水泥穩(wěn)定碎石基層材料微裂技術(shù)研究

明利丹

摘 要：基層是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，其主要任務(wù)是保證在行車荷載和自然因素作用下，公路使用壽命內(nèi)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p害。然而，水泥碎石基層施工后，往往會(huì)由于干縮、溫縮等因素產(chǎn)生裂縫。隨著病害的進(jìn)一步擴(kuò)散甚至?xí)瓷涞矫鎸?，產(chǎn)生反射裂縫，進(jìn)而影響基層強(qiáng)度、剛度，最終會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)，危害車輛行駛安全。為此，本文在全面了解微裂技術(shù)及作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程案例，提出了微裂施工方案，并進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)與分析。

關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石基層;微裂技術(shù);工程概況

中圖分類號(hào)：U416.214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)里程越來越長(zhǎng)，瀝青路面以其優(yōu)異的路用性能和舒適的行車感，倍受國(guó)內(nèi)外公路行業(yè)的青睞，并被廣泛用于高等級(jí)公路建設(shè)。[1]然而，在公路建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大的同時(shí)，瀝青路面病害問題也愈加嚴(yán)重，尤其是水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫問題最為突出。微裂技術(shù)的應(yīng)用，可以防止形成長(zhǎng)或?qū)捔芽p，減少反射裂縫的發(fā)生率，有效提升路面施工質(zhì)量。

1 微裂技術(shù)及作用機(jī)理

微裂技術(shù)是指在攤鋪、碾壓水泥穩(wěn)定碎石基層之后，在養(yǎng)護(hù)前期便通過振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)基層進(jìn)行碾壓，從而形成又細(xì)又分散的網(wǎng)狀微裂縫。采用此類施工工藝，可以充分利用水泥穩(wěn)定材料的收縮作用，并形成收縮應(yīng)力，防止生成太長(zhǎng)或太寬的裂縫，減少反射裂縫的發(fā)生率。通過微裂技術(shù)的應(yīng)用，可以為抑制或控制水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫提供一個(gè)新的防治思路。[2]圖1為微裂后產(chǎn)生的網(wǎng)狀細(xì)裂縫圖。

通過微裂技術(shù)可以產(chǎn)生間距很小的細(xì)微裂縫網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。通過這種施工方式，很大程度上可以降低基層材料早期收縮應(yīng)力。同時(shí)，因?yàn)榛鶎硬牧衔⒘讯嗍┕び陴B(yǎng)護(hù)期的1-3天內(nèi)，時(shí)間較早，隨著水泥的水化作用，此類細(xì)裂縫將會(huì)逐漸自愈。加之隨著齡期的不斷增加，水泥穩(wěn)定碎石基層材料的強(qiáng)度也會(huì)隨之增長(zhǎng)，總體來講，微裂縫對(duì)路面結(jié)構(gòu)的整體承載能力不會(huì)造成太大影響。水泥穩(wěn)定碎石基層采用微裂技術(shù)的根本目的是為了降低收縮裂縫的產(chǎn)生幾率。[3]其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）微細(xì)裂縫具有良好的傳荷能力，且不會(huì)向路面反射，可大大減小裂縫寬度，避免大裂縫產(chǎn)生，減少裂縫數(shù)量。（2）早期養(yǎng)護(hù)時(shí)期，水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度損失僅是暫時(shí)的，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不斷增加，其強(qiáng)度將隨之增長(zhǎng)，并不會(huì)影響基層強(qiáng)度。（3）于基層材料整體結(jié)構(gòu)性能而言，微裂技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的不利影響，因此具有良好的施工效果。

2 工程概況

某公路工程是連接兩地的重要交通干線，伴隨沿線經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通流量越來越大，且存在嚴(yán)重的超載重載現(xiàn)象。原路面結(jié)構(gòu)厚度為42 cm，路面結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。通車多年后，路面出現(xiàn)了不同程度的病害問題，其中最為嚴(yán)重的病害為龜裂、坑槽等，為了恢復(fù)路面使用性能，充分利用原有路面材料，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。本文決定對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，采用了冷再生施工工藝，并采用水泥穩(wěn)定碎石替代原路面的二灰穩(wěn)定碎石基層材料，補(bǔ)強(qiáng)后的路面結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了保證工程質(zhì)量，在水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)期間，決定采用微裂技術(shù)進(jìn)行施工處理，以此提高路面施工質(zhì)量。

3 試驗(yàn)路段基層微裂方案

為驗(yàn)證微裂技術(shù)應(yīng)用效果，根據(jù)工程實(shí)際情況，在水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)期間選取了400 m長(zhǎng)的一個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行分析，將本試驗(yàn)段按照100 m劃分，共分為4個(gè)路段，按照相同微裂實(shí)施時(shí)間確定不同的微裂程度，為了方便施工現(xiàn)場(chǎng)控制，本文采用抗壓回彈模量反映微裂損傷程度。具體微裂方案如下：

A路段：本路段在水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)2d時(shí)進(jìn)行微裂處理，微裂程度為30%～40%;B路段：本路段在水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)2d時(shí)進(jìn)行微裂處理，微裂程度為40%～50%;C路段：本路段在水泥穩(wěn)定碎石基層養(yǎng)護(hù)2d時(shí)進(jìn)行微裂處理，微裂程度為50%～60%;D路段：本路段為對(duì)比路段，不做微裂處理。

