水泥穩定碎石基層裂縫產生原因及預防措施

張韜穎

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肅　舟曲　746300）

水泥穩定碎石基層裂縫產生原因及預防措施

張韜穎

（甘南公路管理局舟曲公路管理段，甘肅舟曲746300）

目前甘肅省公路路面基層大部分采用水泥穩定碎石基層，在施工中其技術指標受外界環境、溫度、氣候、荷載的影響，水泥穩定碎石基層易產生裂縫，根據歷年來在工作中的一些經驗積累進行探討和提出預防措施。

基層；裂縫探討；預防；處治

1　概述

水泥穩定碎石基層是將一定級配的碎石與水泥和水一起拌和后，在最佳含水量狀態下碾壓成型，經過養生達到一定強度的路面基層結構。水泥穩定碎石具有良好的力學性能，其初期強度高并且強度隨齡期增長，其力學強度還可視工程需要進行調整。其特點是：強度高，水穩性好，抗凍性好，耐沖刷，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。

2　裂縫的危害

水泥穩定碎石基層因溫度變化和濕度變化產生裂縫并反射到路面，導致路面強度和使用性能大大降低。這種裂縫，一般在基層頂面沿橫向開裂多為等間距，成直線型，長度不等，寬度在0.5～3.5mm左右。水泥穩定碎石基層裂縫的危害：一是降低基層的整體強度，二是由于基層出現裂縫并引起瀝青混凝土面層產生相對的反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應出現有規則的橫向裂縫。出現第二種情況，若不及時處理，雨水從裂縫內向下滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復沖擊下，就會使瀝青混凝土中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的細集料形成泥漿被擠壓出路面，瀝青混凝土路面出現坑槽、松散，造成瀝青混凝土路面早期破損，影響其使用壽命。

3　裂縫產生的原因

水泥穩定碎石基層在施工中其技術指標受外界環境、溫度、氣候、荷載的影響很容易產生裂縫。

3.1干縮性裂縫：也就是水分子減少產生的裂縫

1）水泥穩定碎石壓實成型到正常養護期期間，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，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。

2）從基層養護期滿后到施工瀝青封層或透層油、攤鋪瀝青混凝土面層之間，如果這段時間間隔較長，經過風吹日曬雨淋，基層水分反復的蒸發、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，在薄弱地方就表現為裂縫，這種破壞在多雨的地區特別明顯。

3.2溫縮性裂縫：也就是熱脹冷縮產生的裂縫

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，在溫差作用中必然產生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫。

1）固相礦物不同的脹縮性：碎石原材料礦物（主要為SiO2、AI2O3）組成的熱脹冷縮系數為8×10-6/℃，水泥穩定碎石生成的新膠結礦物主要成分為C-S-H凝膠體，熱脹冷縮系數一般為10～20×10-6/℃。由于兩者組成的固相復合穩定材料的礦物具有不同的熱脹冷縮性，在溫度變化時其脹縮值是不相同的。

2）液相的熱脹縮性：自由水、毛細水、結構水、結晶水存在于混合料內部的孔隙中和膠體中，水的熱脹縮系數為70×10-6/℃。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。

3）氣相的熱脹縮性：混合料毛細孔、內部孔隙充盈著氣體。夏天時基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，顆粒內的結構應力減小，產生收縮力，體積變小。當擴張力超過臨界值時，基層就會產生起拱；當收縮力超過結構拉應力時，便產生橫向裂縫。

3.3荷載性裂縫

荷載性裂縫一般發生在基層的底部，由于車輛荷載的反復作用，裂縫逐漸向上擴展至表面，車輪荷載作用下產生的裂縫反映在面層，往往不是單獨的、稀疏的或較有規則的裂縫，而是稠密的，有時是相互聯系的。

4　裂縫的預防

1）嚴格控制級配和壓實度：作為水泥穩定基層用的碎石要求不是很高，規范中只有4個指標：相對密度、壓碎值、有機質含量、硫酸鹽含量。基層碎石用量是很大的，而一般外購的一個石料場的產量卻很小，就必須同時使用幾個料場進料，并且由于儲料場地不足而又混堆料，這就產生兩個很嚴重的問題：一是水泥穩定碎石混合料生產配合比經常變化，水泥劑量極易超出上限或下限。二是各料場碎石的密度不同，在確定最大干密度帶來很大的困難，即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。

如果只使用一個料場的碎石，既能保證生產配合比與理論配合比吻合較好，也能保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，水泥穩定碎石基層級配和壓實度的好壞，不但影響水泥穩定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩定基層的耐凍性。所以，控制好級配和壓實度可預防裂縫的產生。

2）嚴格控制混合料中小于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皮，嚴重影響基層的質量。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，細集料對溫縮的影響也越大。因此，規范中基層的顆粒組成范圍規定：集料中小于0.075以下的顆粒含量不應超過5%。

在實際施工控制中，要減小0.075以下的顆粒含量采用在料場過篩方法除去或用水沖洗是很不現實也很費時的。最好的方法是在破碎現場加裝水洗裝置或者在皮帶運輸機上加裝一個可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大大減小。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定粒料的收縮性，而且還可以提高基層對壓力水的抗沖刷能力。

3）嚴格控制水泥用量和碾壓時的最佳含水量：基層設計強度越高，所需水泥用量越大。基層剛性越大，越易產生干縮性裂縫，裂縫也越寬，所以規范規定水泥劑量≤6%。

水泥穩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。碾壓完成后，要及時用尼龍布、麻袋布覆蓋進行灑水養護，防止基層因混合料內部發生水化作用和水分的過分蒸發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，不一定需要灑水養護。養生結束后，長時間不鋪筑瀝青面層，應先噴灑透層油或做下封層，以防止基層干縮開裂。

4）選擇有利的季節進行基層的施工：基層施工最好選擇在年平均氣溫時期施工。由于此時氣溫變化不大，結構內溫度應力較小，基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，越容易產生溫縮性裂縫。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護，保證基層處于濕潤狀態。冬天氣溫低于5℃時，一般不能進行基層的施工。在有冰凍的地區，應在第一次冰凍（-3～-5℃）到來之前半個月到一個月內完成。

5　結束語

水泥穩定碎石基層裂縫是路面工程不可忽視的一種病害，施工過程中一定要嚴格控制好碎石級配、壓實度、水泥用量和碾壓時的最佳含水量，做好養護工作，以避免基層出現裂縫。

［1］JTJ034-2000.公路路面基層施工技術規范［S］.

［2］JTGE51-2009。公路工程無機結合料穩定材料試驗規程［S］.

［3］楊成忠，陳萬祥.基于半剛性基層的瀝青路面反射裂縫分析與防治［J］.2010（5）.

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