半剛性基層裂縫形成的原因及防治

王 晉 津

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山西 大同　037005)

半剛性基層在國(guó)內(nèi)使用的頻率越來越高，這是一種常見的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于其強(qiáng)度高，耐久性較好，半剛性基層被廣泛使用。在廣泛使用的基礎(chǔ)上，也發(fā)現(xiàn)半剛性基層存在問題，半剛性基層的裂縫一直是半剛性基層的致命缺點(diǎn)。但是水穩(wěn)碎石剛度大，對(duì)溫度的敏感性以及濕度的敏感性非常強(qiáng)，非常容易因溫度以及濕度的變化而產(chǎn)生裂縫，降低道路的強(qiáng)度和使用性能[1]。為了提高基層的質(zhì)量必須對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

1　半剛性基層裂縫產(chǎn)生的原因

半剛性基層裂縫一般分為三種類型：溫縮裂縫、干縮裂縫、縱向裂縫。溫縮裂縫是指水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石溫度氣溫變化的情況下，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮，其基層表面的拉應(yīng)力超過材料的極限應(yīng)力出現(xiàn)裂縫。裂縫的大小隨著路基的彎沉和下基層的彈性模量、鋪筑厚度、養(yǎng)護(hù)條件都有一定的關(guān)系。路基的彎沉較大，材料的溫度反復(fù)變化的情況下導(dǎo)致變形較大出現(xiàn)應(yīng)力破壞。下基層的彈性模量過大，不能適應(yīng)氣候的變化，材料剛性過大，超過材料的極限模量發(fā)生剛性破壞。路面鋪筑厚度較大，材料承受破壞的彎曲和拉伸應(yīng)力較大，并且路面上裂縫的幾率較低。

干縮裂縫是水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石水化時(shí)需要水，水化的過程中需要兩次水化過程。水泥第一次水化的時(shí)候是其強(qiáng)度增長(zhǎng)初期所需的水量，該水化程度決定了水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度。二次水化的過程中直接決定了其強(qiáng)度的大小，如果水化過程充分，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)持續(xù)提高。這樣混合料就會(huì)產(chǎn)生收縮，材料之間的抗收縮力小于強(qiáng)度增長(zhǎng)的拉力，材料就會(huì)形成干縮裂縫。因此干縮裂縫的產(chǎn)生與材料、用水量有直接的關(guān)系。干縮裂縫產(chǎn)生時(shí)往往很細(xì)小,隨著水分繼續(xù)減少,裂縫會(huì)增寬到3 mm以上[2]。

縱向裂縫的產(chǎn)生一般是由基層不均勻沉降造成路面出現(xiàn)裂縫，該裂縫出現(xiàn)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)并且朝一個(gè)方向發(fā)展，波動(dòng)的寬度不大。但是在基層表面出現(xiàn)的裂縫，裂縫的位置不在相對(duì)應(yīng)的路基位置上。路基產(chǎn)生不均勻沉降，路面在外界荷載的作用下，基層會(huì)在受力最薄弱的地方發(fā)生破壞。其破壞形式對(duì)路面的危害比較大。

通過以上對(duì)裂縫出現(xiàn)幾種形式的分析可知，路基的壓實(shí)度、材料的含水量、配合比、施工碾壓都會(huì)對(duì)裂縫的產(chǎn)生有影響。所以在設(shè)計(jì)混合料和施工過程中應(yīng)注意以上因素。

2　半剛性基層裂縫的防治

縱向裂縫的防治比較簡(jiǎn)單，處理好路基的壓實(shí)度即可。但是在施工過程中由于檢測(cè)不到位和管理不到位，給基層裂縫留下隱患，以致反射到路面形成裂縫。這種裂縫的處理通常采用熱瀝青灌縫的方式，嚴(yán)重的洗刨處理。

預(yù)防干縮裂縫主要是設(shè)計(jì)合理的混合料、拌和的混合料規(guī)范，及時(shí)養(yǎng)護(hù)能有效的避免干縮裂縫的發(fā)生。在設(shè)計(jì)混合料的時(shí)候，首先要確定最佳含水量和最佳水泥劑量。在確定最佳含水量的時(shí)候按照規(guī)程的方法進(jìn)行檢測(cè)。也可以采用一張吸水的濾紙?jiān)诔尚偷脑嚰希^察濾紙上的斑點(diǎn)的分布情況。出現(xiàn)的斑點(diǎn)大約在3 mm～5 mm，一般可以確認(rèn)為最佳含水量。在確定最佳含水量的時(shí)候，一定注意水泥劑量的準(zhǔn)確性。最佳含水量與水泥劑量有密切的關(guān)系。在生產(chǎn)拌制的時(shí)候，水泥穩(wěn)定碎石拌合樓水泥劑量不穩(wěn)定的時(shí)候，濾紙測(cè)試的含水量就會(huì)變化，造成判斷失誤。生產(chǎn)過程中的混合料含水量根據(jù)工程的實(shí)際情況來確定，從裂縫的控制角度來講，含水量的控制位于下限，有利于裂縫的降低。由于二次水化的過程中，混合料水分不足，強(qiáng)度不會(huì)過高，裂縫產(chǎn)生的幾率就會(huì)減少。

