浅谈减少水泥稳定碎石基层裂缝的措施

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浅谈减少高速公路水泥稳定碎石基层裂缝的措施

摘 要：分析影响高速公路水泥稳定碎石基层出现裂缝的因素，通过具体的工程实践论证，只要在施工过程中充分考虑各种影响因素，采取一些有效的工程措施，减少水泥稳定碎石基层的横向干缩温缩裂缝是可行的。
关键词：水泥稳定碎石；基层；裂缝
0 前言　
目前，我国的高速公路沥青混凝土路面普遍采用半刚性基层，水泥稳定碎石是较为常见的一种半刚性路面的基层材料，水泥硬化后形成板状半刚性体, 提高路面的承载力，具有很高的强度和刚度，有着良好的使用性能。 同时，可以高度机械化施工，对环境污染少，能充分利用当地的材料。它较早在河北、北京、天津、山东等省市应用，继而江苏、浙江、湖南、湖北、广东等地也陆续采用。但由于水稳料固有的干缩性、温缩性，表面产生裂缝是不可能完全避免的，而裂缝一旦形成，必然会影响到基层本身、路面面层的稳定性，影响其使用性能。现通过分析水稳混合料干缩和温缩裂缝的影响因素，采取多种有效措施预防和处理基层开裂，可以在选择材料、配合比设计、施工过程质量控制上严格把关，使裂缝尽可能减少，对于沥青路面使用寿命的延长是能做到的。下面结合某高速公路基层的施工情况探讨如何减少基层裂缝。
1 原材料选择
1.1 水泥
1）品种不同的水泥具有程度不同的收缩性，如矿渣水泥要比硅酸盐水泥收缩性大。标号高的水泥收缩性比标号低水泥收缩性大，一般情况选择P.O32.5硅酸盐水泥就能满足施工。
2） 视抗折强度：抗折强度愈大，混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大，越不易产生温缩裂缝。施工过程中，检验水泥性能时人们通常重视抗压强度，而抗折强度不足也不会引起足够的重视。
3） 由于基层施工时，需要水泥量较大，有时出现水泥供应困难，水泥生产出后存放期不足，就直接投入混合料拌和，由于水泥在拌和水化过程中产生大量的水化热，使其内部的高温与外部的温度形成温差，在一定条件下产生温度裂缝。
为了能够控制水泥的干缩温缩性能，选择了某厂生产的P.O32.5硅酸盐水泥，其物理力学性能指标如表1所示。
表1 水泥的物理力学性能
细度（％） 安定性 凝结时间（min） 抗压强度(Mpa) 抗折强度（Mpa）
  初 凝 终 凝 3d 28d 3d 28d
1.2 合格 300 390 23.4 34.6 4.9 8.3
1.2 集料
必须严格控制集料中细料的含量和塑性指数，以减少水泥稳定碎石中的粘性成分含量。通过0.075mm筛孔的颗粒含量宜控制5％以下。细土的塑性指数要尽可能低，不宜大于4。如果0.075mm以下粉尘太多，则收缩系数增大，裂缝无疑增加。
1） 粗骨料
花岗岩碎石，碎石规格10～30mm，石屑0～10mm，其筛分试验结果和物理性能如表2所示。
2） 细骨料
天然河砂，其筛分试验结果和物理性能如表2所示。
表2 碎石、石屑及砂筛分试验结果及物理性能
筛孔尺寸（mm） 各集料通过百分率
碎石 石屑 砂 合成级配 规范值
31.5 100 100 100 100 100
26.5 90.6 100 100 95.3 90～100
19 56.4 100 100 78.2 72～89
9.5 6.4 93.2 100 50.8 47～67
4.75 1.2 59.5 94.4 35.6 29～49
2.36 0.8 31.5 73.8 22.5 17～35
0.6 0.8 16.1 29.7 10.5 8～22
