水泥穩(wěn)定基層裂縫的防治

水泥穩(wěn)定基層裂縫的防治1、水泥穩(wěn)定基層裂縫的危害水泥穩(wěn)定基層近幾年來被廣泛的用于高速公路、一、二級公路及城市道路，但是水泥穩(wěn)定基層的裂縫問題一直是亟待解決的難題，也是許多科研人員研究的課題，基層裂縫分為干縮裂縫和溫度裂縫，主要是水泥穩(wěn)定基層混合料水泥固化及水分散發(fā)后使基層表面產(chǎn)生的細(xì)微開裂現(xiàn)象，然后向深部和橫向擴(kuò)展，最后貫通整個基層。裂縫的寬度大多數(shù)為1-3mm，嚴(yán)重者可達(dá)4~5mm，裂縫的產(chǎn)生在一定程度上破壞了基層的板塊整體受力狀態(tài)，而且裂縫的進(jìn)一步發(fā)展會產(chǎn)生反射裂縫，使路面面層也相應(yīng)產(chǎn)生裂縫或斷板。若對基層的裂縫處理不當(dāng)，路面雨水就會通過面層的裂縫和其它多種途徑進(jìn)入瀝青路面（或水泥混凝土路面）結(jié)構(gòu)層內(nèi)，使裂縫附近的基層材料過分潮濕，特別是面層裂縫下基層也開裂的情況，基層裂縫中往往充滿自由水。在行車荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)或基層材料中的自由水會產(chǎn)生相當(dāng)大的水壓力，這種有壓力的水會沖刷基層材料中的細(xì)料。一次沖刷的量是很小的，但行車荷載的反復(fù)多次沖刷，就會積少成多，在裂縫中形成細(xì)料漿被逐漸壓擠出裂縫。一旦灰漿被唧出，瀝青面層就會沿裂縫產(chǎn)生下陷現(xiàn)象，同時在裂縫兩側(cè)引起新裂縫產(chǎn)生，甚至碎裂，導(dǎo)致瀝青面層形成局部低洼，甚至坑洞，促使瀝青面層的進(jìn)一步破壞。這樣不但減少了路面的使用壽命，而且直接影響路面的行車質(zhì)量和舒適度。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生應(yīng)采取減少表面水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層的可能性，減少基層的縱橫向裂縫，改善水泥處治材料的抗沖刷性。2、水泥穩(wěn)定基層裂縫產(chǎn)生機(jī)理（1）干縮裂縫水泥與各種骨料加水拌合并經(jīng)過攤鋪及碾壓成型后，水分的蒸發(fā)及混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用，使原本較潮濕的達(dá)到密實(shí)狀態(tài)的基層集料結(jié)構(gòu)逐漸通過水泥的固化作用趨于干燥，由于混合料水分的減少而發(fā)生的毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間力的作用和碳化收縮作用等引起基層材料體積在一定程度上趨于減小而收縮，收縮量偏大則會使基層出現(xiàn)較嚴(yán)重的拉裂現(xiàn)象直至產(chǎn)生裂縫。（2）溫縮裂縫基層材料內(nèi)部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣項(xiàng)在降溫變化過程中相互作用的結(jié)果，使基層材料產(chǎn)生體積收縮。3、水泥穩(wěn)定基層裂縫的預(yù)防措施3.1充分重視原材料的選用及配合比設(shè)計（1）、水泥品種的選擇不同品種的水泥干縮性有所不同。普通硅酸鹽水泥干縮性很小、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥次之、礦渣水泥較大。因此，選用合適的水泥在一定程度上能減少干縮裂縫。