按照上述要求，在水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪、碾壓施工結(jié)束后，在養(yǎng)護(hù)2天時(shí)進(jìn)行不同微裂處理。本路段微裂施工中，微裂損傷可通過抗壓回彈模量降低百分率控制，通過落錘式彎沉儀測(cè)定模量。微裂施工中采用22 t振動(dòng)壓路機(jī)，將振幅設(shè)為最大值，每振動(dòng)碾壓一遍，便可進(jìn)行一次回彈模量測(cè)定，待模量降至微裂損傷要求之后，便可暫停振動(dòng)壓實(shí)施工，并對(duì)微裂情況進(jìn)行詳細(xì)觀察。根據(jù)工程實(shí)際情況，上述四個(gè)路段微裂前基層模量均為845 MPa，不同路段22 t振動(dòng)壓路機(jī)碾壓遍數(shù)不同，其中A路段碾壓2遍，B路段碾壓4遍，C路段碾壓6遍，D路段不碾壓。微裂后所得模量及微裂程度如下：

A路段：微裂后模量為580 MPa，微裂程度為32%;B路段：微裂后模量為470 MPa，微裂程度為44%;C路段：微裂后模量為375 MPa，微裂程度為56%;D路段：本路段為對(duì)比路段，不做碾壓處理。

水泥穩(wěn)定碎石基層灑水養(yǎng)護(hù)2天后，通過振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓微裂處理之后，通過觀測(cè)可發(fā)現(xiàn)，路面分布有大量細(xì)而分散的網(wǎng)狀微裂縫，不同路段的微裂損傷程度也有所不同，如下圖所示，其中圖3為A路段30%～40%微裂程度的基層裂縫情況，圖4為B路段40%～50%微裂程度的基層裂縫情況，圖5為C路段50%～60%微裂程度的基層裂縫情況。[4]這些不同程度的微裂縫的產(chǎn)生，將會(huì)大大減小水泥穩(wěn)定碎石材料在自身早期收縮作用下而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力，進(jìn)而防止出現(xiàn)更多大裂縫，損壞路面面層結(jié)構(gòu)。

4 試驗(yàn)路段質(zhì)量檢測(cè)分析

（1）7d抗壓回彈模量檢測(cè)。水泥穩(wěn)定碎石基層材料微裂處理之后，隨著齡期的不斷增加，材料模量將逐步恢復(fù)。在鋪筑試驗(yàn)段面層施工前，應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量，檢測(cè)結(jié)果如下：

A路段：實(shí)測(cè)7d模量結(jié)果為1265 MPa，室內(nèi)試驗(yàn)7d模量為1399 MPa，誤差為10.6%;B路段：實(shí)測(cè)7d模量結(jié)果為1205 MPa，室內(nèi)試驗(yàn)7d模量為1340 MPa，誤差為11.2%;C路段：實(shí)測(cè)7d模量結(jié)果為1165 MPa，室內(nèi)試驗(yàn)7d模量為1276 MPa，誤差為9.5%;D路段：實(shí)測(cè)7d模量結(jié)果為1510 MPa，室內(nèi)試驗(yàn)7d模量為1644 MPa，誤差為8.9%。

由此可見，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)7d抗壓回彈模量測(cè)量結(jié)果基本上可室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果相同，相差較小，可滿足規(guī)定要求。

（2）裂縫實(shí)際情況觀測(cè)。通過微裂技術(shù)的應(yīng)用，可以提升水泥穩(wěn)定碎石基層材料的抗裂能力，并能抑制或改善瀝青路面反射裂縫情況。為此，在試驗(yàn)路段開放交通之后，決定對(duì)其路面裂縫情況進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如下：

A路段：非貫通裂縫1條，未見貫通裂縫，裂縫率為1條/100 m;B路段：非貫通裂縫1條，未見貫通裂縫，裂縫率為1條/100 m;C路段：非貫通裂縫1條，貫通裂縫1條，裂縫率為2條/100 m;D路段：非貫通裂縫1條，貫通裂縫1條，裂縫率為2條/100 m。

通過上述分析可見，相比對(duì)比段D路段（未做微裂處理），A路段和B路段裂縫率較少，而C路段裂縫率并未減少。由此說明，水泥穩(wěn)定碎石基層材料在養(yǎng)護(hù)2天后進(jìn)行微裂處理，當(dāng)其抗壓回彈模量損傷程度在30%～40%、40%～50%的情況下，可達(dá)到減少裂縫產(chǎn)生的效果。而當(dāng)其抗壓回彈模量損傷程度在50%～60%的情況下，其抗裂效果一般。

基于上述考慮，認(rèn)為在水泥穩(wěn)定碎石材料養(yǎng)護(hù)2天后進(jìn)行微裂處理，且抗壓回彈模量損傷程度在30%～50%的情況下抗裂效果良好，且不會(huì)影響后期瀝青路面結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能，具有顯著的施工應(yīng)用效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，在養(yǎng)護(hù)初期，水泥穩(wěn)定碎石基層極易發(fā)生收縮裂縫，進(jìn)而產(chǎn)生路面反射裂縫。目前，防治半剛性基層瀝青路面反射裂縫的方法很多，比如，基層預(yù)鋸縫、設(shè)置級(jí)配碎石中間層等等。微裂技術(shù)是一種高效、方便、靈活的施工工藝，在抑制或減少水泥穩(wěn)定碎石基層反射裂縫方面，微裂技術(shù)的應(yīng)用具有顯著效果。本文結(jié)合具體案例，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)微裂程度控制及微裂縫自愈特性的研究成果，并綜合考慮微裂作用對(duì)水泥穩(wěn)定碎石材料收縮應(yīng)力的釋放以及材料后期的強(qiáng)度恢復(fù)情況，通過上述分析，可得出在水泥穩(wěn)定碎石材料養(yǎng)護(hù)2天進(jìn)行微裂處理，同時(shí)抗壓回彈模量損傷程度在30%～50%時(shí)，施工效果最佳，可達(dá)到預(yù)期微裂施工應(yīng)用要求。

參考文獻(xiàn)：

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