公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性分析

文/呂耀輝 江門市江海規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東江門 529000

由公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性將直接對(duì)基層質(zhì)量帶來影響，而為了確保施工質(zhì)量，就必須加強(qiáng)對(duì)其開裂類型的總結(jié)，分析其具體的原因，結(jié)合實(shí)際工程的需求，采取針對(duì)性的措施，切實(shí)提升其抗裂性能。

1、開裂類型與原因分析

1.1 開裂類型

在公路工程中，碎石基層材料的穩(wěn)定性較強(qiáng)，承受的荷載壓力和強(qiáng)度較高，促進(jìn)使用年限的提升，將開裂和病害的情況減少，就必須注重其抗裂性能的提升。但是在實(shí)踐中，水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的情況較為突出，使得路基結(jié)構(gòu)變形，進(jìn)而導(dǎo)致面層龜裂的速度加快。因此，為加強(qiáng)對(duì)其的預(yù)防，切實(shí)提升其抗裂性能，就必須對(duì)其開裂的類型結(jié)合日常維護(hù)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)：①面層裂縫的出現(xiàn)，導(dǎo)致基層中浸入水分和雜質(zhì)；②面層與基層出現(xiàn)貫通性裂縫，此時(shí)面層松散，基層密實(shí)；③基層開裂，面層無開裂。

1.2 開裂原因

一是基層開裂之后，隨著行車壓力的荷載作用，溫度、干縮使得面層發(fā)生反射性裂縫。常見的預(yù)防措施，主要是提升基層的荷載能力，以滿足行車需要，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，在厚度上達(dá)標(biāo)。而在此基礎(chǔ)上，就需要加強(qiáng)對(duì)溫縮裂縫控制，尤其是在設(shè)計(jì)和施工中要注意，才能有效預(yù)防。

二是面層承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度低，加上路面自身的問題，裂縫處承受的應(yīng)變壓力較大，長(zhǎng)期作用，加上路面質(zhì)量問題，存在裂縫，裂縫彎沉值較大，長(zhǎng)期受到荷載和溫度應(yīng)力作用，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)張，所以必須對(duì)其荷載傳遞能力進(jìn)行有效的改善和優(yōu)化。

三是日常施工管理不當(dāng)，路基的平整度和壓實(shí)度不足，出現(xiàn)不均勻的沉降，在薄弱部位形成裂縫[1]。

2、案例分析

某公路工程擬采取一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，雙向4 車道，路基寬度50m，為提升基層的抗裂性能，對(duì)其采用的半剛性基層材料進(jìn)行了抗裂試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下：

2.1 抗干縮性能的分析

干縮性能是影響基層抗裂性能的重要因素之一。因?yàn)榛鶎拥幕旌狭显谒饔孟拢旌狭现械乃种饾u散發(fā)，由于毛細(xì)管效應(yīng)和碳化收緊效應(yīng)下，使得半剛性材料的體積會(huì)收縮。而半剛性基層材料所處環(huán)境的溫濕度又在發(fā)生變化，所以干縮和溫縮的情況極易同時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)材料處于平衡狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部溫度降低，含水量上升，由于溫濕度的相互作用而對(duì)其脹縮率帶來影響。所以在本工程中，以中梁作為干縮試件。其規(guī)格是100×100×400mm，采取靜壓成型的方式在壓力機(jī)上成型，并將其控制在最佳含水量時(shí)，密度為最大干容量的97%來進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試件成型之后，采取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)達(dá)到養(yǎng)生齡期之后，在自然環(huán)境下進(jìn)行失水干燥處理，采取以百分表對(duì)其收縮率進(jìn)行測(cè)量，采取稱量的方式對(duì)其失水量進(jìn)行測(cè)定，最后測(cè)定的結(jié)果表明，若失水率小于1.8%，那么其干縮系數(shù)的變化較小，而若失水率大于1.8%，其失水率就會(huì)發(fā)生明顯變化。

