水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫防治措施及施工工藝控制

　　關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石，收縮，施工工藝

　　水泥穩(wěn)定碎石材料，具有強度高，疲勞性好，良好的整體力學(xué)特性和穩(wěn)定性。然而，隨著水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的大量使用，其作為半剛性基層路面的缺陷也逐步體現(xiàn)出來，其缺陷仍然是抗變形能力低、脆性大，在溫度或濕度變化時易產(chǎn)生開裂，形成反射裂縫，進而嚴重影響路面的使用性能[1]。己建高速公路的使用狀況調(diào)查表明，不論南方北方，通車一年后最遲第二年多出現(xiàn)大量裂縫，在以后的其它季節(jié)還會繼續(xù)增加。結(jié)果，路面的整體性和連續(xù)性遭到了破壞，更嚴重的是路表水通過裂縫進入路面結(jié)構(gòu)，深入土基，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)過早破壞[2]。如何減少反射裂縫的產(chǎn)生依然是充分發(fā)揮水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵之一。

　　1水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的產(chǎn)生原因

　　1.1水分蒸發(fā)產(chǎn)生干縮裂縫

　　水泥、石灰、粉煤灰與各種粒料和水經(jīng)拌和、壓實后,由于蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用,混合料的水分會不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和炭化收縮作用等會引起水泥穩(wěn)定粒料產(chǎn)生體積收縮。

　　1.2溫度變化產(chǎn)生收縮裂縫

　　組成半剛性材料的三相,即不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相在降溫過程中相互作用的結(jié)果,使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮,即溫度收縮。就組成固相的礦物顆粒而言,粗骨料顆粒的溫度收縮系數(shù)較小,粉粒的溫度收縮系數(shù)較大。存在于材料內(nèi)部的較大孔隙、毛細孔和凝膠孔中的水通過“擴張作用”、“表面張力作用”和“冰凍作用”三個作用過程,對半剛性材料的溫度收縮性質(zhì)產(chǎn)生極大影響。

　　2預(yù)防水泥穩(wěn)定基層裂縫產(chǎn)生的措施

　　2.1水泥品種的選擇

　　不同品種的水泥干縮性有所不同。普通硅酸鹽水泥干縮性很小、火山灰硅酸鹽水泥次之、礦渣水泥較大。因此，選擇合適的水泥在一定程度上能減少干縮裂縫。

　　2.2改善骨料級配

　　根據(jù)進料量經(jīng)常進行篩分試驗，隨著進料級配的變化及時調(diào)整配比，使骨料級配能夠形成骨架密實型結(jié)構(gòu)，并對細集料含量加以限制[3]。

　　2.3降低各種材料的黏土量

　　水泥穩(wěn)定基層混合料在不同負溫度時的溫縮系數(shù)變化很小，當(dāng)黏土量增加，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度愈低，黏土量對溫縮系數(shù)影響愈大。對于水泥穩(wěn)定基層來說，水泥穩(wěn)定碎石中不含黏土的裂縫最少，因此，限制收縮最重要的措施是除去集料中的黏土含量，達到規(guī)范要求的范圍，而且愈少愈好。

　　2.4控制水泥用量

　　大量的試驗和研究結(jié)果顯示[4],水泥劑量和級配是影響水泥穩(wěn)定碎石基層強度的主要因素。圖1所示為干縮特性隨水泥劑量、級配變化的情況。從圖中可以看出：干縮應(yīng)變隨著水泥劑量的增加先減小后增加,呈凹型曲線分布。水泥劑量為3%～4%時,干隨應(yīng)變有最小值。當(dāng)水泥劑量較小時，由于混合料本身的強度很低，由于水分散失所產(chǎn)生的收縮力作用下發(fā)生較大的干縮應(yīng)變；隨著水泥劑量的增加，混合料本身強度大大增加，限制了部分干縮變形，從而導(dǎo)致混合料干縮應(yīng)變降低，但干縮變形總量也在增加；當(dāng)水泥增加到一定量時，強度增長對干縮變形的限制與失水作用導(dǎo)致干縮變形達到相對平衡時，有最小的干縮應(yīng)變；隨著水泥劑量的繼續(xù)增加，收縮作用大于強度對變形的限制作用，干縮應(yīng)變又有所增加。

