水穩(wěn)碎石裂縫原因分析與防治

1、論文題目：水泥穩(wěn)定碎石裂縫原因分析與防治 摘要:半剛性基層瀝青路面是由無機結合料穩(wěn)定底基層、基層和瀝青面層構成的路面結構形式。這種路面強度高、抗疲勞性能好，因此在我國公路建設中廣泛應用中，是路面的主要類型。但水泥穩(wěn)定碎石基層容易產生裂紋卻一直是一個不爭的事實，是一個有侍解決的問題。本文就其產生裂紋的原因進行了分析，并提出了防治技術。 關鍵詞：裂縫的現象及危害，產生的原因分析，預防，處理技術。 前言：以級配碎石作骨料，用一定數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，稱之為水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫。由于水泥穩(wěn)定碎石的整體強度、剛度、水穩(wěn)性較好，目前高等級公路大多采用水泥穩(wěn)

2、定碎石來做基層。 水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性結構。水泥穩(wěn)定碎石基層易產生裂縫的問題是一直想方設法研究解決的問題。這種裂縫是很有規(guī)律性的，一般在基層頂面橫向每隔510米一條，縫寬0.54mm左右。出現較早時在水穩(wěn)基層攤鋪完成后一個月內就開始出現，晚的在瀝青砼路面通車后一至二年內開始出現，這是由于水泥穩(wěn)定基層裂縫反射上去造成的?；鶎恿芽p的危害有二個方面：一是降低基層的整體強度，二是發(fā)展后會形成反射裂縫，使瀝青砼路面相應出現有規(guī)則的橫向裂縫、起拱。出現第二種情況后，若不及時處理，雨水從裂縫內向下滲透，瀝青砼和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復沖擊下，就會使瀝青砼中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基

3、層的細集料形成灰漿被擠壓出路面，瀝青砼路面出現坑洞、碎裂、松散，造成瀝青砼路面早期破損，影響使用壽命。基層裂縫的危害在我省內的國道、省道、高速公路極為常見，直接影響到了路面行車的質量和舒適度。1. 裂縫產生的原因分析 根據現場調查分析，雖然基層裂縫有種種特征，但總的來說水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產生的原因可歸結為三大原因： 11干縮性裂縫干縮性裂縫的情況分為二種，一是水泥穩(wěn)定碎石壓實成型到正常養(yǎng)護期（一般為7天）的干縮；二是養(yǎng)護期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青砼面層這段時間的干縮。其機理基本上是一樣的，只是其損害的程度有所不同。 水泥穩(wěn)定碎石壓實成型到正常養(yǎng)護期（一般為7天）期間，由于混合料本身

4、拌和、養(yǎng)護時用水，水分蒸發(fā)以及混合料內部水化作用而發(fā)生的毛細管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現拉裂的現象。如果這段時間天氣正常，氣溫沒有太大變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過程可稱之為“一次性的干縮”，其產生的裂縫是有限的。從基層養(yǎng)護期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青砼面層之間，如果這段時間間隔較長，自然天氣有多變（出現雨天和晴天交替），基層料從“較干燥飽水狀態(tài)較干燥飽水狀態(tài)”反復循環(huán)作用，水分反復的“蒸發(fā)、飽和、蒸發(fā)、飽和”，多次重復干縮過程，必然會使基層出現較嚴重的拉裂現象，積少成多，在薄弱地方就表現為裂縫，這種破壞在

5、多雨的南方夏天特別明顯。這就是公路路面基層施工技術規(guī)范JTJ034-2000制定3.6.9 “養(yǎng)生期結束后，如其上為瀝青面層，應先清掃基層，立即噴灑透層或粘層瀝青”、“在清掃干凈的基層上，也可先做下封層，以防止基層干縮開裂”的規(guī)定原因之一。12荷載性裂縫這種裂縫往往出現在車道上，裂縫在主車道上，并向超車道上或路肩延伸，一般裂縫寬度較小，在1mm左右，有的還會出現多個裂縫交叉現象。荷載裂縫一般出現在營運期間，由于基層施工成型后表面的不均勻性，使的基層底部存在著損傷或裂縫。根據受力特點，瀝青層底受壓，基層是受拉的，在基層受拉時裂縫就會逐漸向上擴展，最終形成基層荷載性開裂?；鶎釉谑褂煤笃谝惨仔纬善?/p>

