水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究

陳兵衛(wèi)

嵩縣公路管理局 河南嵩縣 471400

1 抗裂性水泥穩(wěn)定碎石

1.1 水泥穩(wěn)定碎石作用原理

水泥穩(wěn)定碎石是以級(jí)配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)。其壓實(shí)度接近于最大密度，強(qiáng)度主要靠碎石間的嵌擠鎖結(jié)原理，同時(shí)有足夠的灰漿體積來填充骨料的空隙。它的初期強(qiáng)度高，并且強(qiáng)度隨齡期而增加很快結(jié)成板體，因而具有較高的強(qiáng)度，抗?jié)B度和抗凍性較好[1]。

1.2 抗裂性水泥穩(wěn)定碎石的提出

盡管水泥穩(wěn)定碎石具有高強(qiáng)度、低造價(jià)以及很好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，但水泥穩(wěn)定碎石基層屬于偏脆性的材料，投入使用的過程中，很容易因受潮濕、溫度等因素的影響，在后期出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫后，瀝青面層與半剛性基層之間往往會(huì)形成一個(gè)薄弱點(diǎn)，而長(zhǎng)期受到荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同影響，瀝青面層底面應(yīng)力會(huì)在該點(diǎn)集中，較薄的瀝青面層極易出現(xiàn)開裂，加之交通、氣候等外界因素的影響，裂縫會(huì)愈演愈烈。

這些問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致路面的使用性能下降，影響到交通的舒適度，甚至?xí)绊懻麄€(gè)路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，所以解決這個(gè)問題是一項(xiàng)重要的內(nèi)容?；谶@一方面考慮，具有抗裂性的水泥穩(wěn)定碎石的設(shè)計(jì)逐漸受到重視，選用抗裂性水泥穩(wěn)定碎石不僅可以提高基層的質(zhì)量，也可以提高路面的使用期限。

2 抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層施工控制的關(guān)鍵點(diǎn)

第一，控制道路施工工藝流程。道路在長(zhǎng)期的使用中，容易受到降雨等因素的影響，大量的水分存留在橋面上，并逐漸滲透到基層結(jié)構(gòu)中，影響公路的使用周期。而合理控制施工工藝能夠提高抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層的質(zhì)量，進(jìn)而為道路橋梁施工質(zhì)量提供保障。因此，公路施工中應(yīng)控制抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層的工藝流程。

第二，原材料的質(zhì)量是施工控制關(guān)鍵點(diǎn)之一。為保證抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層的質(zhì)量，需要嚴(yán)格把關(guān)，控制原材料的質(zhì)量；同時(shí)，需要結(jié)合公路施工的需要，控制抗裂性水泥的配比，利用強(qiáng)度計(jì)算公式，計(jì)算出準(zhǔn)確的配比率，并進(jìn)行試驗(yàn)，直至抗裂性水泥滿足施工要求。

第三，風(fēng)險(xiǎn)控制是公路施工的要素。公路施工的風(fēng)險(xiǎn)控制影響抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層的質(zhì)量，影響公路整體的質(zhì)量。因此，需要利用風(fēng)險(xiǎn)控制的形式加強(qiáng)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的分析，全面掌握施工環(huán)節(jié)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制定預(yù)防措施。此外，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行追蹤，觀察風(fēng)險(xiǎn)處理后的情況，分析影響公路施工質(zhì)量的潛在風(fēng)險(xiǎn)，便于及時(shí)對(duì)施工做出調(diào)整，從而發(fā)揮出抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層在公路工程施工中的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值[2]。

3 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫成因分析

水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的產(chǎn)生原因和裂縫形式是多方面的，且各影響因素之間相互關(guān)聯(lián)。