　　2.5添加減縮劑

　　水泥穩(wěn)定碎石基層的收縮主要是由膠凝材料-水泥石的收縮引起。依據(jù)毛細管張力理論，水泥石的收縮原因可歸結(jié)為:在環(huán)境濕度小于100%時，毛細管內(nèi)部的水面下降形成彎液面，在水的表面張力作用下，便會在毛細管中產(chǎn)生附加壓力ΔP，這種附加壓力導(dǎo)致了水泥石的收縮。而ΔP主要與水的表面張力和毛細管半徑有關(guān)。減縮劑的主要作用機理在于降低孔隙水的表面張力，減小毛細孔失水時所產(chǎn)生的附加壓力，從而減少了收縮裂縫產(chǎn)生。

　　2.6添加外加劑

　　采用等量替代法用粉煤灰替代水泥穩(wěn)定碎石中的等量水泥有利于減小混合料的溫度收縮系數(shù)。這是因為粉煤灰的溫度收縮系數(shù)較小，溫度敏感性差，所以有利于減少混合料的溫度收縮系數(shù)。另外粉煤灰密度小，也就是說在同樣重量的前提下，其體積要大于水泥，所以粉煤灰代替部分水泥可以減少混合料結(jié)構(gòu)中的孔隙，從而在最大限度內(nèi)以顆粒接觸為主，而顆粒的壓縮與孔隙中的氣體壓縮相比要小的多，所以表現(xiàn)出宏觀上的溫度收縮應(yīng)變較小。

　　2.7摻柔性纖維

　　纖維能夠大大改善水泥穩(wěn)定碎石的路用性能，它既能有效地減小水泥穩(wěn)定碎石干縮裂縫，還能有效抑制其溫縮裂縫。柔性纖維的長度及單位體積內(nèi)的纖維根數(shù)，是決定柔性纖維半剛性基層抗裂性能好壞的兩個關(guān)鍵因素，兩因素緊密聯(lián)系，其中單獨一方對抗裂性能不起決定性作用，需綜合考慮之。

　　3施工工藝控制

　　3.1拌和

　　采用廠拌法施工。在正式生產(chǎn)混合料之前，首先調(diào)試好所用的設(shè)備，使混合料的顆粒組成和含水量都達到規(guī)定的要求，原集料的顆粒組成發(fā)生變化時，則重新調(diào)試設(shè)備。拌和時應(yīng)做到配料準確，拌和均勻。拌和的含水量比最佳含水量大0.5%～1.0%，以補償施工過程中水分蒸發(fā)的損失，并根據(jù)集料含水量的大小、氣候及氣溫變化的實際情況（如早、中、晚不同）以及運輸和運距情況及時調(diào)整加水量，確保施工時處于最佳含水量[5]。水泥劑量是影響水泥穩(wěn)定級配碎石強度的重要指標，考慮到施工離散性的影響，實際施工水泥劑量應(yīng)比設(shè)計值增加0.5%，在拌和過程中應(yīng)隨時觀察混合料拌和后的顏色，防止水泥堵塞不流動。從拌和機內(nèi)加水拌和到完成壓實工作的時間一般不超過2h，嚴禁超過初凝時間。為了防止裝料過程中集料的離析現(xiàn)象，采取嚴格控制堆料高度的措施，一般情況控制在4～6m高度以下，并且分層堆放。

　　3.2攤鋪

　　(1)攤鋪設(shè)備選型。建議采用ABG422和ABG423攤鋪機，這類機型能很好地控制攤鋪厚度和表面的平整度。兩臺攤鋪機聯(lián)合作業(yè)時，兩機相距5～8m，前一臺一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)采用橫坡儀按設(shè)計坡度定位；后一臺一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)把滑靴放在前一臺所攤鋪出的水泥穩(wěn)定碎石基層面上，位置距水泥穩(wěn)定碎石邊緣20～40cm同一位置，調(diào)整好坡度，按照確定的松鋪系數(shù)連續(xù)以穩(wěn)定的速度進行攤鋪。

