水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制的研究
2015-07-15
前言
水泥稳定碎石基层由于它具有良好的稳定性、耐用性等优点，而被广泛运用在公路与城市道路的建设上，成为我国应用最为广泛的一种半刚性的基层材料之一。[1]水泥稳定碎石存在着缺点，水泥稳定碎石脆性大且抗变形能力弱，当温度和湿度发生变化的时候，就容易产生裂缝。裂缝的产生会导致路面的耐用性变弱，强度降低，路面会出现不平整的现象，严重影响了路面的美观和行车舒适性。综合分析公路与城市道路水泥稳定碎石基层的施工技术特点，探析路面产生裂缝的原因，并从中提出有效防治裂缝的方法，保持路面的美观度和行车舒适度，延长道路使用寿命。
水泥稳定碎石基层产生裂缝的原因
2.1车辆重复性荷载引发裂缝。
车辆反复性荷载性裂缝通常发生在基层的底部。在车辆重复荷载的过程中，基层面底部会发生拉应力，当拉应力已经超出所用材料的强度极限时，水泥稳定碎石基层的底部就会产生裂缝。车辆荷载重复作用下，水泥稳定碎石基层的底部裂缝就会慢慢的扩大并延伸到沥青面层，路面就会显现出裂痕。横县（那阳）至马山二级公路工程竣工后，浦北交界至百合路段因超载超重车辆多，路面损坏率比超载超重车辆较少的百合至那阳路段较为严重。
2.2材料温度胀缩性导致裂缝。
水泥稳定碎石基层是一种半刚性质的材料，是由水、胶凝料和集料混合后组成的。半刚性材料的脆性很大，对温度具有很强的敏感度，容易产生温度性裂缝。在温度较低的情况下，水泥稳定碎石材料就会产生膨胀收缩的反应，同时出现路面翘曲的现象。[2]当水泥稳定碎石材料上面的温度较下面的温度低时，由于材料的深度不一样，使得材料的收缩程度也不一样，最终就会导致路面板出现翘曲的现象，引发路面分裂。路面板并不是导致路面分裂的主要原因，材料温度的热胀冷缩应力才是导致路面分裂的重要因素。水泥的水化过程会放出很多的热能，而且水泥稳定碎石材料散热能力弱，再加上沥青表层有麻袋等杂物的覆盖，使得水泥稳定碎石材料内部的温度增加，从而产生膨胀的现象。而水泥稳定碎石材料外部的温度降低就会产生冷缩的效应。热胀冷缩的不断交替，形成巨大的拉应力，导致水泥稳定碎石表层的开裂。
2.3材料水分干缩引发裂缝。
产生干缩性裂缝有两个时段，一个是水泥稳定碎石在压实成型到养护时期过程中的干缩。这段时间里，由于水泥稳定碎石材料自身水分和养护时浇水的水分被蒸发，水泥稳定碎石材料发生收缩，从而导致基层开裂。[3]另一个就是养护时期到沥青封层过程中的干缩。在温度保持在稳定的状态下，水泥稳定碎石材料从最好的含水量状态转变到比较干燥的状态，干缩过程中产生基层分裂。
2.4施工不规范引起的裂缝。
有些施工人员为了赶进度，抢工期，不按照施工规范进行合理施工，使得基层质量差，基层容易出现裂痕。施工人员在赶进度的过层中，忽视了原材料的质量，放松了对基层施工的质量控制，铺筑的基层比较脆弱，很容易行车被压坏。基层的破坏就会导致路面板的分裂。
防治水泥稳定碎石基层裂缝的方法
3.1降低收缩裂缝，减少基层裂缝的产生。
降低水泥稳定碎石材料的收缩率，提高水泥稳定碎石材料的抗拉力能力，减少基层分裂。我们也可以实行补偿性的收缩策略，在材料中加入膨胀性的化学物质，使得收缩率下降，从而减少基层分裂情况。
3.2防止反射裂缝产生。