（2）水泥劑量與級配：公路基層的設(shè)計強(qiáng)度通常為3-5mpa，設(shè)計強(qiáng)度愈高，則水泥用量愈大。水泥劑量對干縮應(yīng)變的影響較大，水泥用量超過一定比例，混合料的收縮性就增大，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的干縮裂縫。當(dāng)水泥劑量不變時，改善集料的級配可以顯著提高基層的強(qiáng)度，反之對不同的材料，水泥的用量有所不同，級配較好的材料，水泥劑量可減少到最低，否則水泥用量則會最大。設(shè)計配合比時，通過水泥劑量分級和調(diào)整集料的級配，來保證基層的設(shè)計強(qiáng)度，降低水泥劑量。實(shí)踐證明，水泥劑量超過一定數(shù)值后，水泥穩(wěn)定土的裂縫增多，縫寬也增大。我國規(guī)范規(guī)定水泥劑量不超過6%（美國和日本也限制在6%，法國限制在5%）。（3）、各種材料的粘土量要降低：水泥穩(wěn)定基層混合料在不同負(fù)溫度時的溫縮系數(shù)變化很小，當(dāng)粘土量增加，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度愈低，粘土量對溫縮系數(shù)影響愈大。對于水泥穩(wěn)定基層來說，水泥穩(wěn)定不含粘土的碎石（或砂礫）的裂縫最少，因此，限制收縮最重要的措施是除去集料中的粘土含量，達(dá)到規(guī)范的范圍，而且愈小愈好。（4）、有機(jī)質(zhì)含量要降低：用水泥穩(wěn)定含有少量有機(jī)質(zhì)的過渡層土，水泥的凝結(jié)將被延緩，而用水泥穩(wěn)定不含有機(jī)質(zhì)土層，強(qiáng)度一開始就增長，而且其強(qiáng)度最高；因此用水泥穩(wěn)定土做底基層時，土中有機(jī)質(zhì)的含量不得超過2%；做基層時土中有機(jī)質(zhì)的含量不得超過0.5%。有機(jī)質(zhì)含量超過2%時，必須先用石灰處理，再用水泥穩(wěn)定，硫酸鹽含量超過0.25%的土，不能用作水泥穩(wěn)定土。（5）、粗集料和細(xì)集料不能太多：粗集料和細(xì)集料含量的多少對水泥穩(wěn)定土的質(zhì)量影響非常大，粗集料顆粒愈大，在拌合、運(yùn)輸、攤鋪過程中愈容易產(chǎn)生粗細(xì)粒離析，鋪層表面容易出現(xiàn)拉溝，較難得到一個平整的表面，但限制顆粒的最大粒徑小，要求砸碎的工作量大。例如在高速公路的路面基層，為減少攤鋪機(jī)攤鋪過程中混合料的離析現(xiàn)象，故常采用最大粒徑20~25mm的級配集料。細(xì)集料小于0.075mm顆粒的含量不超過5%~7%，細(xì)土的塑性指數(shù)應(yīng)盡可能?。ú淮笥?%），以減少水泥穩(wěn)定粒料的收縮性和提高其抗沖刷能力。如果粒料中0.075mm以下細(xì)料的收縮性特別明顯，則應(yīng)該控制此粒料中的細(xì)料含量在2%~5%，并在水泥穩(wěn)定粒料中摻加部分粉煤灰。如果某種粒料中，粉料含量過多或塑性指數(shù)過大，要篩除塑性細(xì)土，用部分粉煤灰來代替。（6）、有條件時可摻加粉煤灰：水泥的水化和結(jié)硬作用進(jìn)行的比較快，容易產(chǎn)生收縮裂縫。有條件時可在水泥混合料中摻入粉煤灰（占集料重量的10%~20%），改善集料的級配以減少水泥用量，延緩混合料凝結(jié)，增加混合料的抗凍能力和改善混合料的形變能力，減少水泥穩(wěn)定基層的溫縮。