水泥穩定碎石基層材料微裂技術研究

明利丹

摘 要：基層是路面結構的主要承重層，其主要任務是保證在行車荷載和自然因素作用下，公路使用壽命內不會發生嚴重損害。然而，水泥碎石基層施工后，往往會由于干縮、溫縮等因素產生裂縫。隨著病害的進一步擴散甚至會反射到面層，產生反射裂縫，進而影響基層強度、剛度，最終會破壞路面結構，危害車輛行駛安全。為此，本文在全面了解微裂技術及作用機理的基礎上，結合具體工程案例，提出了微裂施工方案，并進行了質量檢測與分析。

關鍵詞：水泥穩定碎石基層;微裂技術;工程概況

中圖分類號：U416.214 文獻標識碼：A

0 引言

隨著國民經濟的迅速發展，我國公路建設里程越來越長，瀝青路面以其優異的路用性能和舒適的行車感，倍受國內外公路行業的青睞，并被廣泛用于高等級公路建設。[1]然而，在公路建設規模持續擴大的同時，瀝青路面病害問題也愈加嚴重，尤其是水泥穩定碎石基層裂縫問題最為突出。微裂技術的應用，可以防止形成長或寬裂縫，減少反射裂縫的發生率，有效提升路面施工質量。

1 微裂技術及作用機理

微裂技術是指在攤鋪、碾壓水泥穩定碎石基層之后，在養護前期便通過振動壓路機對基層進行碾壓，從而形成又細又分散的網狀微裂縫。采用此類施工工藝，可以充分利用水泥穩定材料的收縮作用，并形成收縮應力，防止生成太長或太寬的裂縫，減少反射裂縫的發生率。通過微裂技術的應用，可以為抑制或控制水泥穩定碎石基層反射裂縫提供一個新的防治思路。[2]圖1為微裂后產生的網狀細裂縫圖。

通過微裂技術可以產生間距很小的細微裂縫網絡，如圖1所示。通過這種施工方式，很大程度上可以降低基層材料早期收縮應力。同時，因為基層材料微裂多施工于養護期的1-3天內，時間較早，隨著水泥的水化作用，此類細裂縫將會逐漸自愈。加之隨著齡期的不斷增加，水泥穩定碎石基層材料的強度也會隨之增長，總體來講，微裂縫對路面結構的整體承載能力不會造成太大影響。水泥穩定碎石基層采用微裂技術的根本目的是為了降低收縮裂縫的產生幾率。[3]其優點如下：

（1）微細裂縫具有良好的傳荷能力，且不會向路面反射，可大大減小裂縫寬度，避免大裂縫產生，減少裂縫數量。（2）早期養護時期，水泥穩定材料強度損失僅是暫時的，隨著養護時間的不斷增加，其強度將隨之增長，并不會影響基層強度。（3）于基層材料整體結構性能而言，微裂技術不會產生結構性的不利影響，因此具有良好的施工效果。

2 工程概況

某公路工程是連接兩地的重要交通干線，伴隨沿線經濟的迅速發展，交通流量越來越大，且存在嚴重的超載重載現象。原路面結構厚度為42 cm，路面結構形式如圖2所示。通車多年后，路面出現了不同程度的病害問題，其中最為嚴重的病害為龜裂、坑槽等，為了恢復路面使用性能，充分利用原有路面材料，達到節能、環保的目的。本文決定對路面結構進行補強處理，采用了冷再生施工工藝，并采用水泥穩定碎石替代原路面的二灰穩定碎石基層材料，補強后的路面結構如圖2所示。為了保證工程質量，在水泥穩定碎石基層養護期間，決定采用微裂技術進行施工處理，以此提高路面施工質量。

3 試驗路段基層微裂方案

為驗證微裂技術應用效果，根據工程實際情況，在水泥穩定碎石基層養護期間選取了400 m長的一個試驗段進行分析，將本試驗段按照100 m劃分，共分為4個路段，按照相同微裂實施時間確定不同的微裂程度，為了方便施工現場控制，本文采用抗壓回彈模量反映微裂損傷程度。具體微裂方案如下：

A路段：本路段在水泥穩定碎石基層養護2d時進行微裂處理，微裂程度為30%～40%;B路段：本路段在水泥穩定碎石基層養護2d時進行微裂處理，微裂程度為40%～50%;C路段：本路段在水泥穩定碎石基層養護2d時進行微裂處理，微裂程度為50%～60%;D路段：本路段為對比路段，不做微裂處理。

按照上述要求，在水泥穩定碎石基層攤鋪、碾壓施工結束后，在養護2天時進行不同微裂處理。本路段微裂施工中，微裂損傷可通過抗壓回彈模量降低百分率控制，通過落錘式彎沉儀測定模量。微裂施工中采用22 t振動壓路機，將振幅設為最大值，每振動碾壓一遍，便可進行一次回彈模量測定，待模量降至微裂損傷要求之后，便可暫停振動壓實施工，并對微裂情況進行詳細觀察。根據工程實際情況，上述四個路段微裂前基層模量均為845 MPa，不同路段22 t振動壓路機碾壓遍數不同，其中A路段碾壓2遍，B路段碾壓4遍，C路段碾壓6遍，D路段不碾壓。微裂后所得模量及微裂程度如下：

