半剛性基層裂縫的防治技術

郭 勇

（新疆疆南路橋工程有限責任公司，新疆 阿克蘇 843000）

0 引言

半剛性基層作為我國公路工程路面結構層的主要型式之一，具有承載能力強、強度較高以及施工工藝成熟等一系列優點，并且半剛性基層具有較好的經濟性，故在我國推行“強基薄面”設計理論的情況下，半剛性材料在公路工程施工中得到了廣泛的應用。但是半剛性材料的收縮特性會導致半剛性基層容易出現各種形式的裂縫，甚至會由于應力集中作用而將裂縫反射至路面層，進而影響路面結構的使用性能和使用壽命。因此，半剛性基層的裂縫成因以及防范半剛性基層裂縫的措施已經成為當前公路工程設計以及施工領域的研究重點，這對于推進半剛性基層的應用和發展也具有重要的作用。

1 半剛性基層裂縫的特點及成因

1.1 溫度收縮裂縫

溫度收縮裂縫大多是以橫向裂縫為主，裂縫大多貫穿于半剛性基層層間，寬度通常在2mm以上，并且一般情況下會貫通路面的全幅，屬于較為明顯的裂縫。溫度收縮裂縫的產生主要是由于半剛性基層材料是由固相、氣相以及液相三相組成，當溫度下降時就會造成半剛性基層收縮，進而導致半剛性基層處于受拉的狀態，又由于水泥穩定材料的線膨脹系數固定，故當收縮應力超過半剛性基層材料的抗拉強度時，就會產生開裂。

1.2 干縮裂縫

造成半剛性基層出現干縮裂縫的原因主要是半剛性基層材料內部含水量的變化。當半剛性基層材料施工養生結束后，基層內部的水分就會逐漸地蒸發，在半剛性基層內部的毛細管張力、吸附水分子間力、層間水以及碳化收縮的作用下，半剛性基層材料會發生體積收縮，當收縮應力超過半剛性基層材料的極限抗拉強度時，就會造成半剛性基層材料開裂。

1.3 不規則裂縫

不規則裂縫主要是指一些密集而且數量相對較多的橫向裂縫，裂縫的排列不規則而且不一定貫通。造成不規則裂縫出現的原因主要是半剛性基層材料的質量問題，主要包括：

（1）半剛性基層材料水泥含量波動較大，與半剛性基層材料的最佳水泥用量差別較大；

（2）粗細集料配比存在波動，因為施工控制問題有可能造成細集料含量偏高，粗集料含量偏少，所以與級配曲線存在較大差異。

1.4 微細裂縫

微細裂縫并不十分明顯，通常在雨水浸濕后才能被發現。造成半剛性基層出現微細裂縫的原因主要有以下兩點：

（1）半剛性基層材料在生產拌和過程中的含水量控制不當，攤鋪、碾壓等施工作業階段半剛性基層材料的含水量偏高進而造成施工結束后半剛性基層出現一些細微收縮裂縫；

（2）半剛性基層材料生產過程中拌和不均勻，導致粗細集料離析，因此造成粗集料集中區域的松散以及細集料集中區域的開裂。

2 半剛性基層裂縫的防治措施

2.1 做好材料的選擇

避免半剛性基層材料開裂的關鍵在于做好水泥的選擇。應該選擇收縮性較小并且安定性滿足技術要求的道路硅酸鹽水泥。水泥的初凝時間應該盡可能控制在3h以上，終凝時間不得低于6h。為了避免半剛性基層材料出現裂縫，應該避免使用各種快硬以及早強水泥。可以根據要求選擇水泥標號為325或425的緩凝水泥。此外，對于粗集料以及細集料，除了按照公路工程相關施工技術規范進行指標控制外，還應該在集料的收縮系數等指標上進行重點管理，從而避免由于過高的含泥量造成后期水泥穩定碎石基層開裂，具體控制標準如表1所示。