（7）、根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧锨闆r確定相應(yīng)的配合比：通過試驗(yàn)室進(jìn)行配合比設(shè)計，保證實(shí)際使用的材料符合規(guī)定的技術(shù)要求，選擇合適的原材料，確定結(jié)合料的種類和數(shù)量及混合料的最佳含水量，材料的級配要滿足規(guī)范規(guī)定的水泥穩(wěn)定土的集料級配范圍，使完成的路面在技術(shù)上是可靠的，經(jīng)濟(jì)上也是合理的。通過實(shí)踐證明，一是不能規(guī)定一種結(jié)合料劑量到處應(yīng)用。即便是同一規(guī)格材料，也必須根據(jù)設(shè)計的強(qiáng)度要求進(jìn)行材料配合比設(shè)計，鑒別是否適用水泥穩(wěn)定和需要用多少水泥進(jìn)行穩(wěn)定；二是一個地方的成功經(jīng)驗(yàn)不能任意照搬到另外一個地方使用，主要是由于土質(zhì)變化多端，而必須通過試驗(yàn)來證明其可用性，這樣既提高了強(qiáng)度，又可節(jié)省材料，還有助于減少收縮裂縫。3.2施工時間的選擇對預(yù)防裂縫起重要作用（1）、選擇合適的時間攤鋪：基層收縮性包括兩個方面，一是由于水分減少而產(chǎn)生的干縮；二是由于溫度降低而產(chǎn)生的溫度收縮。因此基層施工時的溫度與冬季溫度之間的溫差愈大，基層就越容易產(chǎn)生溫縮裂縫，在夏季高溫季節(jié)到來之前施工的基層不但強(qiáng)度高，而且可以減少由于氣溫降低而產(chǎn)生的收縮裂縫；北方地區(qū)在秋末施工半剛性基層，往往是強(qiáng)度不高（養(yǎng)生溫度低），質(zhì)量不好。在其上鋪筑的瀝青面層，特別是薄層瀝青面層到了第二年春融時期往往容易產(chǎn)生過早破壞；夏季施工基層雖然具有很高的強(qiáng)度，但是夏季與冬季溫差過大，容易產(chǎn)生溫縮裂縫。（2）、建議根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件合理安排基層、底基層的施工時間，工期條件允許時最好選在夏季高溫季節(jié)到來之前。若在夏季高溫季節(jié)施工時，最好選在上午或夜間施工，加強(qiáng)覆蓋養(yǎng)生，北方地區(qū)避免在秋末組織基層施工。3.3控制含水量亦是預(yù)防裂縫的關(guān)鍵水泥穩(wěn)定基層干縮應(yīng)變隨混合料的含水量增加而增大，施工碾壓時含水量愈大，結(jié)構(gòu)層愈容易產(chǎn)生干縮裂縫，且愈嚴(yán)重（裂縫產(chǎn)生得早，縫口寬和縫的間距小）。即使已鋪筑瀝青面層，在旱季或冬季基層也可能產(chǎn)生干燥裂縫，因此施工時嚴(yán)格按照施工配合比控制最佳含水量（水泥穩(wěn)定粗粒料碾壓時混合料的含水量宜較最佳含水量大0.5~1.0%，對于水泥穩(wěn)定細(xì)料碾壓時混合料的含水量宜較最佳含水量大1%~2%），避免因施工用水量控制不當(dāng)而人為造成的干縮裂縫，從而提高工程質(zhì)量。3.4增加水穩(wěn)碾壓密實(shí)度水泥穩(wěn)定基層碾壓密實(shí)度的好壞不但影響水泥穩(wěn)定土的干縮性，而且還影響水泥穩(wěn)定土的耐凍性。事實(shí)證明，壓實(shí)較密的基層不易產(chǎn)生干縮。因此在施工中選用20~25t振動壓路機(jī)進(jìn)行重型碾壓。3.5水泥穩(wěn)定基層的施工（1）加強(qiáng)拌合攤鋪質(zhì)量，減少材料離析現(xiàn)象。（2）按試驗(yàn)路段確定的合適的延遲時間嚴(yán)格施工，盡可能的縮短基層集料從加水拌合到碾壓終了的延遲時間，確保在水泥初凝時間內(nèi)完成碾壓。（3）保證基層的保濕養(yǎng)生期和養(yǎng)生溫度。