在混合料養(yǎng)護(hù)的過程中，混合料的含水量較大，養(yǎng)護(hù)比較充分，混合料的強(qiáng)度顯著增加導(dǎo)致基層開裂。在調(diào)整裂縫的過程中，這是補(bǔ)救的方法，主要還是依靠混合料本身的級(jí)配為主要因素。

溫縮裂縫的防治主要是混合料設(shè)計(jì)方面的問題，設(shè)計(jì)的混合料應(yīng)該具備抵抗溫度變化的性能。增強(qiáng)混合料水泥膠漿的厚度，減少細(xì)集料的用量，適當(dāng)增加集料的空隙率，提高混合料的熱穩(wěn)定性。首先是增強(qiáng)水泥漿料的厚度，減少細(xì)集料的粉塵含量。現(xiàn)在新細(xì)則對(duì)0.075 mm顆粒含量要求比較嚴(yán)格。目前也出現(xiàn)一些新的設(shè)計(jì)級(jí)配如低劑量水泥穩(wěn)定碎石、抗裂型水泥穩(wěn)定碎石，都取得了良好的效果。2.36 mm，4.75 mm的通過量都是控制設(shè)計(jì)混合料細(xì)集料的用量，細(xì)集料用量減少可以降低路面的裂縫，但是混合料的抗沖刷能力降低。增加細(xì)集料的用量，必須考慮混合料的抗沖刷能力。因此，適量的細(xì)集料用量是關(guān)鍵，不能大幅度調(diào)整細(xì)集料用量，因此必須調(diào)整原材料的質(zhì)量。其次提高混合料攤鋪的均勻性，攤鋪的混合料不離析，材料均勻一致溫縮變化一致，減少裂縫的幾率。大于19.0 mm的碎石含量超過25%，在基層攤鋪的時(shí)候極易離析，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定考慮混合料的均勻性。攤鋪機(jī)攤鋪的時(shí)候混合料進(jìn)入絞籠的速度緩慢均勻，當(dāng)受料斗的料位低于1/3,不要收斗。應(yīng)該將下一輛料車到攤鋪機(jī)前，將料倒入受料斗進(jìn)行攤鋪，攤鋪的過程中要保持勻速攤鋪。保證混合料的均勻性。

混合料的養(yǎng)護(hù)對(duì)基層裂縫比較重要，首先是灑水均勻性和一致性。基層強(qiáng)度增長(zhǎng)前3天是關(guān)鍵期，灑水養(yǎng)護(hù)不均勻造成強(qiáng)度不均勻，膨脹收縮不一致，容易出現(xiàn)裂縫。如果設(shè)計(jì)的混合料強(qiáng)度過高，在養(yǎng)護(hù)條件較好的情況下，會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫。因此灑水養(yǎng)護(hù)是對(duì)混合料配合比設(shè)計(jì)的驗(yàn)證。

混合料的碾壓一般情況下都不很關(guān)注，壓實(shí)程度直接影響著無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度細(xì)則最高要求為5 MPa～7 MPa,如果壓實(shí)度超過100%，其強(qiáng)度不可避免的增加，并且可能超過規(guī)范要求的強(qiáng)度，就會(huì)出現(xiàn)溫縮裂縫。如果壓實(shí)度過小，則混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低，表面就會(huì)松散。

以上三種裂縫的產(chǎn)生都與配合比設(shè)計(jì)有關(guān)系。確定最佳水泥劑量與設(shè)計(jì)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度有關(guān)系，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與水泥的3 d膠砂強(qiáng)度有關(guān)系，通過基層取芯判定出來。如果取芯在2 d～3 d取出芯樣基層就有可能出現(xiàn)裂縫。在養(yǎng)護(hù)的時(shí)候適當(dāng)降低用水量，降低成型的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)的混合料在碾壓的時(shí)候，觀察混合料復(fù)壓時(shí)混合料變形不大，此種混合料抗壓能力較強(qiáng)，抵抗溫縮變形的能力強(qiáng)。其次觀察混合料料車傾倒的時(shí)候下滑面呈砂狀，不是弧形下滑，混合料存在產(chǎn)生裂縫的幾率就會(huì)降低。確定的最佳含水量在拌合控制的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)拌制混合料級(jí)配細(xì)集料的多少進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在拌合混合料時(shí)，裝載機(jī)上料級(jí)配均勻一致，含水量要穩(wěn)定。添加的含水量的加水裝置計(jì)量精度要穩(wěn)定準(zhǔn)確，都是控制最佳含水量的方式。

3　裂縫的處置

裂縫的處理一般是采用玻纖格柵處理。先確定裂縫的面積，然后清掃裂縫位置。用鋼釘將玻纖格柵固定好，再灑乳化瀝青。灑布完乳化瀝青再進(jìn)行檢查玻纖格柵的牢固程度。防止在瀝青混合料攤鋪的過程中被推移。

4　結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)基層裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，確定了溫縮裂縫、干縮裂縫、縱向裂縫三種方式的相關(guān)因素，分析了破壞的原因。確定了三種破壞的防治措施，在設(shè)計(jì)方面降低0.075 mm顆粒的通過量，細(xì)集料的用量要穩(wěn)定，兼顧裂縫和抗沖刷能力、適當(dāng)?shù)慕档突旌狭系暮坑欣诮档突鶎拥牧芽p。選擇合適的碾壓方案可以減少基層的裂縫。因此裂縫的防止和處置都是混合料設(shè)計(jì)與施工有機(jī)的結(jié)合體。