3.1 水泥劑量大

水泥用量的多少?zèng)Q定著水穩(wěn)碎石材料的強(qiáng)度、彈性模量、溫縮及干縮系數(shù)。水泥劑量越高，其強(qiáng)度和彈性模量相應(yīng)增加，但是收縮系數(shù)也隨之增加，致使水泥穩(wěn)定碎石在使用中很容易產(chǎn)生裂紋。水泥劑量增加時(shí)，收縮應(yīng)力的增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)大于材料強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率，因此水泥劑量高的基層更易產(chǎn)生收縮裂縫。水泥劑量大的原因包括：成型方式不匹配，施工單位擔(dān)心壓實(shí)度過百而減少壓實(shí)遍數(shù)造成壓實(shí)度不足，為增加強(qiáng)度便加大水泥劑量；室內(nèi)靜壓成型方式與室外振動(dòng)施工不匹配，調(diào)整級(jí)配對(duì)強(qiáng)度增加效果不大，于是就通過加大水泥劑量解決；連續(xù)式攪拌裝置的攪拌時(shí)間一般在10s以內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)很難攪拌均勻，為了保證使用強(qiáng)度，水泥用量普遍取高限值。

3.2 混合料不均勻

水泥等粉料及細(xì)料不能充分地均勻彌散和包裹粗骨料，經(jīng)常出現(xiàn)粗骨料表面出現(xiàn)干燥露白現(xiàn)象，且拌和物各分組之間的黏聚力不足，混合料的攪拌不均勻，導(dǎo)致在裝卸、運(yùn)輸、攤鋪過程中出現(xiàn)離析，形成基層裂縫。

3.3 材料類型和細(xì)料用量

水泥穩(wěn)定碎石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要取決于集料顆粒間的摩阻力和嵌擠力、水泥與集料之間的黏結(jié)力。懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石混合料中含有大量細(xì)料，粗集料少且沒有接觸，因此不能形成骨架，這種水泥穩(wěn)定碎石表現(xiàn)為黏聚力較高，但是摩阻力較小且穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致基層開裂；骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)中既有粗骨料形成嵌擠骨架，又有細(xì)集料填充間隙，細(xì)集料相對(duì)用量減少且密實(shí)度較高。此外，細(xì)集料比表面積大，遇水膨脹，具有較大的干縮系數(shù)，失水后干縮變形大。因此，細(xì)集料用量太大會(huì)導(dǎo)致干縮變形較大，更易產(chǎn)生基層收縮裂縫。

3.4 環(huán)境溫度變化

在基層鋪筑后，寒冷地區(qū)溫度驟降使基層材料收縮，若瀝青面層較薄則會(huì)產(chǎn)生溫度收縮，導(dǎo)致基層材料的拉應(yīng)變或拉應(yīng)力急劇增大，超過基層材料的抗拉強(qiáng)度或極限抗拉應(yīng)變后就會(huì)引起基層的開裂。半剛性基層一般選擇在高溫季節(jié)進(jìn)行鋪筑，成形初期未封閉，晝夜溫差反復(fù)作用在基層上，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，隨使用年限的增長(zhǎng)，最終產(chǎn)生疲勞裂縫[3]。

4 水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能體現(xiàn)措施

4.1 選擇合理的施工材料與設(shè)備

施工材料和設(shè)備是抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的主要內(nèi)容，屬于工程施工建設(shè)的基礎(chǔ)。選擇合理的施工材料，應(yīng)注意水泥、集料的選擇過程，水泥是穩(wěn)定碎石基層施工建設(shè)中主要的施工材料，一般運(yùn)用緩凝普通的硅酸鹽水泥。并且在一定程度上對(duì)水泥的凝固時(shí)間進(jìn)行控制，通常情況下，凝固時(shí)間最初掌握在3小時(shí)左右，再次凝結(jié)時(shí)間一般是6小時(shí)左右。在集料選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)集料運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行選擇。

4.2 保證水泥穩(wěn)定碎石的配料運(yùn)輸與實(shí)驗(yàn)

