淺談高速公路水泥穩定基層裂縫的形成原因分析

耿志國 王新光

摘 要：水泥穩定基層裂縫的危害性極大，形成的原因較多，本文結合河南中北部地區基層施工從試驗室現場質量控制角度，對基層裂縫的形成原因進行分析，并結合現場經驗提出一定的防治方法。

關鍵詞：基層 裂縫 試驗 原因 分析

中圖分類號：U2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0072-02

水泥穩定基層是半剛性材料基層的一種，其特點是：強度高，水穩性好，抗凍性好，耐沖刷，溫縮性和干縮性均較小，是一種優良的路面基層材料。然而水泥穩定碎石料也有其與生俱來的缺點：主要是脆性大，從而導致對溫度和濕度敏感性強，易因溫度變化和濕度變化產生裂縫并反射到路面，基層裂縫的危害有二個方面：一是降低基層的整體強度，二是發展后會形成反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應出現有規則的橫向裂縫、起拱，破壞瀝青面層，從而直接影響到了路面行車的速度和安全。

裂縫現象的產生和原因分析如下。

在基層施工過程中，基層裂縫較為常見，在河南省某高速公路K78+393～K78+700段水泥穩定碎石基層為例，在養生期過后，出現了9道裂縫，大約成等距分布，裂縫的寬度約0.3～0.5 mm左右，縫長不等。在現場具有代表性的裂縫處用混凝土鉆芯機（φ150 mm）的鉆頭進行鉆探，取出芯樣到達路基頂面，并未發現路基有沉降開裂現象，所以排除了因路基沉降導致裂縫的可能，著重從水泥穩定碎石基層配合比的配制過程和施工過程中原材料質量的控制來深入的分析。

此路基層強度設計為4.0 MPa，水泥為天瑞P.032.5等級緩凝水泥，碎石級配符合表1要求，細集料的砂當量大于45%。

經試配2%、3%、4%、5%、6%水泥劑量的配合比，選用4%水泥劑量的水泥穩定碎石從強度、經濟等方面均符合基層的要求，也就是說在配合比配制過程中沒有任何問題。而在拌和站取回施工用原材料，按施工配比進行連續級配篩分比對后，結果如表2。

不難看出0.075 mm的篩孔通過率超出了設計最高通過百分率的3.2個點，說明施工中細集料的砂當量小于了45%，石粉占細集料的的含量達到75%，促使現場滴定的水泥劑量就低于設計水泥用量，試驗人員對水泥劑量進行了調整，而增大的水泥劑量導致水泥穩定碎石強度過高，高溫施工時表面收縮過快產生了裂縫。發現原因后，經試驗采用摻配25%的（0～4.75）mm的石屑來調整細集料的砂當量，使其砂當量大于 45%，重新調整了集料的摻配比例，重新確定水泥劑量滴定曲線，調整了水泥劑量，在以后的施工中未再有和此段類似的裂縫出現。

根據此段裂縫現象進行深入的研究分析后，總結出高速公路基層產生開裂的原因有以下幾點。

1 水泥穩定混合料自身干縮和溫度收縮引起基層結構產生橫向裂縫

水泥穩定碎石壓實成型到正常養護期（一般為7d）期間，由于混合料本身的水分和養護灑水的水分蒸發以及混合料內部水化作用發生的毛細管作用、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，當水穩基層的抗拉強度不足以抵抗收縮應力時，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。反之則開裂處會增加。

2 原材料的自身質量導致水泥穩定碎石基層的裂縫

（1）嚴格選擇水泥品種及水泥強度等級，一般選用普通水泥、礦渣水泥和火山灰水泥，水泥強度等級一般為32.5 MPa，最好為緩凝水泥。

（2）集料應選用粒徑飽滿、含泥量小、結構致密、吸水率小、彈性模量較大、壓碎值要小于30%的骨料。經試驗在普通骨料范圍內，砂巖骨料的收縮最大，石灰巖和石英巖的干縮都較小，不同的粒組組合在一起要能達到要求的粒組級配范圍，小于0.075mm篩孔顆粒通過量不大于5%；使用的細集料砂當量不得小于45%。

（3）水為飲用水。

3 施工過程中對水泥劑量、原材料的含水量的的監控不到位，使混合料成型后開裂

3.1 水泥計量過大導致強度增高引發的開裂現象

（1）由于設備原因使水泥劑量不穩定。

（2）由試驗室人員操作誤差產生的水泥劑量偏大。

3.2 混合料含水量過高產生收縮裂縫

由于每個拌和站都要大量儲備粗集料和細集料，由于原材料的料源和進場的時間不同，所攜帶的水分也就不等，這樣使混合料的含水量經常發生變化，導致混合料含水量過大，試驗證明含水量每增加1%對基層干縮應變的影響相當于水泥劑量2～3倍；含水量大的混合料到達現場后碾壓不實，達不到要求的壓實度，當表面凝結時急劇收縮，產生了裂縫直接影響了施工質量。

4 混合料離析使細集料成窩，導致強度不均勻形成裂縫

水穩基層經常發生離析現象，所謂離析即粗細料集中現象，也即級配變異現象，水穩混合料在攪拌過程中發生的放料離析，在運輸過程中發生的顛簸離析，在卸料過程中發生的卸料離析，在攤鋪過程中發生的攤鋪離析，在找平過程中發生的找平離析等。離析造成水穩基層的強度不均勻，表面不平整、粗細集料分散，水泥穩定細集料集中導致凝結時結構層產生裂縫。

5 施工的接縫處容易產生裂縫。

施工接縫沒有按要求的施工工藝處理好，使新老水泥穩定碎石結合不到一起，形成了一條薄弱帶容易產生裂縫。

6 結語

路面裂縫影響路面美觀、削弱整體穩定性和平整度，降低了行車安全系數。并且由于水分的滲透，降低基層與土基的承載力，從而加劇路面破壞，縮短使用壽命。要根據具體情況，采用不同的措施防治半剛性基層裂縫。從結構設計、材料設計、厚度計算和施工工藝等多方面綜合考慮。

采用水泥穩定碎石基層符合我國的半剛性路面“強基薄面”的結構特點，并且應用范圍廣泛。要徹底消除半剛性基層裂縫可能相當困難，但從基層材料本身出發，采用新材料、新工藝來探討減少反射裂縫的措施或許更為有效，技術也更合理，經濟上更能被接受。通過以上幾點對水泥穩定碎石基層開裂現象的論述，著重從施工中對原材料的試驗控制角度進行分析和研究，總結出來的幾點原因和防治方法希望能為今后的水泥穩定碎石施工起到指導作用，也能為路面開裂的現象進一步分析提供科學依據。

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