2.2 抗溫縮性能的分析

在抗溫縮性能測(cè)定中，主要是采取三種不同的水劑量來進(jìn)行試驗(yàn)與比較，試件同樣是中梁，100×100×400mm，并在施工壓實(shí)度與含水量的工況下對(duì)其進(jìn)行靜壓成型，采取電測(cè)方式來得出其熱脹系數(shù)，通過本次的試驗(yàn)結(jié)果來看，含水量、集料、環(huán)境溫度對(duì)溫縮系數(shù)的影響最大。一般而言，當(dāng)水泥劑量發(fā)生變化時(shí)，相較于普通的水泥混凝土，其溫縮系數(shù)是1×10-5，且水泥劑量比水穩(wěn)碎石要高，因此水泥劑量不會(huì)對(duì)脹裂帶來影響。

2.3 力的變形情況分析

由于基層內(nèi)部的溫度變化較為平均，所以在對(duì)其水平方位的脹應(yīng)力和位移矩形計(jì)算時(shí)，水泥穩(wěn)定基層材料屬于溫度線彈性體，當(dāng)出現(xiàn)變形和發(fā)生變化前，其溫度是正比，按照線應(yīng)變公式進(jìn)行計(jì)算之后，可以得出溫度應(yīng)力與基層板的長(zhǎng)度無任何關(guān)聯(lián)。而體積則會(huì)隨著溫度的變化而變化，基層和低基層二者間的摩阻力變形后會(huì)發(fā)生牽制，進(jìn)而在基層內(nèi)部的溫度力量較大，尤其是位移之后，滑動(dòng)區(qū)和基層板的范圍距離并沒有關(guān)聯(lián)，所以滑動(dòng)區(qū)的影響主要受物理特征、溫差、摩阻力等受到影響，因此，當(dāng)摩阻力較大時(shí)，就能有效的控制滑動(dòng)區(qū)的范圍。而影響位移量的因素也與溫差和摩阻力有關(guān)，所以必須利用摩阻力來強(qiáng)化滑動(dòng)位移量的控制。

由此可見，通過本工程的試驗(yàn)分析來看，水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能，與路面的長(zhǎng)度沒有關(guān)系，而水泥劑量在整個(gè)基層材料中的漲縮系數(shù)影響較大，而漲縮系數(shù)的大小，主要取決于溫差和摩阻力，因此，抗裂性能的提升，需要加強(qiáng)對(duì)溫差的控制，注重摩阻力的控制，確保具有較大的摩阻力，就能有效的控制位移量，減少裂縫的產(chǎn)生，從而達(dá)到抗裂的目的[2]。

3、公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能提升的對(duì)策分析

3.1 加強(qiáng)基層溫縮的控制

在公路工程的水泥穩(wěn)定碎石基層中，其組成的材料主要是以混合物為主。在混合物中，有固態(tài)物質(zhì)和水，并在一定濃度下形成電解質(zhì)溶液，而固相部分就是空間骨架，借助水泥與不同礦物質(zhì)以及水之間的相互作用，就會(huì)形成膠狀結(jié)合物。而液相部分主要是不同固相表面吸附的水分、結(jié)晶層的水分、孔隙水和內(nèi)部結(jié)構(gòu)水等，固相礦物質(zhì)組成較大，結(jié)晶體與非結(jié)晶體均有熱脹冷縮的性能，使得溫度變化時(shí)，固相顆粒之間相互擠壓和膠合而形成一定的內(nèi)應(yīng)力，這樣顆粒之間就會(huì)互相制約。而隨著液相與固相的綜合效應(yīng)，就會(huì)形成水泥溫縮效應(yīng)，所以為了促進(jìn)其抗裂性能的提升，水泥穩(wěn)定碎石材料在水化過程中，需要提供足夠的水分，尤其是夏天施工時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石基層在鋪設(shè)之后，表面干燥的速度較快，表面水分蒸發(fā)速度較快，加上溫度影響，水泥內(nèi)部顆粒會(huì)急速膨脹，而內(nèi)部含水量加大之后，蒸發(fā)的水分較多，極易出現(xiàn)收縮，使得路基因?yàn)楦稍锒霈F(xiàn)開裂的情況。所以必須加強(qiáng)對(duì)基層的溫縮控制，確保施工的穩(wěn)定性，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，才能更好地控制基層溫縮，達(dá)到提升抗裂性能的目的。

