半剛性基層裂縫的防治技術(shù)

郭 勇

（新疆疆南路橋工程有限責(zé)任公司，新疆 阿克蘇 843000）

0 引言

半剛性基層作為我國公路工程路面結(jié)構(gòu)層的主要型式之一，具有承載能力強(qiáng)、強(qiáng)度較高以及施工工藝成熟等一系列優(yōu)點(diǎn)，并且半剛性基層具有較好的經(jīng)濟(jì)性，故在我國推行“強(qiáng)基薄面”設(shè)計(jì)理論的情況下，半剛性材料在公路工程施工中得到了廣泛的應(yīng)用。但是半剛性材料的收縮特性會(huì)導(dǎo)致半剛性基層容易出現(xiàn)各種形式的裂縫，甚至?xí)捎趹?yīng)力集中作用而將裂縫反射至路面層，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)的使用性能和使用壽命。因此，半剛性基層的裂縫成因以及防范半剛性基層裂縫的措施已經(jīng)成為當(dāng)前公路工程設(shè)計(jì)以及施工領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，這對于推進(jìn)半剛性基層的應(yīng)用和發(fā)展也具有重要的作用。

1 半剛性基層裂縫的特點(diǎn)及成因

1.1 溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫大多是以橫向裂縫為主，裂縫大多貫穿于半剛性基層層間，寬度通常在2mm以上，并且一般情況下會(huì)貫通路面的全幅，屬于較為明顯的裂縫。溫度收縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于半剛性基層材料是由固相、氣相以及液相三相組成，當(dāng)溫度下降時(shí)就會(huì)造成半剛性基層收縮，進(jìn)而導(dǎo)致半剛性基層處于受拉的狀態(tài)，又由于水泥穩(wěn)定材料的線膨脹系數(shù)固定，故當(dāng)收縮應(yīng)力超過半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生開裂。

1.2 干縮裂縫

造成半剛性基層出現(xiàn)干縮裂縫的原因主要是半剛性基層材料內(nèi)部含水量的變化。當(dāng)半剛性基層材料施工養(yǎng)生結(jié)束后，基層內(nèi)部的水分就會(huì)逐漸地蒸發(fā)，在半剛性基層內(nèi)部的毛細(xì)管張力、吸附水分子間力、層間水以及碳化收縮的作用下，半剛性基層材料會(huì)發(fā)生體積收縮，當(dāng)收縮應(yīng)力超過半剛性基層材料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成半剛性基層材料開裂。

1.3 不規(guī)則裂縫

不規(guī)則裂縫主要是指一些密集而且數(shù)量相對較多的橫向裂縫，裂縫的排列不規(guī)則而且不一定貫通。造成不規(guī)則裂縫出現(xiàn)的原因主要是半剛性基層材料的質(zhì)量問題，主要包括：

（1）半剛性基層材料水泥含量波動(dòng)較大，與半剛性基層材料的最佳水泥用量差別較大；

（2）粗細(xì)集料配比存在波動(dòng)，因?yàn)槭┕た刂茊栴}有可能造成細(xì)集料含量偏高，粗集料含量偏少，所以與級配曲線存在較大差異。

1.4 微細(xì)裂縫

微細(xì)裂縫并不十分明顯，通常在雨水浸濕后才能被發(fā)現(xiàn)。造成半剛性基層出現(xiàn)微細(xì)裂縫的原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）半剛性基層材料在生產(chǎn)拌和過程中的含水量控制不當(dāng)，攤鋪、碾壓等施工作業(yè)階段半剛性基層材料的含水量偏高進(jìn)而造成施工結(jié)束后半剛性基層出現(xiàn)一些細(xì)微收縮裂縫；

（2）半剛性基層材料生產(chǎn)過程中拌和不均勻，導(dǎo)致粗細(xì)集料離析，因此造成粗集料集中區(qū)域的松散以及細(xì)集料集中區(qū)域的開裂。

2 半剛性基層裂縫的防治措施

2.1 做好材料的選擇

避免半剛性基層材料開裂的關(guān)鍵在于做好水泥的選擇。應(yīng)該選擇收縮性較小并且安定性滿足技術(shù)要求的道路硅酸鹽水泥。水泥的初凝時(shí)間應(yīng)該盡可能控制在3h以上，終凝時(shí)間不得低于6h。為了避免半剛性基層材料出現(xiàn)裂縫，應(yīng)該避免使用各種快硬以及早強(qiáng)水泥。可以根據(jù)要求選擇水泥標(biāo)號為325或425的緩凝水泥。此外，對于粗集料以及細(xì)集料，除了按照公路工程相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行指標(biāo)控制外，還應(yīng)該在集料的收縮系數(shù)等指標(biāo)上進(jìn)行重點(diǎn)管理，從而避免由于過高的含泥量造成后期水泥穩(wěn)定碎石基層開裂，具體控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 集料的收縮系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2 優(yōu)化材料組成設(shè)計(jì)