在施行抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)過程中，應(yīng)保證水泥穩(wěn)定碎石的配料運(yùn)輸與實(shí)驗(yàn)，水泥穩(wěn)定碎石工作完成后，一般選擇20t自卸汽車，運(yùn)輸拌和的配料到施工場(chǎng)地，并保證水泥穩(wěn)定碎石在運(yùn)輸途中未變質(zhì)。因此，應(yīng)對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行徹底清理，再對(duì)運(yùn)輸線路與行駛速度進(jìn)行規(guī)劃，避免運(yùn)輸過程中出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石混合料出現(xiàn)離析。拌和的水泥配料在運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)用土工布覆蓋，保護(hù)其安全性，避免散失水分，影響水泥穩(wěn)定碎石施工工作。攪拌水泥和碎石過程中，應(yīng)選擇400噸的拌和裝置進(jìn)行攪拌，再對(duì)穩(wěn)定碎石采取基本攪拌方式，使產(chǎn)量和攤鋪功能互相平衡，防止“等料”現(xiàn)象的發(fā)生。應(yīng)精確水泥的使用劑量，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)配，確定拌和機(jī)給水、給料的精確度，促使攪拌時(shí)應(yīng)用的水泥、碎石、水的比例符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 加強(qiáng)基層攤鋪與碾壓工作

在加強(qiáng)基層碾壓工作之前，應(yīng)進(jìn)行攤鋪水泥工作，采用試驗(yàn)施工，保證其長(zhǎng)度、碾壓機(jī)具、攤鋪厚度、碾壓次數(shù)為最優(yōu)的施工數(shù)據(jù)。水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行攪拌均勻后，運(yùn)用大于10噸的自卸汽車，將其運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)地，在進(jìn)行混合料攤鋪過程中，采取專用的、穩(wěn)定性較好的攤鋪機(jī)，并考慮松散系數(shù)，按照松散較高攤鋪均勻，攤鋪工作完成時(shí)，應(yīng)小于3小時(shí)。攤鋪工作完成后，需及時(shí)碾壓。碾壓工作在含水量超過最佳含水量后進(jìn)行，運(yùn)用輕型壓路與重型壓路機(jī)相結(jié)合的方式，對(duì)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行全面碾壓，避免設(shè)置過高的平曲線，并從兩側(cè)向中心碾壓，重疊輪寬為二分之一，碾壓次數(shù)為6-8次，碾壓速度控制為一1.4-1.6m/min。碾壓工作完成后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)壓實(shí)程度，確定是否達(dá)標(biāo)，嚴(yán)禁壓路機(jī)在碾壓后進(jìn)行急剎車或者掉頭，防止水泥穩(wěn)定碎石基層受損。

4.4 有效進(jìn)行養(yǎng)護(hù)施工工作

對(duì)水泥穩(wěn)定基層進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)工作，是提高施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，施工道路碾壓工作完成后，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)碾壓質(zhì)量，對(duì)未合格的部分，進(jìn)行重新碾壓，并及時(shí)與工作人員溝通，保證碾壓工作質(zhì)量，使其達(dá)到規(guī)范制度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，再開展后續(xù)的碾壓施工工作。其次，采用塑料薄膜或者透水無(wú)紡布的材料，覆蓋碾壓表面，經(jīng)過一段時(shí)間后，再對(duì)其表面進(jìn)行灑水，保證濕潤(rùn)程度。最后，由于抗裂型水泥的穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)所需時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，保證工程建設(shè)質(zhì)量[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)生裂縫的主要原因是

水泥含量大、混合料不均勻?qū)е码x析、材料類型選擇不合理及細(xì)集料用量過大、環(huán)境溫度變化產(chǎn)生等；嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、調(diào)整水泥組分細(xì)度、摻入其他材料如粉煤灰和纖維及選用骨架密實(shí)級(jí)配，可以有效減輕水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫；改善并加強(qiáng)施工質(zhì)量控制在一定程度上也可以有效地減輕水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫。