水泥穩(wěn)定碎石裂縫形成原因及防治措施4頁

1、關(guān)鍵詞 水穩(wěn)層裂縫探討預(yù)防處治一、概述用水泥穩(wěn)定粗粒土（顆料的最大粒徑小于50mm且其中小于40mm的顆粒含量不少于85%）和中粒土（顆粒的最大粒徑小于30mm且其中小于20mm的顆粒含量不少于85%）得到的混合料，視所用原材料為碎石或礫石，簡(jiǎn)稱為水泥碎石或水泥礫石。水泥穩(wěn)定碎石有良好的力學(xué)性能和板體性，其初期強(qiáng)度高并且強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)，其力學(xué)強(qiáng)度還可視工程需要進(jìn)行調(diào)整。其特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好，抗凍性好，耐沖刷，溫縮性和干縮性均較小，是一種優(yōu)良的路面基層材料。然而水泥穩(wěn)定碎石料也有其與生俱來的缺點(diǎn)：主要是脆性大，從而導(dǎo)致對(duì)溫度和濕度敏感性強(qiáng)，易因溫度變化和濕度變化產(chǎn)生裂縫并反射到路面，導(dǎo)致路

2、面強(qiáng)度和使用性能大大降低，產(chǎn)生沖刷和唧唧漿現(xiàn)象，這也是路面工程不可忽視的病害。二、產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象水泥穩(wěn)定集料基層是將一定級(jí)配的集料與水泥和水一起拌和后，在最佳含水量狀態(tài)下碾壓成型，經(jīng)過養(yǎng)生達(dá)到一定強(qiáng)度的路面基層結(jié)構(gòu)，此基層是一種半剛性結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定基層容易產(chǎn)生裂縫的同時(shí)已是影響瀝青混凝土面層破壞的關(guān)鍵因素。這種裂縫，一般在基層頂面沿橫向開裂多為等間距，成直線型，縫長(zhǎng)不等，縫寬在0.53.5mm左右。較早出現(xiàn)裂縫是在水穩(wěn)層養(yǎng)生過程中開始出現(xiàn)，有的是在瀝青混凝土路面通車后在荷載的作用下出現(xiàn)，這是由于水穩(wěn)層出現(xiàn)裂縫并引起瀝青混凝土面層產(chǎn)生相對(duì)的反射裂縫。 三、裂縫的危害基層裂縫的危害有二個(gè)方面：一是

3、降低基層的整體強(qiáng)度，二是發(fā)展后會(huì)形成反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應(yīng)出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫、起拱。出現(xiàn)第二種情況，若不及時(shí)處理，雨水從裂縫內(nèi)向下滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復(fù)沖擊下，就會(huì)使瀝青混凝土中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的細(xì)集料形成泥漿被擠壓出路面，瀝青混凝土路面出現(xiàn)坑洞、碎裂、松散，造成瀝青混凝土路面早期破損，影響其使用壽命。基層裂縫的危害較為常見，直接影響到了路面行車的速度和安全。四、裂縫產(chǎn)生的原因?qū)τ诘缆飞系陌雱傂曰鶎樱笃渚哂休^小的收縮性。半剛性材料的收縮包括二個(gè)方面，一是由于水分子減少而產(chǎn)生的干縮，二是由于溫度降低而產(chǎn)生的溫度收縮?；鶎硬牧系母煽s和

4、溫度收縮是引起基層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。對(duì)瀝青面層的開縫特別是反射裂縫的發(fā)生有很大影響，另外一個(gè)原因是在車輛荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。1、干縮性裂縫：干縮性裂縫的情況有兩種，一是水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期（一般為7 d）的干縮；二是養(yǎng)護(hù)期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青混凝土面層這段時(shí)間的干縮。其機(jī)理基本上是一樣的，只是其損害的程度有所不同。水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)成型到正常養(yǎng)護(hù)期（一般為7d ）期間，由于混合料本身的水份和養(yǎng)護(hù)灑水的水分蒸發(fā)以及混合料內(nèi)部水化作用發(fā)生的毛細(xì)管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。如果這段時(shí)間天氣正