半剛性基層材料的組成設(shè)計(jì)應(yīng)該按照公路強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，并按照公路施工技術(shù)規(guī)范提供的級配要求，根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石的最佳強(qiáng)度范圍確定水泥的用量以及最佳含水量。在半剛性基層材料的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該重點(diǎn)針對以下兩方面來完善半剛性基層材料的設(shè)計(jì)：首先對于水泥劑量的確定，如果選擇過高的水泥劑量，雖然會(huì)提高半剛性基層材料的強(qiáng)度以及剛度，但是水泥劑量越高，半剛性基層材料的干縮應(yīng)力也就越大，因而容易造成半剛性基層材料的開裂，所以應(yīng)該在滿足強(qiáng)度要求的前提下盡可能減少水泥用量；其次，應(yīng)該控制半剛性基層材料中集料的細(xì)料含量以及塑性指數(shù)，對于粒徑在0.075mm以下的細(xì)料應(yīng)該控制其含量比例不超過5%～7%，同時(shí)塑性指數(shù)應(yīng)該盡量小于4，通過這種措施避免由于細(xì)料含量過多而加重半剛性基層材料的干縮以及溫縮變形的出現(xiàn)。

為了避免水泥穩(wěn)定碎石基層后期出現(xiàn)各種裂縫，在水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該按照表2中的指標(biāo)進(jìn)行控制。

表2 水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)指標(biāo)

2.3 控制好施工階段半剛性基層材料的含水量

半剛性基層材料中的水分主要是為了滿足水泥的水化作用需求以及半剛性基層材料的壓實(shí)度要求，只有確保半剛性基層材料中具有足夠比例的水分，才能確保半剛性基層材料最終強(qiáng)度的形成。但是如果含水量過高，則容易造成半剛性基層材料在施工后期出現(xiàn)干縮的可能性增大，也就容易因水分的蒸發(fā)而導(dǎo)致裂縫。因此，為了避免半剛性基層材料的開裂，應(yīng)該嚴(yán)格控制半剛性基層材料的含水量，不僅要在施工過程中結(jié)合氣溫等氣候條件對半剛性基層材料的含水量進(jìn)行控制，并且要盡可能地將用于基層攤鋪的半剛性基層材料含水量的波動(dòng)幅度控制在1%左右。

2.4 控制好半剛性基層的碾壓施工工藝

首先，半剛性基層材料碾壓段落長度的劃分，應(yīng)該結(jié)合氣候、環(huán)境溫度等因素綜合確定，如果氣溫較高，容易造成半剛性基層材料中的水分迅速散失，因此應(yīng)該盡可能地縮短碾壓長度，否則應(yīng)該適當(dāng)延長碾壓長度，目的是避免由于半剛性基層材料表面迅速干燥造成裂縫產(chǎn)生。其次，應(yīng)該做好半剛性基層施工現(xiàn)場的壓實(shí)度控制工作，如果壓實(shí)度不足，就容易導(dǎo)致半剛性基層材料干縮應(yīng)變增加，即壓實(shí)度越高，半剛性基層材料的體積收縮越小，則抗收縮能力也就越強(qiáng)。最后，對于碾壓方式的選擇，應(yīng)該協(xié)調(diào)使用振動(dòng)壓路機(jī)以及膠輪壓路機(jī)，既要確保垂直層面的振動(dòng)壓實(shí)，同時(shí)也要借助膠輪壓路機(jī)的揉搓作用，確保半剛性基層材料骨架結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度的形成，進(jìn)而避免半剛性基層微裂縫的產(chǎn)生。

圖1為半剛性基層水泥穩(wěn)定碎石的攤鋪與碾壓施工作業(yè)現(xiàn)場實(shí)照。

圖1 半剛性基層水泥穩(wěn)定碎石的攤鋪與碾壓施工作業(yè)

2.5 完善半剛性基層材料的養(yǎng)生

在半剛性基層材料施工結(jié)束后應(yīng)該及時(shí)對其進(jìn)行保濕養(yǎng)生，以確保材料的含水量在半剛性基層強(qiáng)度形成之前不受損失。因此，應(yīng)該將半剛性基層材料的保濕養(yǎng)生管理作為防范半剛性基層材料出現(xiàn)裂縫的重要措施之一。由于半剛性基層施工作業(yè)主要集中在溫度相對較高的夏季，所以施工作業(yè)環(huán)境存在著氣溫高、水分蒸發(fā)迅速的特點(diǎn)，進(jìn)而容易造成半剛性基層材料在養(yǎng)生過程中出現(xiàn)干濕不均的問題，不僅不利于半剛性基層材料強(qiáng)度的形成，而且對于控制干縮裂縫和溫縮裂縫也十分不利。因此，對于半剛性基層材料，可以采取先保濕養(yǎng)生一天，然后采用乳化瀝青透層油的養(yǎng)生方式。乳化瀝青透層油能起到保溫、保濕的作用，以減小半剛性基層中的溫縮及干縮應(yīng)力，避免開裂。

3 結(jié)語

當(dāng)前半剛性基層開裂已經(jīng)成為我國公路建設(shè)面臨的重要問題，亟待解決。由于半剛性基層裂縫類型多種多樣，裂縫成因也各有不同，為了避免半剛性基層開裂，在半剛性基層施工階段，應(yīng)該嚴(yán)格按照施工工序進(jìn)行施工作業(yè)，同時(shí)嚴(yán)格控制施工材料的質(zhì)量、施工技術(shù)，避免由于施工方面的原因造成基層開裂，確保半剛性基層的整體施工質(zhì)量達(dá)到要求，避免后期路面面層反射裂縫的產(chǎn)生。

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