3.6養(yǎng)生干燥收縮的破壞發(fā)生在早期，及時的采用土工布、麻袋布或薄膜覆蓋進(jìn)行良好的養(yǎng)生不但可以迅速提高基層的強(qiáng)度，而且可以防止基層因混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用和水分的過分蒸發(fā)引起表面的干縮裂縫現(xiàn)象。施工經(jīng)驗(yàn)證明，如果能保持基層水穩(wěn)在鋪筑瀝青面層前不開裂，基層就不會再先于瀝青面層產(chǎn)生干縮裂縫?；鶎羽B(yǎng)生結(jié)束后短時間暴露不致產(chǎn)生干縮裂縫，因此在條件允許時，及時的鋪筑瀝青面層是減少干縮裂縫的一個切實(shí)可行的辦法。3.7材料質(zhì)量控制碎石主要是采用開山爆破出來的塊石利用大型碎石機(jī)（有鱷破、反擊破和振動喂料裝置）及配套的篩分設(shè)備系統(tǒng)加工成不同規(guī)格的集料。XX高速公路MN—17路面標(biāo)采用四種規(guī)格料即30~20mm、20~10mm、10~5mm、5mm以下（含石粉）四種規(guī)格集料生產(chǎn)，當(dāng)?shù)仉m然有許多小型料埸，但不能滿足工程數(shù)量及質(zhì)量要求，一是產(chǎn)量低不能滿足工程需要；二是廠家多，規(guī)格不統(tǒng)一，難以滿足工程需要；三是石質(zhì)雜亂，不能滿足質(zhì)量要求。4、水泥穩(wěn)定基層預(yù)防裂縫技術(shù)的創(chuàng)新（1）、在混合料中摻入纖維：實(shí)踐證明，在水泥穩(wěn)定碎石中摻入纖維材料，可以提高抗壓強(qiáng)度，減少水泥穩(wěn)定碎石（底）基層的裂縫，但是成本較高，對特殊地段的水泥穩(wěn)定碎石可采取摻入纖維的辦法。纖維的種類較多，有鋼纖維，塑料纖維，也可采用麻筋等等。（2）、在混合料中摻入添加劑：DenKaCsA為一種膨脹活性劑，將其加入硅酸鹽水泥中(常見比例為1:10)，可減少水泥穩(wěn)定基層的干縮。因此DenkaCsA對于水泥處治高質(zhì)量碎石的效果非常好。（3）在混合料中加入膨脹劑可以減少水泥穩(wěn)定基層的干縮裂縫，同樣在水泥穩(wěn)定粒料中使用減水劑，減少混合料的含水量，也可以達(dá)到減少干縮裂縫的目的。（4）在基層中添加粉煤灰：粉煤灰減少干縮值的效果隨粘粒含量增加而降低。水泥穩(wěn)定土中添加粉煤灰（占集料重量的10%-20%），可以延緩混合料凝結(jié)，增加混合料的抗凍能力和改善混合料的形變性能。（5）在基層混合料中添加瀝青乳液，可以減少水泥穩(wěn)定基層的收縮裂縫和改善其耐久性，隨著時間的增長，加有瀝青乳液的混合料會變干，混合料的模量也會增加。（6）采用預(yù)切縫措施防止和減少裂縫水泥穩(wěn)定碎石基層預(yù)切縫的現(xiàn)場試驗(yàn)較多，有的是在切縫內(nèi)貫入瀝青膠，有的是在切縫上面鋪土工布，目前尚無成熟的技術(shù)可供借鑒。2000年4月份我們在洛陽XX公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工中，其中有250米水泥穩(wěn)定碎石因過分振動碾壓，雨后20-25米出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，當(dāng)時我們采用切橫縫貫入瀝青膠，效果令人滿意，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。5、結(jié)語洛陽XX城市道路的基層和XX高速公路路面底基層和基層均設(shè)計為水泥穩(wěn)定碎石基層，采用國產(chǎn)WCB500型粒料拌合樓、電腦自動計量配料；攤鋪采用T423