5、常，氣溫沒有太大變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過程可稱之為一次性的干縮，其產(chǎn)生的裂縫是有限的。 從基層養(yǎng)護(hù)期滿后到施工瀝青封層或透層油、攤鋪瀝青混凝土面層之間，如果這段時(shí)間間隔較長(zhǎng)，自然天氣從睛到雨，從雨到睛，風(fēng)吹日曬雨淋，基層料從“較干燥飽水狀態(tài)較干燥飽水狀態(tài)”反復(fù)循環(huán)作用，水分反復(fù)的“蒸發(fā)、飽和、蒸發(fā)、飽和”，多次重復(fù)干縮過程，必然會(huì)使基層出現(xiàn)較嚴(yán)重的拉裂現(xiàn)象，在薄弱地方就表現(xiàn)為裂縫，這種破壞在多雨的地區(qū)特別明顯。養(yǎng)生結(jié)束后，如其上為瀝青面層，應(yīng)先清掃基層，立即噴灑透層或粘層瀝青、在清掃干凈的基層上，也可先做下封層，以防止基層干縮開裂。2、溫縮性裂縫：也就是熱脹冷縮產(chǎn)生的裂

6、縫。萬物都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，水泥穩(wěn)定碎石基層屬半剛性體，也不會(huì)例外。在水泥路面設(shè)計(jì)和施工中，設(shè)置伸縮縫的做法規(guī)范中已有明確的規(guī)定，并且在施工和實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用，取得了顯著的成效。但長(zhǎng)期以來，在水泥穩(wěn)定碎石基層的設(shè)計(jì)規(guī)范或施工技術(shù)規(guī)范中卻沒有提出來，這有待于進(jìn)一步探索。水泥無機(jī)結(jié)合料內(nèi)部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相體，在溫差作用中必然會(huì)使其產(chǎn)生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫。（1）固相礦物不同的脹縮性：碎石原材料礦物（主要為SiO2、AI2O3）組成的熱脹冷縮系數(shù)為810-6/，水泥穩(wěn)定碎石生成的新膠結(jié)礦物主要成分為C-S-H凝膠體，熱脹冷縮系數(shù)一般為102010-6/。由

7、于兩者組成的固相復(fù)合穩(wěn)定材料的礦物具有不同的熱脹冷縮性，在溫度變化時(shí)其脹縮值是不相同的。 （2）液相（水）的熱脹縮性：自由水、毛細(xì)水、結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水存在于混合料內(nèi)部的孔隙中和膠體中，水的熱脹縮系數(shù)為7010-6/。當(dāng)溫度升高時(shí)，可以產(chǎn)生相當(dāng)大的擴(kuò)張力使顆粒間距增大而產(chǎn)生膨脹。（3）氣相的熱脹縮性：混合料毛細(xì)孔、內(nèi)部孔隙充盈著氣體。夏天時(shí)水穩(wěn)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣體體積受熱充分膨脹，結(jié)構(gòu)內(nèi)的顆粒相應(yīng)充滿擴(kuò)張力。冬季時(shí)，原膨脹的氣體體積收縮，顆粒內(nèi)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力減小，產(chǎn)生收縮力，體積變小。當(dāng)擴(kuò)張力超過臨界值時(shí)，水穩(wěn)層就會(huì)產(chǎn)生起拱；當(dāng)收縮力超過結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生橫向裂縫。3、荷載性裂縫荷載性裂縫一般發(fā)生在基層的

