水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面裂縫控制的研究
2015-07-15
前言
水泥穩(wěn)定碎石基層由于它具有良好的穩(wěn)定性、耐用性等優(yōu)點，而被廣泛運(yùn)用在公路與城市道路的建設(shè)上，成為我國應(yīng)用最為廣泛的一種半剛性的基層材料之一。[1]水泥穩(wěn)定碎石存在著缺點，水泥穩(wěn)定碎石脆性大且抗變形能力弱，當(dāng)溫度和濕度發(fā)生變化的時候，就容易產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致路面的耐用性變?nèi)?，?qiáng)度降低，路面會出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了路面的美觀和行車舒適性。綜合分析公路與城市道路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工技術(shù)特點，探析路面產(chǎn)生裂縫的原因，并從中提出有效防治裂縫的方法，保持路面的美觀度和行車舒適度，延長道路使用壽命。
水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫的原因
2.1車輛重復(fù)性荷載引發(fā)裂縫。
車輛反復(fù)性荷載性裂縫通常發(fā)生在基層的底部。在車輛重復(fù)荷載的過程中，基層面底部會發(fā)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力已經(jīng)超出所用材料的強(qiáng)度極限時，水泥穩(wěn)定碎石基層的底部就會產(chǎn)生裂縫。車輛荷載重復(fù)作用下，水泥穩(wěn)定碎石基層的底部裂縫就會慢慢的擴(kuò)大并延伸到瀝青面層，路面就會顯現(xiàn)出裂痕。橫縣（那陽）至馬山二級公路工程竣工后，浦北交界至百合路段因超載超重車輛多，路面損壞率比超載超重車輛較少的百合至那陽路段較為嚴(yán)重。
2.2材料溫度脹縮性導(dǎo)致裂縫。
水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性質(zhì)的材料，是由水、膠凝料和集料混合后組成的。半剛性材料的脆性很大，對溫度具有很強(qiáng)的敏感度，容易產(chǎn)生溫度性裂縫。在溫度較低的情況下，水泥穩(wěn)定碎石材料就會產(chǎn)生膨脹收縮的反應(yīng)，同時出現(xiàn)路面翹曲的現(xiàn)象。[2]當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石材料上面的溫度較下面的溫度低時，由于材料的深度不一樣，使得材料的收縮程度也不一樣，最終就會導(dǎo)致路面板出現(xiàn)翹曲的現(xiàn)象，引發(fā)路面分裂。路面板并不是導(dǎo)致路面分裂的主要原因，材料溫度的熱脹冷縮應(yīng)力才是導(dǎo)致路面分裂的重要因素。水泥的水化過程會放出很多的熱能，而且水泥穩(wěn)定碎石材料散熱能力弱，再加上瀝青表層有麻袋等雜物的覆蓋，使得水泥穩(wěn)定碎石材料內(nèi)部的溫度增加，從而產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象。而水泥穩(wěn)定碎石材料外部的溫度降低就會產(chǎn)生冷縮的效應(yīng)。熱脹冷縮的不斷交替，形成巨大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石表層的開裂。
2.3材料水分干縮引發(fā)裂縫。
產(chǎn)生干縮性裂縫有兩個時段，一個是水泥穩(wěn)定碎石在壓實成型到養(yǎng)護(hù)時期過程中的干縮。這段時間里，由于水泥穩(wěn)定碎石材料自身水分和養(yǎng)護(hù)時澆水的水分被蒸發(fā)，水泥穩(wěn)定碎石材料發(fā)生收縮，從而導(dǎo)致基層開裂。[3]另一個就是養(yǎng)護(hù)時期到瀝青封層過程中的干縮。在溫度保持在穩(wěn)定的狀態(tài)下，水泥穩(wěn)定碎石材料從最好的含水量狀態(tài)轉(zhuǎn)變到比較干燥的狀態(tài)，干縮過程中產(chǎn)生基層分裂。
2.4施工不規(guī)范引起的裂縫。
有些施工人員為了趕進(jìn)度，搶工期，不按照施工規(guī)范進(jìn)行合理施工，使得基層質(zhì)量差，基層容易出現(xiàn)裂痕。施工人員在趕進(jìn)度的過層中，忽視了原材料的質(zhì)量，放松了對基層施工的質(zhì)量控制，鋪筑的基層比較脆弱，很容易行車被壓壞?；鶎拥钠茐木蜁?dǎo)致路面板的分裂。
防治水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的方法
3.1降低收縮裂縫，減少基層裂縫的產(chǎn)生。
降低水泥穩(wěn)定碎石材料的收縮率，提高水泥穩(wěn)定碎石材料的抗拉力能力，減少基層分裂。我們也可以實行補(bǔ)償性的收縮策略，在材料中加入膨脹性的化學(xué)物質(zhì)，使得收縮率下降，從而減少基層分裂情況。
3.2防止反射裂縫產(chǎn)生。
選擇優(yōu)質(zhì)的基層材料可以防止反射裂痕的產(chǎn)生，我們要選擇抗拉力和抗沖刷力強(qiáng)，干縮性和溫縮性弱的水泥穩(wěn)定碎石材料。我們也可以通過改善瀝青表層的性能來減少分裂，比如瀝青面層的高度或者增加鋼筋網(wǎng)的面層。再者，我們可以設(shè)置一個應(yīng)變的中間層，來消除反射裂痕的產(chǎn)生。