6、裂縫，這種也屬于荷載裂縫，這中縫很容易形成支縫，長時間不處理就會導致基層松散，強度降低。最后出現坑洞。1.3溫縮性裂縫也就是熱脹冷縮產生的裂縫。萬物都具有熱脹冷縮的性質，水泥穩(wěn)定碎石基層屬半剛性體，它也不會例外。大家都知道，在水泥路面設計和施工中，設置伸縮縫的做法規(guī)范中已有明確的規(guī)定，并且在施工和實際中得到了廣泛的應用，取得了顯著的成效。但長期以來，在瀝青砼路面設計規(guī)范或施工技術規(guī)范中卻沒有提出來，因而極少有人試用過。水泥無機結合料內部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相體，在溫差作用中必然會使其產生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫。1.3.1固相礦物不同的脹縮性碎石原材料礦物（主要為S

7、iO2、Al2O3）組成的熱脹縮系數為810-6/，水泥穩(wěn)定碎石生成的新膠結礦物主要成分為C-S-H凝膠體，熱脹縮系數一般為102010-6/。由于兩者組成的固相復合穩(wěn)定材料的礦物具有不同的熱脹縮性，在溫度變化時的其脹縮值肯定是不相同的。1.3.2液相（水）的熱脹縮性自由水、毛細水、結構水、結晶水存在于混合料內部的各種孔隙中、膠體中。水的熱脹縮系數為7010-6/。當溫度升高時，可以產生相當大的擴張力使顆粒間距增大而產生膨脹。1.3.3氣相的熱脹縮性混合料毛細孔、內部孔隙內充盈著氣體。夏天時水穩(wěn)層內部結構氣體體積受熱充分膨脹，結構內的顆粒相應充滿擴張力。冬季時，原膨脹的氣體體積收縮，顆粒內的結

8、構應力減小，產生收縮力，體積變小。當擴張力超過臨界值時，水穩(wěn)層就會產生起拱；當收縮力超過結構拉應力時，便產生橫向裂縫。 水穩(wěn)基層熱脹冷縮值是可以通過計算得出的（以L=10米長度的水穩(wěn)基層、溫差變化為T =10為例。其中t=37.5210-6/為查表得到的水泥穩(wěn)定碎礫石基層線脹系數）： l=LtT =10m37.5210-6/10=3.8 mm上計算可以看出，如果溫差較大時，水穩(wěn)基層的脹縮量是很大的，如果不設置伸縮縫，水穩(wěn)碎石基層產生裂縫就不可避免。2、裂縫的預防和處理技術2.1嚴格控制級配和壓實度作為水泥穩(wěn)定基層用的碎石要求是不很高，規(guī)范中只有4個指標：相對密度、壓碎值、有機質含量、硫酸鹽含量

9、，因此很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高速公路基層碎石用量是很大的，而一般外購的一個巖礦場的產量卻很小，于是很多施工單位就同時使用幾個礦場進料，并且由于儲料場地不足而又混堆進行儲料（盡管分了不同檔級）。這就產生二個很嚴重的問題：一是由于不同礦源篩網不同造成同一檔料內各粒料數量不同，幾檔材料混合后，生產配合比經常變化，極易超出上限或下限。二是各礦場碎石的視密度不同，在確定最大干密度帶來很大的困難無法在幾種混合礦料中得到一個最具代表性的最大干密度，最終導致現場無法進行正常壓實度檢測和控制（壓實度經常超100%或小于極值）。只使用一個巖礦做粗集料的料場，既能保證生產配合比與理論配合比吻合較好，也能保

10、證最大干密度不至于經常變化，有利于壓實度的現場控制。事實證明，水泥穩(wěn)定碎石基層級配和壓實度的好壞，不但影響水泥穩(wěn)定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩(wěn)定基層的耐凍性。所以，控制好級配和壓實度對預防裂縫的產生具有很好的現實意義。2.2嚴格控制小于0.075以下的顆粒含量小于0.075以下的顆粒含量增加時，不但增加了水泥的用量，而且基層表面還容易起砂，嚴重影響水穩(wěn)層的質量。同時，當細集料增加時，混合料的溫縮系數隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度越低，細粒料對溫縮的影響也越大。因此，規(guī)范中水泥穩(wěn)定土的顆粒組成范圍規(guī)定：集料中0.5mm以下細粒土有塑性指數時，小于0.075以下的顆粒含量不應超過5%，細粒

