半剛性基層裂縫形成的原因及防治

王 晉 津

(山西遠方路橋(集團)有限責任公司，山西 大同　037005)

半剛性基層在國內使用的頻率越來越高，這是一種常見的路面結構設計。由于其強度高，耐久性較好，半剛性基層被廣泛使用。在廣泛使用的基礎上，也發現半剛性基層存在問題，半剛性基層的裂縫一直是半剛性基層的致命缺點。但是水穩碎石剛度大，對溫度的敏感性以及濕度的敏感性非常強，非常容易因溫度以及濕度的變化而產生裂縫，降低道路的強度和使用性能[1]。為了提高基層的質量必須對裂縫產生的原因進行分析。

1　半剛性基層裂縫產生的原因

半剛性基層裂縫一般分為三種類型：溫縮裂縫、干縮裂縫、縱向裂縫。溫縮裂縫是指水泥穩定級配碎石溫度氣溫變化的情況下，水泥穩定級配碎石會產生熱脹冷縮，其基層表面的拉應力超過材料的極限應力出現裂縫。裂縫的大小隨著路基的彎沉和下基層的彈性模量、鋪筑厚度、養護條件都有一定的關系。路基的彎沉較大，材料的溫度反復變化的情況下導致變形較大出現應力破壞。下基層的彈性模量過大，不能適應氣候的變化，材料剛性過大，超過材料的極限模量發生剛性破壞。路面鋪筑厚度較大，材料承受破壞的彎曲和拉伸應力較大，并且路面上裂縫的幾率較低。

干縮裂縫是水泥穩定級配碎石水化時需要水，水化的過程中需要兩次水化過程。水泥第一次水化的時候是其強度增長初期所需的水量，該水化程度決定了水泥穩定級配碎石的強度。二次水化的過程中直接決定了其強度的大小，如果水化過程充分，無側限抗壓強度會持續提高。這樣混合料就會產生收縮，材料之間的抗收縮力小于強度增長的拉力，材料就會形成干縮裂縫。因此干縮裂縫的產生與材料、用水量有直接的關系。干縮裂縫產生時往往很細小,隨著水分繼續減少,裂縫會增寬到3 mm以上[2]。

縱向裂縫的產生一般是由基層不均勻沉降造成路面出現裂縫，該裂縫出現的長度較長并且朝一個方向發展，波動的寬度不大。但是在基層表面出現的裂縫，裂縫的位置不在相對應的路基位置上。路基產生不均勻沉降，路面在外界荷載的作用下，基層會在受力最薄弱的地方發生破壞。其破壞形式對路面的危害比較大。

通過以上對裂縫出現幾種形式的分析可知，路基的壓實度、材料的含水量、配合比、施工碾壓都會對裂縫的產生有影響。所以在設計混合料和施工過程中應注意以上因素。

2　半剛性基層裂縫的防治

縱向裂縫的防治比較簡單，處理好路基的壓實度即可。但是在施工過程中由于檢測不到位和管理不到位，給基層裂縫留下隱患，以致反射到路面形成裂縫。這種裂縫的處理通常采用熱瀝青灌縫的方式，嚴重的洗刨處理。

預防干縮裂縫主要是設計合理的混合料、拌和的混合料規范，及時養護能有效的避免干縮裂縫的發生。在設計混合料的時候，首先要確定最佳含水量和最佳水泥劑量。在確定最佳含水量的時候按照規程的方法進行檢測。也可以采用一張吸水的濾紙在成型的試件上，觀察濾紙上的斑點的分布情況。出現的斑點大約在3 mm～5 mm，一般可以確認為最佳含水量。在確定最佳含水量的時候，一定注意水泥劑量的準確性。最佳含水量與水泥劑量有密切的關系。在生產拌制的時候，水泥穩定碎石拌合樓水泥劑量不穩定的時候，濾紙測試的含水量就會變化，造成判斷失誤。生產過程中的混合料含水量根據工程的實際情況來確定，從裂縫的控制角度來講，含水量的控制位于下限，有利于裂縫的降低。由于二次水化的過程中，混合料水分不足，強度不會過高，裂縫產生的幾率就會減少。