0.075 0.8 8.5 1.7 3.6 0～7
试验项目 规范值 试验结果  
液限（％） ＜28 26.4  
塑性指数（％） ＜9 3.2  
2 配合比设计
水泥稳定碎石基层配合比设计时，一方面要考虑基层的7d无侧限抗压强度满足设计规范的要求，对于基层要求的强度为3～5Mpa，另一方面要考虑到基层的干缩温缩裂缝。在设计中必须按照以下要求进行：
1） 混合料配合比设计强度过高容易开裂，交通部ＪＴＪ034 2000规范标准，高速公路基层Ｒ7=3～5ＭＰａ。在满足车载要求的前提下，尽量取中值，通过施工过程的严密组合控制，通过7ｄ潮湿养生，7ｄ龄期只要能取出完整的钻件就行。
2） 在满足设计强度的基础上限制水泥用量，一般水泥剂量应控制在4%～5%之间，绝对不能超过5.5%，如强度偏差大或达不到，应通过调整级配和水泥标号品种及严密控制施工过程碾压成型时间来达到要求。
3） 配合比时限制细集料、粉料用量，集料级配中0.075ｍｍ以下颗粒含量不宜大于5%，大骨料宜多点，级配宜取偏粗限，合成级配曲线在中值线下方，如图－1。
3 施工过程控制
3.1 含水量
水泥稳定碎石是水泥与集料的水化凝结硬化的产物。含水量的控制影响到压实度的保证和裂缝的产生。考虑到混合料在运输、碾压过程中还有水分散失，尤其夏季施工时水分蒸发快，施工过程中对水的含量应控制在比最佳含水量大1%左右。含水量过小时，基层表层松散，碾压容易起皮，难以压实；含水量过大碾压时粘轮，表面起拱，而且基层成型后水分散失愈多，形成的裂缝愈多。所以施工过程中含水量要控制适宜。根据施工时气候条件限制含水量，对于运输距离较远，运输途中，混合料宜用土工布等覆盖，以减少水分损失。一天施工中应根据日照强度和风力大小多次调整含水量，一般早、中、晚三次要调整含水量，同时试验人员应在拌和站和摊铺现场用酒精快速烧测含水量，施工操作的前后台通讯联系应方便和顺畅，当现场的含水量与最佳含水量相差大时，要及时通知后场调整含水量。
3.2 混合料拌和
拌和时间不拌和必须要充分、均匀、稳定。拌和时间不足、拌和不均匀，易出现粗细料集中、离析等现象。混合料铺筑成形后由于不同地段、上下层之间的干缩温缩性不同，易产生裂缝。
3.3 混合料摊铺与压实
在施工时采用两台摊铺机平行作业，减少混合料的离析现象，混合料摊铺后，应尽快完成碾压，缩短从加水拌和到完成碾压的时间。如果不及时碾压，水泥就会产生部分凝结作用，再碾压时，就会破坏已形成的水泥胶结作用，就需要消耗压实功，影响压实度，混合料的强度和性能也会下降，抗裂缝能力也下降。
3.4 基层养生及交通管制
由于水分参与了水泥的水化反应，水分的散失将影响其正常的反应，从而影响凝结硬化后形成的强度，特别是广东地区气温较高，自然风较大，基层表面的水分蒸发更快，极易产生均匀的裂纹。水泥稳定碎石下基层施工完成后，及时用薄膜养护，养生期不能小于7ｄ，并且在养生期内要保持薄膜不能被风吹开，基层表面的水分不能蒸发，对于上基层在施工完成后基层表面的毛细水干后布洒透层油保护，在铺筑沥青面层之前尽量封闭交通，以减少车辆荷载的影响，并尽快铺筑面层。在铺筑面层前要重视水泥稳定碎石基层的清扫工作，清除杂物，否则基层与面层之间结合的不好，易产生薄弱点，造成裂缝等。
4 结语
施工中的实践表明，已经施工的20Km下基层来看，由于该段通道和桥梁建筑物较多，已经施工完成底基层来看，能够肉眼看见底横向贯通裂缝不到10条。尽管水泥稳定碎石基层的横向干缩温缩裂缝是不可避免的，只要在施工过程中把好原材料关，做好配合比设计，加强施工过程的质量控制，干缩温缩裂缝的数量就会明显减少。