选择优质的基层材料可以防止反射裂痕的产生，我们要选择抗拉力和抗冲刷力强，干缩性和温缩性弱的水泥稳定碎石材料。我们也可以通过改善沥青表层的性能来减少分裂，比如沥青面层的高度或者增加钢筋网的面层。再者，我们可以设置一个应变的中间层，来消除反射裂痕的产生。
3.3合理的安排施工时间。
在横县（那阳）至马山二级公路工程水泥稳定碎石基层施工过程中，夏季由于温度过高，水分分散过快，基层就会产生干燥收缩性的裂缝，所以夏季施工时采取了上午和晚上施工，下午高温时段停工；而冬季气温低于5 度时不施工的办法，避开冬季由于温度过低基层容易产生低温收缩性裂缝，导致反射裂缝的产生。所以，合理安排施工时间是非常重要的。
3.4从基层的设计、结构、施工、材料及养护上防治裂缝。
从基层的设计、结构、施工、材料及养护上防治裂缝。（1）设计方面。配合比设计的准确性是影响水泥稳定碎石基层开裂的因素之一。为了提高水泥稳定碎石混合料的抗裂性，我们要严格控制配合比的设计。相关研究表明0.5mm左右的档细集料对水泥稳定碎石基层的干性收缩和温性缩的影响很大，在进行配合比设计的时侯，要控制集料在0.5mm和0.075mm档的通过率，使之尽量接近低限。水泥要按照五种比例进行试验，以制备不同比例的混合料。采用插值法确定配合比，用重型击实法求得最佳含水量与最大干密度。按要求压实度制备混合料试件，养护6天，浸水1天后取出，在进行无侧向抗压强度测试，基层强度在3.5～4.0MPa，底基层强度在2.5～3.0MPa，这样可保证足够的强度，也可避免因强度过高产生较多的反射裂缝。（2）结构方面：在基层建设的结构上，增加水泥稳定碎石材料基层的厚度，车辆重复性荷载在水泥稳定碎石基层上的拉应力会有所降低，就能减少基层的分裂。我们也可以加强基层的抗拉能力，加长整个基层的分裂路线，以延缓裂缝扩展的速度。用土工织物巩固基层，可以限制裂缝的扩大化，减少反射裂缝的产生。（3）施工方面：对施工过程进行有效的控制。据研究发现，水泥稳定碎石基层的开裂指数，一定程度上是受到施工控制的影响。在工程施工中，我们要增强集料的管理，保证集料的质量，控制好碾压层的水分和厚度，以提高基层的厚实性和稳定性。[4]项目建设办和总监办要对整个施工过程进行严密的监控，让路面基层建设保持在一个良好的施工状态。（4）材料方面：研究发现影响水泥稳定碎石材料收缩的原因有很多。如集料的塑性和含泥量、水泥的用量和型号等。水泥稳定碎石的收缩能力是受水泥用量和含水量的影响，水泥的用量越大，收缩的能力就会越强，引发的裂缝就会越多。[5]水泥的含水量越多，收缩能力越强，裂缝扩展越快，裂痕越多。选择优质的材料，减少基层分裂。在集料上，选择粘土含量少、弹性良好的材料，还有就是尽量选择干缩性小的水泥。（5）养护方面：其实，很多的收缩裂缝都是由于施工人员忽视基层养生造成的。水泥稳定碎石基层在强制形成的时候，水分消耗量大，会出现收缩的现象。在这个时候由于养护不当，收缩性就会变大，而材料自身的抗拉能力又弱，就很容易产生裂缝。所以，我们要重视基层的养护工作。
结语
水泥稳定碎石基层属于半刚性材料，具有很大的脆性，存在着严重的裂缝问题。裂缝问题的产生，严重影响了道路的美观度与使用性。我们根据实际的工作经验，采取多种防治方法，缓解和减少水泥稳定碎石基层的裂缝问题。[6]我们从基层的结构、配合比设计、材料选取、施工以及养护等方面进行综合的分析研究，采取全面的防治措施，才能尽可能的把路面产生的裂缝减到最低，使得水泥稳定碎石基层的优点得到充分发挥，以增强路面的稳定性耐用性。