在混合料養護的過程中，混合料的含水量較大，養護比較充分，混合料的強度顯著增加導致基層開裂。在調整裂縫的過程中，這是補救的方法，主要還是依靠混合料本身的級配為主要因素。

溫縮裂縫的防治主要是混合料設計方面的問題，設計的混合料應該具備抵抗溫度變化的性能。增強混合料水泥膠漿的厚度，減少細集料的用量，適當增加集料的空隙率，提高混合料的熱穩定性。首先是增強水泥漿料的厚度，減少細集料的粉塵含量。現在新細則對0.075 mm顆粒含量要求比較嚴格。目前也出現一些新的設計級配如低劑量水泥穩定碎石、抗裂型水泥穩定碎石，都取得了良好的效果。2.36 mm，4.75 mm的通過量都是控制設計混合料細集料的用量，細集料用量減少可以降低路面的裂縫，但是混合料的抗沖刷能力降低。增加細集料的用量，必須考慮混合料的抗沖刷能力。因此，適量的細集料用量是關鍵，不能大幅度調整細集料用量，因此必須調整原材料的質量。其次提高混合料攤鋪的均勻性，攤鋪的混合料不離析，材料均勻一致溫縮變化一致，減少裂縫的幾率。大于19.0 mm的碎石含量超過25%，在基層攤鋪的時候極易離析，所以在設計的時候一定考慮混合料的均勻性。攤鋪機攤鋪的時候混合料進入絞籠的速度緩慢均勻，當受料斗的料位低于1/3,不要收斗。應該將下一輛料車到攤鋪機前，將料倒入受料斗進行攤鋪，攤鋪的過程中要保持勻速攤鋪。保證混合料的均勻性。

混合料的養護對基層裂縫比較重要，首先是灑水均勻性和一致性。基層強度增長前3天是關鍵期，灑水養護不均勻造成強度不均勻，膨脹收縮不一致，容易出現裂縫。如果設計的混合料強度過高，在養護條件較好的情況下，會出現干縮裂縫。因此灑水養護是對混合料配合比設計的驗證。

混合料的碾壓一般情況下都不很關注，壓實程度直接影響著無側限抗壓強度。無側限抗壓強度細則最高要求為5 MPa～7 MPa,如果壓實度超過100%，其強度不可避免的增加，并且可能超過規范要求的強度，就會出現溫縮裂縫。如果壓實度過小，則混合料無側限抗壓強度降低，表面就會松散。

以上三種裂縫的產生都與配合比設計有關系。確定最佳水泥劑量與設計的無側限抗壓強度有關系，無側限抗壓強度與水泥的3 d膠砂強度有關系，通過基層取芯判定出來。如果取芯在2 d～3 d取出芯樣基層就有可能出現裂縫。在養護的時候適當降低用水量，降低成型的強度。設計的混合料在碾壓的時候，觀察混合料復壓時混合料變形不大，此種混合料抗壓能力較強，抵抗溫縮變形的能力強。其次觀察混合料料車傾倒的時候下滑面呈砂狀，不是弧形下滑，混合料存在產生裂縫的幾率就會降低。確定的最佳含水量在拌合控制的時候，應該根據拌制混合料級配細集料的多少進行適當調整。在拌合混合料時，裝載機上料級配均勻一致，含水量要穩定。添加的含水量的加水裝置計量精度要穩定準確，都是控制最佳含水量的方式。

3　裂縫的處置

裂縫的處理一般是采用玻纖格柵處理。先確定裂縫的面積，然后清掃裂縫位置。用鋼釘將玻纖格柵固定好，再灑乳化瀝青。灑布完乳化瀝青再進行檢查玻纖格柵的牢固程度。防止在瀝青混合料攤鋪的過程中被推移。

4　結語

通過對基層裂縫產生的原因進行分析，確定了溫縮裂縫、干縮裂縫、縱向裂縫三種方式的相關因素，分析了破壞的原因。確定了三種破壞的防治措施，在設計方面降低0.075 mm顆粒的通過量，細集料的用量要穩定，兼顧裂縫和抗沖刷能力、適當的降低混合料的含水量有利于降低基層的裂縫。選擇合適的碾壓方案可以減少基層的裂縫。因此裂縫的防止和處置都是混合料設計與施工有機的結合體。