11、土無塑性指數時，小于0.075以下的顆粒含量不應超過7%。在實際施工控制中，要減小0.075以下的顆粒（礦粉、粘土）含量采用事后在儲料場過篩方法去除或用水沖洗是很不現實也很費時的。最好是方法是在破碎現場加裝水洗裝置或者在破碎機的皮帶運輸機最后一環(huán)節(jié)上再加裝一個可360度旋轉的滾動篩。經過這個工序，小于0.075以下的顆粒含量將會太太減小。施工時，如果能將塑性指數控制在小于4%，不但可以減小水泥穩(wěn)定粒料的收縮性，而且還可以提高壓力水對基層的抗沖刷能力。2.3嚴格控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量一般的水泥穩(wěn)定碎石基層，其設計強度通常為35Mpa。設計強度愈高，所需水泥用量越大?；鶎觿傂栽酱?，越易產

12、生干縮性裂縫，縫寬也增大。所以我國規(guī)范規(guī)定水泥劑量6%。 水泥穩(wěn)定碎石基層干縮應變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時含水量越大，結構層越易產生干縮性裂縫。即使鋪筑了瀝青面層，在旱季或冬季也可能產生干燥裂縫。因此在施工時，應根據天氣情況適當增加或減少拌和用水量。例如，在夏天施工氣溫較高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水量也應早、中、晚各不相同，并且，還要根據運距遠近、運輸車輛配置情況不斷的調整，確保碾壓時混合料含水量在最佳含水量范圍內。 攤鋪完成后，要及時用土工布、麻袋布覆蓋進行灑水養(yǎng)護，防止基層因混合料內部發(fā)生水化作用和水分的過分蒸發(fā)引起表面的干縮性裂縫現象。如果在冬天施工溫度較低，則可

13、以用一層塑料薄膜再加上二層土工布覆蓋保溫，不一定需要灑水養(yǎng)護。可能的情況下，養(yǎng)護期結束，立即進行瀝青封層或透層的施工，及時攤鋪瀝青砼面層，這樣水穩(wěn)基層露裸在外面風吹日曬雨淋的時間短，能有效地減少“多次重復干縮”產生的裂縫。這個措施是非常有效的。2.4選擇有利的季節(jié)或時間進行水穩(wěn)基層的施工水穩(wěn)基層施工最好選擇在年平均氣溫時期施工。由于此時結構內溫度應力較小，水穩(wěn)層不易產生熱脹冷縮的現象。施工時的氣溫與一年中最冷或最熱時的溫差越大，越易產生溫縮性裂縫。 如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時間，盡可能避開中午時間進行攤鋪，并要加強覆蓋灑水養(yǎng)護，保證水穩(wěn)層處于濕潤狀態(tài)。冬天氣溫低于5時，也不

14、能進行水穩(wěn)基層的施工。在有冰凍的地區(qū)，應在第一次重冰凍（-3-5）到來之前半個月到一個內完成。2.5采用切縫措施防止和減少溫縮性裂縫水穩(wěn)基層在夏季施工時，宜在基層設置縮縫，其間距可根據上述公式計算確定，縫深不小于層厚的1/4，并灌注瀝青膠填縫。水穩(wěn)基層在冬季施工時，水穩(wěn)基層宜設置脹縫，其間距可根據上述公式計算確定，深度為該水穩(wěn)層的厚度?？捎脼r青膠或瀝青填縫料或細粒式斷級配瀝青砼填筑并夯實，并在脹縫上鋪設一層自粘式玻璃纖維土工格柵，沿脹縫中心對稱布置，防止脹縫反射到瀝青砼路面上使瀝青砼路面產生裂縫。據有關資料，在基層設置伸縮縫已在江西昌泰高速公路、洛陽西出口城市一級干線等公路上進行試驗，反饋的情況良好。從理論和實踐上看，設置伸縮縫（縮縫和脹縫）確是解決基層裂縫的一個較為有效的途徑。2.6基層出現了裂縫后的處理技術基層頂面出現裂縫后，首先應將較大的裂縫切縫，填灌瀝青膠，對較小的裂紋，直接鋪上土工布。這種土工布多為深色或灰色，具有抗老化、耐高溫、強度高、單面燒毛等特點。施工時橫向搭接寬度為10cm，縱向搭接為5cm。施工前應在基層頂上先灑布粘層油，用量約0.71.1kg/m2，再鋪土工布，并進行碾壓，注意施工車輛不得在土工布表面轉彎。最后再灑布一次粘層油，用量約為0.50.6kg/m2，爾后方可攤鋪瀝青砼面層。用這種方法處理基層反射裂縫是目前較為有效的解決方法。結束語半剛性基層除了與