水泥稳定碎石裂缝出现的原因分析与防治措施

水泥稳定碎石裂缝原因分析与防治 半刚性基层沥青路面是由无机结合料稳定底基层、基层和沥青面层构成的路面结构形式。这种路面强度高、抗疲劳性能好，因此在我国公路建设中广泛应用中，是路面的主要类型。但水泥稳定碎石基层容易产生裂纹却一直是一个不争的事实，是一个有侍解决的问题。本文就其产生裂纹的原因进行了分析，并提出了防治技术。 以级配碎石作骨料，用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实，称之为水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾。由于水泥稳定碎石的整体强度、刚度、水稳性较好，目前高等级公路大多采用水泥稳定碎石来做基层。    水泥稳定碎石基层是一种半刚性结构。水泥稳定碎石基层易产生裂缝的问题是一直想方设法研究解决的问题。这种裂缝是很有规律性的，一般在基层顶面横向每隔510米一条，缝宽0.54mm左右。出现较早时在水稳基层摊铺完成后一个月内就开始出现，晚的在沥青砼路面通车后一至二年内开始出现，这是由于水泥稳定基层裂缝反射上去造成的。    基层裂缝的危害有二个方面：一是降低基层的整体强度，二是发展后会形成反射裂缝，使沥青砼路面相应出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二种情况后，若不及时处理，雨水从裂缝内向下渗透，沥青砼和基层裂缝缝隙处充满自由水，在车辆荷载反复冲击下，就会使沥青砼中粘附在碎石表面的沥青剥离，基层的细集料形成灰浆被挤压出路面，沥青砼路面出现坑洞、碎裂、松散，造成沥青砼路面早期破损，影响使用寿命。基层裂缝的危害极为常见，直接影响到了路面行车的质量和舒适度。1. 裂缝产生的原因分析  根据现场调查分析，虽然基层裂缝有种种特征，但总的来说水泥稳定碎石基层裂缝产生的原因可归结为三大原因： 干缩性裂缝干缩性裂缝的情况分为二种，一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7天）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼面层这段时间的干缩。其机理基本上是一样的，只是其损害的程度有所不同。    水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7天）期间，由于混合料本身拌和、养护时用水，水分蒸发以及混合料内部水化作用而发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，出现拉裂的现象。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为“一次性的干缩”，其产生的裂缝是有限的。从基层养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青砼面层之间，如果这段时间间隔较长，自然天气有多变（出现雨天和晴天交替），基层料从“较干燥饱水状态较干燥饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，积少成多，在薄弱地方就表现为裂缝，这种破坏在多雨的南方夏天特别明显。“养生期结束后，如其上为沥青面层，应先清扫基层，立即喷洒透层或粘层沥青”、“在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防止基层干缩开裂”的规定原因之一。荷载性裂缝这种裂缝往往出现在车道上，裂缝在主车道上，并向超车道上或路肩延伸，一般裂缝宽度较小，在1mm左右，有的还会出现多个裂缝交叉现象。荷载裂缝一般出现在营运期间，由于基层施工成型后表面的不均匀性，使的基层底部存在着损伤或裂缝。根据受力特点，沥青层底受压，基层是受拉的，在基层受拉时裂缝就会逐渐向上扩展，最终形成基层荷载性开裂。基层在使用后期也易形成疲劳裂缝，这种也属于荷载裂缝，这中缝很容易形成支缝，长时间不处理就会导致基层松散，强度降低。最后出现坑洞。温缩性裂缝也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层属半刚性体，它也不会例外。大家都知道，在水泥路面设计和施工中，设置伸缩缝的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际中得到了广泛的应用，取得了显著的成效。但长期以来，在沥青砼路面设计规范或施工技术规范中却没有提出来，因而极少有人试用过。水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差作用中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。2、裂缝的预防和处理技术严格控制级配和压实度作为水泥稳定基层用的碎石要求是不很高，规范中只有4个指标：相对密度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量，因此很多岩矿都可作为基层碎石的料矿。高速公路基层碎石用量是很大的，而一般外购的一个岩矿场的产量却很小，于是很多施工单位就同时使用几个矿场进料，并且由于储料场地不足而又混堆进行储料（尽管分了不同档级）。这就产生二个很严重的问题：一是由于不同矿源筛网不同造成同一档料内各粒料数量不同，几档材料混合后，生产配合比经常变化，极易超出上限或下限。