谈水泥稳定碎石基层横向裂缝控制

2022-09-11

水泥稳定碎石属于半刚性基层, 其沥青路面具有强度和刚度较高、路面平整度好、噪音低、行车舒适、易于就地取材、施工工艺简单、使用周期长、工程投资较低、养护维修方便等优点。然而由于半刚性基层沥青路面其组成材料自身固有的特性, 开裂几乎是不可避免的, 因此, 本文结合工程实例对水泥稳定碎石基层横向裂缝形成的原理及控制措施进行探讨。

1 裂缝形成原理

分析裂缝形成过程, 大致分为初期收缩裂缝, 中期内应力裂缝, 后期荷载外力裂缝3个阶段。

1.1 初期收缩裂缝

水泥稳定基层完工后30d局部路段产生横向裂纹, 缝宽1mm～3mm, 横向贯通或半贯通, 垂向深度为水泥稳定基层厚度的0.3～0.5倍。初期收缩裂缝主要是由于压实后的水泥稳定基层中的水不断蒸发和水泥水化作用使水份不断减少, 产生毛细管作用、吸附作用、分子间力作用以及材料矿物晶体、凝胶体层间水的作用、碳化收缩作用等, 使水泥稳定基层压实体发生体积收缩, 形成收缩裂缝。

1.2 中期内应力裂缝

沥青碎石下面层铺筑后90d即有少量反射裂缝产生, 水泥稳定基层铺筑后6个月大部分裂缝基本形成, 90%的裂缝横向和垂向均已贯通水泥稳定基层和沥青碎石面层, 水泥稳定基层形成了长度不等的相对独立的受力板块。一般开裂地段裂缝间距在50m～100m之间, 严重开裂地段裂缝间距在6m～30m之间, 裂缝宽度为1mm～5mm。一年后裂缝有少量增加和扩展, 裂缝数量在上年基础上增加5%～8%, 缝宽普遍增大, 一般为5mm, 局部地段增加到10mm。

1.3 后期荷载外力裂缝

中期内应力裂缝基本形成以后, 长度不同且相对独立的水泥稳定基层板块, 受底基层的支承, 支承面强度高的部位形成相对支点, 强度低的部位形成相对悬空。用相对悬空系数来反映板的悬空程度, 当系数为零时层间完全接触, 符合多层弹性体系理论;当系数逐步增大时层间接触力逐步减弱, 板处于相对连续的简支板受力体系;当系数增至1时层间接触力完全消失, 板底完全悬空, 水泥稳定基层板块处于绝对连续简支板受力体系。相对悬空跨度和相对悬空系数的大小与支承面弯沉值的变异系数有关, 变异系数越大悬空程度越大, 反之越小。当产生中期应裂缝后, 裂缝处的路床强度在路面渗水的作用下逐步降低, 裂缝两边的水泥稳定基层逐步悬空形成相对悬臂板。

总之, 导致半刚性基层沥青路面开裂的因素很多。通过对基层沥青路面的分析研究认为, 导致开裂的因素主要有材料特性、车辆荷载与路面结构设计、路基强度及其均匀性、底基层强度及其均匀性、自然环境等。水泥稳定基层矿料的级配、细粉料含量、塑性指数, 路面结构组成及其厚度, 车辆荷载的大小, 路基和底基层的强度及其均匀性, 地质土质, 水文气象等各方面的因素与半刚性基层沥青路面的开裂都有直接关系。

2 裂缝控制措施

2.1 原材料控制

为了保证混合料的生产配合比准确、稳定, 必须要有相对稳定的原材料。

(1) 水泥:作为半刚性路在胶凝材料的水泥, 应使用早期强度较低, 初、终凝时间较长的水泥。使用经试验检测, 各项指标均符合规范要求水泥。

(2) 碎石:除石屑是外购材料外, 5mm～10mm、10mm～30mm的碎石, 全部由施工单位购进片石, 自己现场加工, 这样能够确保所用碎石的级配稳定。

2.2 混合料配合比控制

(1) 配合比设计:在设计配合比时, 将水泥剂量控制在5%以内, 混合料宜粗不宜细, 强度要达到4MPa～5MPa。首先根据集料初步试配情况, 将混合料级配分为中 (级配范围的中值) 、粗 (级配范围的下限) 两种类型, 然后, 分别按4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的水泥剂量进行试配。通过试验, 最终选定的配合比是粗型, 水泥剂量为4.5%, 试件强度普遍在4.4MPa～5.1MPa范围内, 最佳含水量为5.2%, 总体比较理想。

(2) 生产配合比确定:混合料生产时, 使用500型拌和站拌制, 各种材料的用量全部由电脑控制。从施工现场抽取混合料, 制成试件, 部分在试验室标准养护, 部分放在现场同步养护。结果显示:水泥剂量为4.5%时, 标准养护强度4.2MPa～4.8MPa, 现场养护强度为3.9MPa～4.7MPa;水泥剂量为4.8%时, 两种强度分别为4.5 M P a～5.1MPa和4.3MPa～4.9MPa。于是确定水泥剂量按4.8%控制。

(3) 生产配合比控制:拌和站安排专职试验人员, 每30min对混合料做一次水泥剂量检测试验, 每天上、下午各做一次混合料级配筛分试验, 发现异常, 立即调整。

2.3 施工控制

(1) 严格控制含水量:含水量过大, 水泥稳定碎石基层易出现干缩裂缝, 因此, 在正常天气情况下, 我们均以最佳含水量控制, 只有中午气温较高时, 才适当增加1%～2%。

(2) 双摊铺机摊铺:由于所施工的混合料偏粗, 用1台摊铺机摊铺时, 两边离析较为严重, 于是使用2台750型摊铺机前后并行作业, 有效地解决了离析问题。

(3) 紧跟碾压:混合料摊铺以后, 压路机紧跟在后面进行稳压, 随后用振动力达60t的压路机进行振压, 最后静压。由于含水量不高, 基层表面有局部失水干燥现象, 但内部并无质量问题。

2.4 养生与保护

(1) 水泥稳定基层碾压结束后, 立即用渗水土工布进行覆盖, 在土工布表面洒水养护, 连续7d, 保持湿润。同时实行交通管制, 7d之内严禁重车通行, 以免对结构层造成损伤; (2) 7d以后, 如上一结构层仍未施工, 土工布不能撤掉, 应继续覆盖洒水养护7d, 洒水量可适当减少, 每天洒水2次～3次。

2.5 质量检验

(1) 养生7d后进行钻芯检验, 芯样密实、完整, 成型良好; (2) 开放交通一段时间后, 进行清扫、冲洗, 除去表面浮浆, 基层表面略显粗糙, 碎石有外露现象, 但不松散, 强度均匀, 整体成形良好; (3) 一合同段水泥稳定碎石基层7月20日完工后, 我们进行了多次细致检查, 至今已有3个多月的时间, 尚未发现有横向裂缝。