　　(2)混合料運到現(xiàn)場，立即用攤鋪機攤鋪，如有離析現(xiàn)象，應(yīng)立即用人工修補，同時注意含水量的變化，及時反饋到拌和場適當(dāng)調(diào)整。攤鋪過程中還兼顧了拌和機出料的速度，適當(dāng)調(diào)整攤鋪速度，盡量減少停機待料的情況。在攤鋪機后設(shè)專人消除粗集料離析等現(xiàn)象，鏟除任何離析、太濕等不合格的混合料，并在碾壓前采用合格的拌和料添補。

　　3.3碾壓

　　碾壓遵循先輕后重、由低位到高位、由邊到中的原則，碾壓時控制混合料的含水量處于最佳值。先用14t光輪輕型壓路機及時并連續(xù)地在全寬范圍內(nèi)進行一遍初壓(靜壓)，碾壓均與路中心線平行，直線段由邊到中、超高段由內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次連續(xù)均勻地進行碾壓，相鄰碾壓輪跡重疊1/2輪寬。然后用18t重型振動壓路機、輪胎壓路機繼續(xù)碾壓，并檢測壓實度，直到全寬范圍都均勻地達到規(guī)范規(guī)定的壓實要求為止，一般碾壓6～8遍。最后用14t壓路機進行光面，以確保路面的平整度及消除輪跡。另外，當(dāng)實際含水量ω接近最佳含水量ω0時，壓實度才有保證；當(dāng)ω>ω0時，碾壓時容易超“彈簧”；當(dāng)ω<ω0時，壓實度就會達不到要求。所以，在施工中氣溫也是很重要的影響因素，特別是干旱少雨地區(qū)，要現(xiàn)場及時檢測。為了給壓實提供質(zhì)量保證，自檢組緊跟工作面后，對形成的路面基層及時檢測，包括厚度、寬度、壓實度、含水量、平整度以及集料的級配等，需要調(diào)整時，立即通知工地負責(zé)人進行調(diào)整。壓實度應(yīng)達到重型擊實標準的98%以上，尤其要注意水泥穩(wěn)定碎石層常出現(xiàn)下部3～5cm壓不密實的現(xiàn)象，要及時解決，一般是用增大振動壓路機的噸位和增加碾壓遍數(shù)的措施即可。

　　3.4養(yǎng)生

　　每一段碾壓完成且自檢壓實度合格后，立即進行養(yǎng)生。養(yǎng)生采用不透水薄膜覆蓋養(yǎng)生，在覆蓋前，先對自檢合格的基層灑足量水養(yǎng)生，而后鋪設(shè)薄膜。不透水薄膜對缺水、干旱少雨、日照時間長的地區(qū)有很大推廣潛力，它經(jīng)濟、實惠、成本低且保濕度高。不透水薄膜覆蓋不宜少于7d，在這期間封閉交通，嚴禁車輛通行;覆蓋薄膜時縱、橫向壓砂或廢料(不允許使用泥土)，做成1m間隔，壓實不能有縫隙，保證密實，才能起到保濕養(yǎng)生作用。在施工中，特別應(yīng)注意對兩個側(cè)邊的養(yǎng)生，一定要將薄膜鋪設(shè)到位，防止干燥或忽干忽濕，確保整個養(yǎng)生期間半剛性基層表面始終保持潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生期結(jié)束后應(yīng)立即清除薄膜，清掃浮土雜物。結(jié)語

　　水泥穩(wěn)定碎石基層施工時，必須嚴格加強基層原材料的檢驗、施工工藝控制并創(chuàng)造良好的養(yǎng)生條件，從而提高基層施工的整體質(zhì)量。

　　參考文獻

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　　[2]沙慶林．高等級公路半剛性基層瀝青路面[M]．北京：人民交通出版社，1999．

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　　[5]唐佐斌．水泥穩(wěn)定碎石質(zhì)量控制要點及措施[J]．路基工程，2007(6)：154-156．