二是各矿场碎石的视密度不同，在确定最大干密度带来很大的困难无法在几种混合矿料中得到一个最具代表性的最大干密度，最终导致现场无法进行正常压实度检测和控制。只使用一个岩矿做粗集料的料场，既能保证生产配合比与理论配合比吻合较好，也能保证最大干密度不至于经常变化，有利于压实度的现场控制。事实证明，水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏，不但影响水泥稳定基层的干缩性，而且还影响到水泥稳定基层的耐冻性。所以，控制好级配和压实度对预防裂缝的产生具有很好的现实意义。严格控制小于0.075以下的颗粒含量小于0.075以下的颗粒含量增加时，不但增加了水泥的用量，而且基层表面还容易起砂，严重影响水稳层的质量。同时，当细集料增加时，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低，细粒料对温缩的影响也越大。因此，规范中水泥稳定土的颗粒组成范围规定：集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075以下的颗粒含量不应超过5%，细粒土无塑性指数时，小于0.075以下的颗粒含量不应超过7%。在实际施工控制中，要减小0.075以下的颗粒（矿粉、粘土）含量采用事后在储料场过筛方法去除或用水冲洗是很不现实也很费时的。最好是方法是在破碎现场加装水洗装置或者在破碎机的皮带运输机最后一环节上再加装一个可360度旋转的滚动筛。经过这个工序，小于0.075以下的颗粒含量将会太太减小。施工时，如果能将塑性指数控制在小于4%，不但可以减小水泥稳定粒料的收缩性，而且还可以提高压力水对基层的抗冲刷能力。严格控制水泥用量和碾压时的最佳含水量一般的水泥稳定碎石基层，其设计强度通常为35Mpa。设计强度愈高，所需水泥用量越大。基层刚性越大，越易产生干缩性裂缝，缝宽也增大。所以我国规范规定水泥剂量6%。    水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大。施工碾压时含水量越大，结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层，在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时，应根据天气情况适当增加或减少拌和用水量。例如，在夏天施工气温较高，即使在同一天施工，混合料的拌和用水量也应早、中、晚各不相同，并且，还要根据运距远近、运输车辆配置情况不断的调整，确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。    摊铺完成后，要及时用土工布、麻袋布覆盖进行洒水养护，防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低，则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温，不一定需要洒水养护。可能的情况下，养护期结束，立即进行沥青封层或透层的施工，及时摊铺沥青砼面层，这样水稳基层露裸在外面风吹日晒雨淋的时间短，能有效地减少“多次重复干缩”产生的裂缝。这个措施是非常有效的。选择有利的季节或时间进行水稳基层的施工水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时结构内温度应力较小，水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大，越易产生温缩性裂缝。    如果在夏天酷暑条件下施工，最好能选择在早晚的时间，尽可能避开中午时间进行摊铺，并要加强覆盖洒水养护，保证水稳层处于湿润状态。冬天气温低于5时，也不能进行水稳基层的施工。在有冰冻的地区，应在第一次重冰冻（-3-5）到来之前半个月到一个内完成。采用切缝措施防止和减少温缩性裂缝水稳基层在夏季施工时，宜在基层设置缩缝，缝深不小于层厚的1/4，并灌注沥青胶填缝。水稳基层在冬季施工时，水稳基层宜设置胀缝，其间距可根据上述公式计算确定，深度为该水稳层的厚度。可用沥青胶或沥青填缝料或细粒式断级配沥青砼填筑并夯实，并在胀缝上铺设一层自粘式玻璃纤维土工格栅，沿胀缝中心对称布置，防止胀缝反射到沥青砼路面上使沥青砼路面产生裂缝。据有关资料，在基层设置伸缩缝已在江西昌泰高速公路、洛阳西出口城市一级干线等公路上进行试验，反馈的情况良好。从理论和实践上看，设置伸缩缝（缩缝和胀缝）确是解决基层裂缝的一个较为有效的途径。基层出现了裂缝后的处理技术基层顶面出现裂缝后，首先应将较大的裂缝切缝，填灌沥青胶，对较小的裂纹，直接铺上土工布。这种土工布多为深色或黑色，具有抗老化、耐高温、强度高、单面烧毛等特点。施工时横向搭接宽度为10cm，纵向搭接为5cm。施工前应在基层顶上先洒布粘层油，再铺土工布，并进行碾压，注意施工车辆不得在土工布表面转弯。最后再洒布一次粘层油，尔后方可摊铺沥青砼面层。用这种方法处理基层反射裂缝是目前较为有效的解决方法。半刚性基层除了与以上3个原因外，还与基层的厚度、模量以及沥青层厚度、模量有关，半刚性基层一般都会按间距开裂。间距随使用期限的变化而变化。如果从原材料加工就开始着手并且按上述的措施进行认真严格的控制，裂纹是可以预防的，至少可以控制在理想的范畴内。从另一个角度来看，发现裂缝后，如果处理得当，裂缝出现得早比晚出现要好，正如癌症一样，发现得早比发现的晚，要好治疗的多。