硫酸鹽含量不超過(guò)0.25%、有機(jī)質(zhì)含量不超過(guò)2%、泥土雜物含量小于1%集料中小于0.5mm的顆粒做液限和塑性指數(shù)試驗(yàn)，要求液限小于28%，塑性指數(shù)＜9。

4.1.3 含水量

夏季施工時(shí)，考慮到混合料在運(yùn)輸、碾壓過(guò)程中還有水分蒸發(fā)很快，含水量應(yīng)控制在比最佳含水量大 1% 左右，還要根據(jù)施工時(shí)的時(shí)間段、運(yùn)距及車(chē)輛配備等情況做適時(shí)調(diào)整。切記不可灑水碾壓，容易灑水掉漿，反而會(huì)產(chǎn)生裂縫。

4.1.4 集料配合比

生產(chǎn)配合比按照骨架密實(shí)型抗裂水穩(wěn)設(shè)計(jì)，要確保4.75mm礦料通過(guò)率接近中值，4.75mm以上通過(guò)率偏上限，增加粗骨料的含量；嚴(yán)格控制0.075mm以下石粉含量。

4.2 施工控制要點(diǎn)

4.2.1 攤鋪施工要點(diǎn)

為避免縱縫出現(xiàn)，機(jī)動(dòng)車(chē)道路幅較寬時(shí)采用 2臺(tái)攤鋪機(jī)呈梯形同步作業(yè)，前后距離控制在5—10m。攤鋪機(jī)攤鋪水穩(wěn)時(shí)，速度控制在3—4m/min，攤鋪壓實(shí)后厚度每層不超過(guò)20cm，保持勻速，連續(xù)作業(yè)。2臺(tái)攤鋪機(jī)之間的搭接點(diǎn)，在碾壓前安排專(zhuān)人平整，測(cè)量員隨時(shí)對(duì)攤鋪后的標(biāo)高進(jìn)行核對(duì)。

4.2.2 碾壓施工

碾壓時(shí)因注意壓路機(jī)不得隨意停頓、掉頭、急剎。遵循先輕后重，先靜后振，先慢后快，直線段由邊緣向中心碾壓，超高曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)碾壓，每道碾壓與上道碾壓相重疊1/2輪寬，后輪必須超過(guò)兩段的接縫處。

4.3 養(yǎng)護(hù)期控制

攤鋪碾壓完成，及時(shí)覆蓋麻袋、土工布，并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

4.4 環(huán)境控制

水穩(wěn)基層在夏季施工時(shí)，盡可能避開(kāi)白天高溫時(shí)段施工，盡量利用早晚時(shí)間施工；宜設(shè)置縮縫，縫深不小于基層厚度1/4，并采用瀝青填縫。

5 裂縫處理措施

對(duì)裂縫處進(jìn)行處理：（1）對(duì)于裂縫縫寬在1.5mm以下，且縫隙只在表層的，用鼓風(fēng)機(jī)吹凈表面后，直接在裂縫處鋪設(shè)玻纖格柵（GSB60/GE），并用加裝鐵皮的鋼釘固定。玻纖格柵搭接處要求縱向搭接寬度不小于15cm，橫向搭接寬度不小于10cm。施工時(shí)要求玻纖格柵鋪設(shè)平整，拉伸有力且無(wú)破損。（2）對(duì)于裂縫縫寬在1.5—3mm之間，進(jìn)行灌縫處理。即在施工前對(duì)裂縫段表面使用鼓風(fēng)機(jī)吹凈浮塵、石粒，灌縫材料選用改性乳化瀝青。灌縫時(shí)選用噴槍灌縫，每道裂縫灌注一遍后，觀察片刻若乳化瀝青還在向下滲進(jìn)，則待破乳后繼續(xù)灌進(jìn)，直至灌滿(mǎn)為止。（3）對(duì)于裂縫縫寬在 3mm—5mm，則需要同時(shí)采用以上兩種方法，即先在水穩(wěn)層裂縫處采用改性乳化瀝青灌縫，完成后鋪設(shè)玻纖格柵。

6 結(jié)束語(yǔ)

按照本文預(yù)防措進(jìn)行控制，本工程后期施工的水穩(wěn)基層裂縫數(shù)量大幅度減少，得到了業(yè)主、監(jiān)理一致好評(píng)，產(chǎn)生了較大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，也為企業(yè)今后水穩(wěn)基層在高溫季節(jié)施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1997.

[2]方新雨、曾輝. 半剛性基層收縮裂縫成因分析及防治.2005

[3]陳志明.蘇通大橋北接線水穩(wěn)基層裂縫防治措施探討[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2010,(1):20-22.

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1007-6344（2017）10-0009-01