3.3合理的安排施工時間。
在橫縣（那陽）至馬山二級公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中，夏季由于溫度過高，水分分散過快，基層就會產(chǎn)生干燥收縮性的裂縫，所以夏季施工時采取了上午和晚上施工，下午高溫時段停工；而冬季氣溫低于5 度時不施工的辦法，避開冬季由于溫度過低基層容易產(chǎn)生低溫收縮性裂縫，導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生。所以，合理安排施工時間是非常重要的。
3.4從基層的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、施工、材料及養(yǎng)護(hù)上防治裂縫。
從基層的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、施工、材料及養(yǎng)護(hù)上防治裂縫。（1）設(shè)計方面。配合比設(shè)計的準(zhǔn)確性是影響水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的因素之一。為了提高水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗裂性，我們要嚴(yán)格控制配合比的設(shè)計。相關(guān)研究表明0.5mm左右的檔細(xì)集料對水泥穩(wěn)定碎石基層的干性收縮和溫性縮的影響很大，在進(jìn)行配合比設(shè)計的時侯，要控制集料在0.5mm和0.075mm檔的通過率，使之盡量接近低限。水泥要按照五種比例進(jìn)行試驗，以制備不同比例的混合料。采用插值法確定配合比，用重型擊實法求得最佳含水量與最大干密度。按要求壓實度制備混合料試件，養(yǎng)護(hù)6天，浸水1天后取出，在進(jìn)行無側(cè)向抗壓強(qiáng)度測試，基層強(qiáng)度在3.5～4.0MPa，底基層強(qiáng)度在2.5～3.0MPa，這樣可保證足夠的強(qiáng)度，也可避免因強(qiáng)度過高產(chǎn)生較多的反射裂縫。（2）結(jié)構(gòu)方面：在基層建設(shè)的結(jié)構(gòu)上，增加水泥穩(wěn)定碎石材料基層的厚度，車輛重復(fù)性荷載在水泥穩(wěn)定碎石基層上的拉應(yīng)力會有所降低，就能減少基層的分裂。我們也可以加強(qiáng)基層的抗拉能力，加長整個基層的分裂路線，以延緩裂縫擴(kuò)展的速度。用土工織物鞏固基層，可以限制裂縫的擴(kuò)大化，減少反射裂縫的產(chǎn)生。（3）施工方面：對施工過程進(jìn)行有效的控制。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定碎石基層的開裂指數(shù)，一定程度上是受到施工控制的影響。在工程施工中，我們要增強(qiáng)集料的管理，保證集料的質(zhì)量，控制好碾壓層的水分和厚度，以提高基層的厚實性和穩(wěn)定性。[4]項目建設(shè)辦和總監(jiān)辦要對整個施工過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，讓路面基層建設(shè)保持在一個良好的施工狀態(tài)。（4）材料方面：研究發(fā)現(xiàn)影響水泥穩(wěn)定碎石材料收縮的原因有很多。如集料的塑性和含泥量、水泥的用量和型號等。水泥穩(wěn)定碎石的收縮能力是受水泥用量和含水量的影響，水泥的用量越大，收縮的能力就會越強(qiáng)，引發(fā)的裂縫就會越多。[5]水泥的含水量越多，收縮能力越強(qiáng)，裂縫擴(kuò)展越快，裂痕越多。選擇優(yōu)質(zhì)的材料，減少基層分裂。在集料上，選擇粘土含量少、彈性良好的材料，還有就是盡量選擇干縮性小的水泥。（5）養(yǎng)護(hù)方面：其實，很多的收縮裂縫都是由于施工人員忽視基層養(yǎng)生造成的。水泥穩(wěn)定碎石基層在強(qiáng)制形成的時候，水分消耗量大，會出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象。在這個時候由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，收縮性就會變大，而材料自身的抗拉能力又弱，就很容易產(chǎn)生裂縫。所以，我們要重視基層的養(yǎng)護(hù)工作。
結(jié)語
水泥穩(wěn)定碎石基層屬于半剛性材料，具有很大的脆性，存在著嚴(yán)重的裂縫問題。裂縫問題的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了道路的美觀度與使用性。我們根據(jù)實際的工作經(jīng)驗，采取多種防治方法，緩解和減少水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫問題。[6]我們從基層的結(jié)構(gòu)、配合比設(shè)計、材料選取、施工以及養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行綜合的分析研究，采取全面的防治措施，才能盡可能的把路面產(chǎn)生的裂縫減到最低，使得水泥穩(wěn)定碎石基層的優(yōu)點得到充分發(fā)揮，以增強(qiáng)路面的穩(wěn)定性耐用性。