A路段：微裂后模量為580 MPa，微裂程度為32%;B路段：微裂后模量為470 MPa，微裂程度為44%;C路段：微裂后模量為375 MPa，微裂程度為56%;D路段：本路段為對比路段，不做碾壓處理。

水泥穩定碎石基層灑水養護2天后，通過振動壓路機進行振動碾壓微裂處理之后，通過觀測可發現，路面分布有大量細而分散的網狀微裂縫，不同路段的微裂損傷程度也有所不同，如下圖所示，其中圖3為A路段30%～40%微裂程度的基層裂縫情況，圖4為B路段40%～50%微裂程度的基層裂縫情況，圖5為C路段50%～60%微裂程度的基層裂縫情況。[4]這些不同程度的微裂縫的產生，將會大大減小水泥穩定碎石材料在自身早期收縮作用下而產生的收縮應力，進而防止出現更多大裂縫，損壞路面面層結構。

4 試驗路段質量檢測分析

（1）7d抗壓回彈模量檢測。水泥穩定碎石基層材料微裂處理之后，隨著齡期的不斷增加，材料模量將逐步恢復。在鋪筑試驗段面層施工前，應現場檢測水泥穩定碎石基層回彈模量，檢測結果如下：

A路段：實測7d模量結果為1265 MPa，室內試驗7d模量為1399 MPa，誤差為10.6%;B路段：實測7d模量結果為1205 MPa，室內試驗7d模量為1340 MPa，誤差為11.2%;C路段：實測7d模量結果為1165 MPa，室內試驗7d模量為1276 MPa，誤差為9.5%;D路段：實測7d模量結果為1510 MPa，室內試驗7d模量為1644 MPa，誤差為8.9%。

由此可見，現場實測7d抗壓回彈模量測量結果基本上可室內試驗結果相同，相差較小，可滿足規定要求。

（2）裂縫實際情況觀測。通過微裂技術的應用，可以提升水泥穩定碎石基層材料的抗裂能力，并能抑制或改善瀝青路面反射裂縫情況。為此，在試驗路段開放交通之后，決定對其路面裂縫情況進行檢測。檢測結果如下：

A路段：非貫通裂縫1條，未見貫通裂縫，裂縫率為1條/100 m;B路段：非貫通裂縫1條，未見貫通裂縫，裂縫率為1條/100 m;C路段：非貫通裂縫1條，貫通裂縫1條，裂縫率為2條/100 m;D路段：非貫通裂縫1條，貫通裂縫1條，裂縫率為2條/100 m。

通過上述分析可見，相比對比段D路段（未做微裂處理），A路段和B路段裂縫率較少，而C路段裂縫率并未減少。由此說明，水泥穩定碎石基層材料在養護2天后進行微裂處理，當其抗壓回彈模量損傷程度在30%～40%、40%～50%的情況下，可達到減少裂縫產生的效果。而當其抗壓回彈模量損傷程度在50%～60%的情況下，其抗裂效果一般。

基于上述考慮，認為在水泥穩定碎石材料養護2天后進行微裂處理，且抗壓回彈模量損傷程度在30%～50%的情況下抗裂效果良好，且不會影響后期瀝青路面結構整體力學性能，具有顯著的施工應用效果。

5 結束語

綜上所述，在養護初期，水泥穩定碎石基層極易發生收縮裂縫，進而產生路面反射裂縫。目前，防治半剛性基層瀝青路面反射裂縫的方法很多，比如，基層預鋸縫、設置級配碎石中間層等等。微裂技術是一種高效、方便、靈活的施工工藝，在抑制或減少水泥穩定碎石基層反射裂縫方面，微裂技術的應用具有顯著效果。本文結合具體案例，根據室內試驗對微裂程度控制及微裂縫自愈特性的研究成果，并綜合考慮微裂作用對水泥穩定碎石材料收縮應力的釋放以及材料后期的強度恢復情況，通過上述分析，可得出在水泥穩定碎石材料養護2天進行微裂處理，同時抗壓回彈模量損傷程度在30%～50%時，施工效果最佳，可達到預期微裂施工應用要求。

參考文獻：

[1]劉敬輝.采用預裂縫技術減少水泥穩定類基層收縮裂縫[J].中外公路，2012，32（03）：103-109.

[2]魏宏云，周衛峰，李源淵.不同成型方式的水泥碎石性能對比[J].華南理工大學學報（自然科學版），2014，42（08）：84-90.

[3]查旭東，曹艷霞，劉國才.抗裂型水泥穩定碎石配合比設計及路用性能研究[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2013，10（01）：1-6.

[4]郭娟，庫爾班江·阿布都艾尼，張靜.高速公路水泥穩定碎石配比設計與施工質量控制標準研究[J].公路工程，2017，42（02）：205-209+243.