基于微裂技術方案對水穩基層結構的收縮影響分析

秦 莉

（山西省公路局長治分局,山西 長治 046000）

0 引言

水穩基層具有早期強度高、穩定性好和整體性強的優點。然而，水穩基層也存在著干縮和溫縮等收縮問題，導致裂縫的產生，影響路面的使用性能和壽命。為減小水穩基層的收縮應力，控制裂縫發展，微裂技術被提出并應用于水穩基層施工中。該文分析微裂技術對水穩基層結構的收縮影響，通過試驗研究和數值模擬，探討微裂技術對水穩碎石材料的干縮、溫縮特性的影響規律[1]。

1 微裂對水穩碎石材料干縮特性影響試驗研究

1.1 干縮試驗方法

按照《水泥穩定碎石基層干縮試驗方法》（JTJ 053—94）進行干縮試驗，基本步驟如下：

（1）根據設計配合比，按照最佳含水量、最大干密度，用振動壓實儀成型400 mm×100 mm×100 mm 的梁式試件，每個配合比制作6 個試件，其中3 個用于微裂處理，3 個用于對照組。

（2）將試件放置在恒溫恒濕箱中（20±2 ℃，相對濕度95%±5%），養護48 h 后取出，用切割機在試件表面切割出深10 mm、間距50 mm 的微裂縫，形成微裂組；對照組不做切割處理[2]。

（3）將微裂組和對照組的試件分別放置在恒溫恒濕箱中繼續養護至3 d、7 d、28 d，然后取出，在試件兩端涂上防水油漆，并稱量其質量。

（4）將涂漆后的試件放置在恒溫（20±2 ℃）干燥箱中，每隔24 h 稱量一次試件質量，直至質量不再變化。

（5）根據稱量數據，計算試件的失水率、干縮應變、干縮系數，分析微裂技術對水穩碎石材料干縮特性的影響規律[3]。

1.2 微裂前水穩碎石材料干縮試驗數據分析

水穩碎石材料的干縮性能直接影響路面穩定性、耐久性。通過干縮試驗分析微裂前水穩碎石材料干縮性能，測量失水率、干縮應變和干縮系數等指標，繪制曲線圖，分析其變化規律，結果見表1、圖1~3：

圖1 水穩碎石試樣失水率和干縮應變值隨觀測時間變化趨勢圖

圖2 微裂前水穩碎石試樣干縮應變隨失水率變化趨勢圖

圖3 微裂前水穩碎石試樣干縮系數隨觀測時間變化趨勢圖

表1 水穩碎石試樣微裂前干縮試驗數據

根據圖表可知：

（1）失水率與觀測時間成正比，前3 d 失水率變化幅度最大，占前15 d 的62.45%，之后逐漸減小。

（2）干縮應變與觀測時間成正比，與增長率成反比，前3 d 占前15 d 的38.03%，前7 d 占前15 d 的72.47%，說明干縮應變集中在早期。

（3）干縮系數與觀測時間成反比，呈指數衰減趨勢，表明水穩碎石材料的干縮性能隨時間降低[4]。

1.3 微裂后水穩碎石材料干縮試驗數據對比分析

針對標準養生2 d 后微裂程度為20%~30%的水穩碎石試樣進行干縮試驗，與未微裂試樣進行對比分析。測量兩組試樣的失水率、干縮應變和干縮系數，結果如表2和圖4~6 所示。

圖4 微裂前與微裂后試樣失水率隨觀測時間變化趨勢對比圖

圖5 微裂前與微裂后試樣干縮應變隨觀測時間變化趨勢對比圖

表2 水穩碎石材料微裂后干縮試驗數據

根據表2、圖4~6 可知：

（1）微裂能加快水穩碎石材料的失水速度，降低其干縮應變、干縮系數，提高其抗干縮性能。

（2）微裂后水穩碎石材料干縮應變與時間成正比，但前3 d、7 d、15 d，微裂后試樣的干縮應變分別較微裂前減小21.35%、21.63%和22.28%，后期基本穩定。

（3）圖6 顯示，微裂后的試樣干縮系數大幅減小，與試樣的含水率、密度和配合比有關，一般來說，含水率越高，密度越低，配合比越大，微裂效果越明顯[5]。

圖6 微裂前與微裂后試樣干縮系數隨觀測時間變化趨勢對比圖

2 微裂技術對水穩碎石材料溫縮特性影響試驗研究

2.1 溫縮試驗方法

基于現行《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTGE512021—T0806）進行水穩碎石材料溫縮試驗。基本步驟如下：

（1）按照試驗規程制作標準梁式試樣，分為未微裂組、微裂組。微裂組于養生2 d 后進行微裂處理，損傷程度控制在20%~30%。

（2）兩組試樣均放入標養室養生7 d，最后1 d 飽水24 h 后取出晾干，再放入105 ℃的烘箱中烘至恒量，最后放置至常溫。

（3）測量試樣的初始長度后，將其安裝在收縮儀上，裝好千分表。

（4）將收縮儀放入高低溫交變試驗箱，設置溫度變化范圍為-20～30 ℃。每個試樣測5 個溫度級別，每一級別溫差為10 ℃，保溫3 h 后記錄千分表讀數。

（5）根據千分表讀數計算出各組試樣的溫縮應變和溫縮系數，進行對比分析。

2.2 微裂前后水穩碎石材料溫縮對比分析

對微裂前后的試樣進行溫縮試驗，測定各溫度區間內的溫縮系數，進行對比分析，結果如表3 和圖7 所示。

圖7 微裂前后試樣溫縮系數隨溫度區間變化趨勢

表3 各溫度區間所對應的溫縮系數

分析表3、圖7 可以發現，未微裂試樣的溫縮系數在0~10 ℃區間內最大，在0 ℃附近最小；微裂后試樣的溫縮系數在所有溫度區間內均明顯低于未微裂試樣，尤其是在0~10 ℃區間內，降低40%以上，說明微裂可以有效地改善水穩碎石材料的溫縮性能，減少由于溫度變化引起的應力和變形。

3 結論

綜上所述，該文研究了微裂技術與水穩碎石基層材料干縮特性、溫縮性能的關系，對比分析微裂前后試樣的失水率、干縮應變、干縮系數和溫縮系數等指標。結果表明，微裂技術可以有效地降低水穩碎石基層材料的失水率和干縮應變，減小早期收縮應力，降低干縮裂縫的產生。同時，微裂技術可以顯著地改善水穩碎石基層材料的溫縮性能，尤其是0～-10 ℃的最不利溫度區間內，微裂后試樣的溫縮系數相較未微裂試樣的溫縮系數降低40%以上，表明微裂技術預防瀝青面層反射裂縫的效果很好，可減緩收縮裂縫現行公路工程無機結合料穩定材料試驗規程發生。