半剛性路面非荷載性裂縫的研究

葉志峰,劉福生

(1.黑龍江省公路局;2.黑龍江省收費公路管理局牡丹江處)

1 底基層

半剛性路面材料的特性之一是容易產生收縮裂縫,在某種條件下,基層收縮裂縫會逐漸傳播到瀝青面層上。這種反射裂縫形成后,會進一步增加瀝青面層的裂縫并加快瀝青面層的損壞。水泥、石灰或二灰與各種細粒土或中粒土和水拌和,經壓實后由于水泥的水化作用以及混合料內部水分蒸發,其水分會不斷減少。由于水分的減少而發生的毛細管收縮作用、吸附收縮作用和碳化收縮作用等,會引起半剛性材料產生體積收縮。

1.1 結合料的類型與劑量

(1)石灰土和水泥土的缺陷。

雖然石灰土和水泥穩定土可以大大減少粒料的運量和運距,大量節約投資,是一種良好的路面材料,但是這兩類材料都容易產生裂縫,而且裂縫數量多,裂縫寬,影響大。

(2)二灰粒料和水泥粒料的特性。

二灰粒料和水泥粒料中的中粒土、粗粒土的劑量越小,則強度越高,且裂縫輕、數量少、裂口細。在水泥土和水泥砂粒土混合料中水泥劑量越大,干縮越大。減少水泥工程干縮性的有效措施是添加石灰或粉煤灰代替部分水泥,隨土中粘粒含量而定。

1.2 粒料中小于 0.5mm的細土含量和塑性指數

粒料土類型對于干縮應變有很大影響,小于 0.425mm的顆粒含量多,線性收縮越大。

1.3 混合料中的含水量

半剛性基層材料的干縮性質受含水量大小影響,就水泥穩定材料而言,含水量增加 1%對于干縮應變增加的影響比水泥增加 1%的影響大 2～3倍,因此在施工中應考慮在最佳含水量以下0.5%時施工。

地基土類別及小于0.002mm的粘粒土的含量在沿海地區,大部分是全新世第四紀沉積平原,多為細粒亞粘土、亞砂土。在這種地基土上的底基層為石灰、水泥穩定土時,結構裂縫尤為突出。當小于0.002mm的粘粒含量小于 12%時,養生期基本無影響;當粘粒含量大于 12%時,干縮隨著養生期的時間增加而縮小。

2 基 層

2.1 基層材料的選擇

由于石灰穩定粒料、石灰穩定土的溫度系數和干縮系數明顯大于水泥粒料和二灰粒料的收縮系數。在采用水泥或石灰粉煤灰粒料作瀝青路面的基層時,為了減少瀝青面層的裂縫,應盡量采用不含塑性指數大的細粘土作級配粒料。

圖1 石灰土與水泥穩定粒料干縮對比圖

2.2 設計中防止基層裂縫的措施

為減少水泥穩定基層的收縮裂縫以及避免沖刷擠漿現象,在設計中應采取的措施。

(1)控制粒料中的細料含量。

(2)水泥穩定粒料的混合料設計應使混合料的干縮應變不大于 200×10-6,如圖 1(a)所示,當水泥用量一定時,控制暴露天數。

(3)在滿足要求的情況下用最小水泥用量;在水泥穩定粒料中使用減水劑和粉煤灰。

2.3 施工中防止基層裂縫的措施

對于減輕新建半剛性路面非荷載性裂縫,在施工中應采取以下措施。

(1)合理選擇水泥穩定基層材料的強度和限制水泥用量。(2)施工期的溫度。

(3)施工時的養生期。(4)薄厚不同的瀝青面層下采用不同的基層施工方法。(5)基層施工過程中人工預先產生很多細小裂縫的施工方法。

3 瀝青面層

3.1 設置溫度縫

各種氣溫的變化使瀝青表面與內部形成溫差,表面溫度的變化率大于瀝青面層內部,更大于瀝青面層底部的變化率。

3.2 瀝青的選用

選用優質瀝青做面層,特別是頂面層,以抵抗溫度應力。在穩定度滿足要求的情況下,選用針入度較大的瀝青做面層。

4 結 論

為減少半剛性路面上非荷載性裂縫,建議優先考慮下述措施。

(1)選用收縮系數小、抗沖刷性能好的半剛性材料做底層和基層,如水泥粒料或二灰(石灰,粉煤灰)粒料;嚴格控制半剛性基層在碾壓最佳含水量時施工;粒料中粒料劑量越大越好,粒料占 80%以上為好;粒料中土的含量越少越好,≤0.075mm細粒土控制在5%～7%以下。為減少基層裂縫還應采取文中所述的其他施工措施。

(2)采用水泥粒料作基層時,其設計干縮應變不大于200×10-6,在滿足最小水泥用量時應添加減水劑、粉煤灰;水泥基層材料強度一般不超過 4～5MPa,重載道路不超過5～7MPa,水泥用量控制在4%～5%為好;注意水泥穩定基層在高溫季節和貧混凝土基層遇寒冷季節施工時,易產生裂縫。

(3)半剛性基層碾壓后,應有 7～28d養生期,然后基層表面噴灑透層油,盡可能先做瀝青砂下封層,也可開放交通7～10d,待半剛性基層收縮基本完成后,再鋪筑瀝青路面。

(4)選用優質瀝青做面層,以抵抗溫度應力。在穩定度滿足要求的情況下,選用針入度較大的瀝青做面層;大多數都選用進口瀝青做上面層;用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青做表面處置,并用它做應力吸收模中間層。瀝青面層應設置溫度縫,在瀝青面層上鋸縫,深入基層厚度的 1/3～1/2,縫的間距將隨半剛性路面基層的材料、瀝青材料和當地氣溫條件而定。

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