3.2 加強(qiáng)基層干縮的控制

導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層干縮的原因主要分為三種，在實(shí)際控制中，我們需要緊密結(jié)合其發(fā)生的原因，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)生原因的控制。一是由于毛細(xì)管的張力作用導(dǎo)致的干縮，由于大孔隙內(nèi)的重力水散發(fā)的速度較快，并不會(huì)影響水泥穩(wěn)定碎石材料的體系，但是受到毛細(xì)管的張力作痛，導(dǎo)致毛細(xì)孔隙內(nèi)的水虧蒸發(fā)和散失，因此為強(qiáng)化對(duì)其的控制，需要在施工結(jié)束初期就加強(qiáng)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層材料的控制其出現(xiàn)干縮的情況。二是因?yàn)樵谖剿c分子間力的作用下導(dǎo)致，當(dāng)毛細(xì)管在張力作用之后，其相對(duì)濕度會(huì)逐漸減少，這時(shí)的吸附水與分子間的作用力就會(huì)發(fā)生變化，而固相物質(zhì)表面的水分就會(huì)逐漸減少，此時(shí)吸附水膜也會(huì)變小，使得顆粒間的距離就會(huì)增加，導(dǎo)致材料體積也會(huì)縮小，所以需要強(qiáng)化對(duì)其適度的空間。三是由于受到層間水的作用，毛細(xì)管的水分與吸附水會(huì)逐漸散發(fā)，而材料間的層間水就會(huì)繼續(xù)發(fā)揮作用，導(dǎo)致材料出現(xiàn)再次收縮的情況，這主要是因?yàn)椴牧现械膶訝罱Y(jié)構(gòu)較多所導(dǎo)致，所以當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石基層施工之后，由于水分蒸發(fā)和晾曬等，導(dǎo)致內(nèi)部材料的水分降低，加上收縮量變形導(dǎo)致地基內(nèi)部被束縛，其形成的內(nèi)部應(yīng)力大于材料自身強(qiáng)度之后，水泥穩(wěn)定碎石基層就會(huì)開裂。而為加強(qiáng)對(duì)其的預(yù)防，需要在施工前期在強(qiáng)度剛成型時(shí)就需要補(bǔ)充水分，并強(qiáng)化對(duì)其的氧化，采用土工布進(jìn)行加水覆蓋，盡可能地避免水分蒸發(fā)，確?；鶎颖砻娉睗穸炙疂?rùn)，直到基層毛細(xì)管和吸附水與層間水的散失逐步穩(wěn)定之后，具有一定的承載性能。一般而言，養(yǎng)護(hù)時(shí)間最低要一周，否則其抗裂性能就會(huì)大大降低。

3.3 強(qiáng)化日常管理和維護(hù)

由于基層抗裂性能不僅與溫縮和干縮有關(guān)，而且還與日常管理和維護(hù)有關(guān)，所以必須在日常運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)公路工程的管理和維護(hù)，加大對(duì)其的經(jīng)濟(jì)投入，減少路面的破壞，加強(qiáng)對(duì)其的排水處理，減少對(duì)路基的損壞，通過管理和維護(hù)，促進(jìn)其抗裂性能的保持。尤其是在公路工程施工中，需要切實(shí)強(qiáng)化原材料的管理，并且要對(duì)材料監(jiān)管體系進(jìn)行不斷的完善，嚴(yán)格把關(guān)水泥碎石的質(zhì)量。此外，在整個(gè)施工過程中，還要切實(shí)強(qiáng)化施工工藝流程的優(yōu)化，加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的控制，尤其是在碾壓方面，必須高度重視。碾壓之后，還要對(duì)其壓實(shí)度進(jìn)行檢查，若壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)，還要進(jìn)行返工處理，以確保基層施工質(zhì)量，強(qiáng)化其抗裂性能的提升和優(yōu)化[3]。

結(jié)語：

綜上所述，公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性的影響因素較多，所以我們需要加強(qiáng)對(duì)其開裂類型和原因的分析，并結(jié)合工程實(shí)踐，強(qiáng)化抗裂試驗(yàn)的開展，在施工中加強(qiáng)對(duì)材料和施工工藝的管理，在使用中強(qiáng)化對(duì)其的管理和維護(hù)，從多方面促進(jìn)其抗裂性能的提升。