表1 集料的收縮系數控制標準

2.2 優化材料組成設計

半剛性基層材料的組成設計應該按照公路強度標準，并按照公路施工技術規范提供的級配要求，根據水泥穩定碎石的最佳強度范圍確定水泥的用量以及最佳含水量。在半剛性基層材料的設計中，應該重點針對以下兩方面來完善半剛性基層材料的設計：首先對于水泥劑量的確定，如果選擇過高的水泥劑量，雖然會提高半剛性基層材料的強度以及剛度，但是水泥劑量越高，半剛性基層材料的干縮應力也就越大，因而容易造成半剛性基層材料的開裂，所以應該在滿足強度要求的前提下盡可能減少水泥用量；其次，應該控制半剛性基層材料中集料的細料含量以及塑性指數，對于粒徑在0.075mm以下的細料應該控制其含量比例不超過5%～7%，同時塑性指數應該盡量小于4，通過這種措施避免由于細料含量過多而加重半剛性基層材料的干縮以及溫縮變形的出現。

為了避免水泥穩定碎石基層后期出現各種裂縫，在水泥穩定碎石基層設計過程中應該按照表2中的指標進行控制。

表2 水泥穩定碎石基層設計指標

2.3 控制好施工階段半剛性基層材料的含水量

半剛性基層材料中的水分主要是為了滿足水泥的水化作用需求以及半剛性基層材料的壓實度要求，只有確保半剛性基層材料中具有足夠比例的水分，才能確保半剛性基層材料最終強度的形成。但是如果含水量過高，則容易造成半剛性基層材料在施工后期出現干縮的可能性增大，也就容易因水分的蒸發而導致裂縫。因此，為了避免半剛性基層材料的開裂，應該嚴格控制半剛性基層材料的含水量，不僅要在施工過程中結合氣溫等氣候條件對半剛性基層材料的含水量進行控制，并且要盡可能地將用于基層攤鋪的半剛性基層材料含水量的波動幅度控制在1%左右。

2.4 控制好半剛性基層的碾壓施工工藝

首先，半剛性基層材料碾壓段落長度的劃分，應該結合氣候、環境溫度等因素綜合確定，如果氣溫較高，容易造成半剛性基層材料中的水分迅速散失，因此應該盡可能地縮短碾壓長度，否則應該適當延長碾壓長度，目的是避免由于半剛性基層材料表面迅速干燥造成裂縫產生。其次，應該做好半剛性基層施工現場的壓實度控制工作，如果壓實度不足，就容易導致半剛性基層材料干縮應變增加，即壓實度越高，半剛性基層材料的體積收縮越小，則抗收縮能力也就越強。最后，對于碾壓方式的選擇，應該協調使用振動壓路機以及膠輪壓路機，既要確保垂直層面的振動壓實，同時也要借助膠輪壓路機的揉搓作用，確保半剛性基層材料骨架結構以及強度的形成，進而避免半剛性基層微裂縫的產生。

圖1為半剛性基層水泥穩定碎石的攤鋪與碾壓施工作業現場實照。

圖1 半剛性基層水泥穩定碎石的攤鋪與碾壓施工作業

2.5 完善半剛性基層材料的養生

在半剛性基層材料施工結束后應該及時對其進行保濕養生，以確保材料的含水量在半剛性基層強度形成之前不受損失。因此，應該將半剛性基層材料的保濕養生管理作為防范半剛性基層材料出現裂縫的重要措施之一。由于半剛性基層施工作業主要集中在溫度相對較高的夏季，所以施工作業環境存在著氣溫高、水分蒸發迅速的特點，進而容易造成半剛性基層材料在養生過程中出現干濕不均的問題，不僅不利于半剛性基層材料強度的形成，而且對于控制干縮裂縫和溫縮裂縫也十分不利。因此，對于半剛性基層材料，可以采取先保濕養生一天，然后采用乳化瀝青透層油的養生方式。乳化瀝青透層油能起到保溫、保濕的作用，以減小半剛性基層中的溫縮及干縮應力，避免開裂。

3 結語

當前半剛性基層開裂已經成為我國公路建設面臨的重要問題，亟待解決。由于半剛性基層裂縫類型多種多樣，裂縫成因也各有不同，為了避免半剛性基層開裂，在半剛性基層施工階段，應該嚴格按照施工工序進行施工作業，同時嚴格控制施工材料的質量、施工技術，避免由于施工方面的原因造成基層開裂，確保半剛性基層的整體施工質量達到要求，避免后期路面面層反射裂縫的產生。

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