8、底部，由于車輛荷載的反復(fù)作用，裂縫逐漸向上擴(kuò)展至表面，車輪荷載作用下產(chǎn)生的裂縫反映在面層，往往不是單獨(dú)的、稀疏的或較有規(guī)則的裂縫，而是稠密的，有時(shí)是相互聯(lián)系的。五、裂縫的預(yù)防1、嚴(yán)格控制級(jí)配和壓實(shí)度：作為水泥穩(wěn)定基層用的碎石要求不是很高，規(guī)范中只有4個(gè)指標(biāo)：相對(duì)密度、壓碎值、有機(jī)質(zhì)含量、硫酸鹽含量，因此很多巖礦都可作為基層碎石的料礦。高速公路基層碎石用量是很大的，而一般外購(gòu)的一個(gè)石料場(chǎng)的產(chǎn)量卻很小，就必須同時(shí)使用幾個(gè)料場(chǎng)進(jìn)料，并且由于儲(chǔ)料場(chǎng)地不足而又混堆儲(chǔ)料，這就產(chǎn)生兩個(gè)很嚴(yán)重的問題：一是由于不同礦源篩網(wǎng)不同造成同一檔料內(nèi)各粒料數(shù)量不同，幾檔材料混合后，生產(chǎn)配合比經(jīng)常變化，極易超出上限或下限。

9、二是各料場(chǎng)碎石的密度不同，在確定最大干密度帶來很大的困難無法在幾種混合礦料中得到一個(gè)最具代表性的最大干密度，最終導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無法進(jìn)行正常壓實(shí)度檢測(cè)和控制，壓實(shí)度經(jīng)常超過100%或小于極限值。 如果只使用一個(gè)巖礦做粗集料的料場(chǎng)，既能保證生產(chǎn)配合比與理論配合比吻合較好，也能保證最大干密度不至于經(jīng)常變化，有利于壓實(shí)度的現(xiàn)場(chǎng)控制。事實(shí)證明，水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配和壓實(shí)度的好壞，不但影響水泥穩(wěn)定基層的干縮性，而且還影響到水泥穩(wěn)定基層的耐凍性。所以，控制好級(jí)配和壓實(shí)度可預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。2、嚴(yán)格控制混合料中小于0.075以下的顆粒（礦粉、粘土）含量：小于0.075以下的顆粒含量增加時(shí)，不但增加了水泥的用量，而且基

10、層表面還容易起皮（起砂），嚴(yán)重影響水穩(wěn)層的質(zhì)量。同時(shí)，當(dāng)細(xì)集料增加時(shí)，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度越低，細(xì)粒料對(duì)溫縮的影響也越大。因此，規(guī)范中水穩(wěn)層的顆粒組成范圍規(guī)定：集料中0.5mm以下細(xì)粒土有塑性指數(shù)時(shí)，小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過5%，細(xì)粒土無塑性指數(shù)時(shí)，小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過7%。在實(shí)際施工控制中，要減小0.075以下的顆粒（礦粉、粘土）含量采用在儲(chǔ)料場(chǎng)過篩方法除去或用水沖洗是很不現(xiàn)實(shí)也很費(fèi)時(shí)的。最好的方法是在破碎現(xiàn)場(chǎng)加裝水洗裝置或者在破碎機(jī)的皮帶運(yùn)輸機(jī)最后一環(huán)節(jié)上再加裝一個(gè)可360度旋轉(zhuǎn)的滾動(dòng)篩。經(jīng)過這個(gè)工序，小于0.075以下的顆粒含量將

11、會(huì)大大減小。施工時(shí)，如果能將塑性指數(shù)控制在小于4%，不但可以減小水泥穩(wěn)定粒料的收縮性，而且還可以提高壓力水對(duì)基層的抗沖刷能力。3、嚴(yán)格控制水泥用量和碾壓時(shí)的最佳含水量：一般的水泥穩(wěn)定碎石基層，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度通常為35Mpa。設(shè)計(jì)強(qiáng)度越高，所需水泥用量越大?；鶎觿傂栽酱?，越易產(chǎn)生干縮性裂縫，縫寬也越大，所以規(guī)范規(guī)定水泥劑量6%（美國(guó)和日本也限制在6%，法國(guó)限制在5%）。水泥穩(wěn)定碎石基層干縮應(yīng)變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時(shí)含水量越大，結(jié)構(gòu)層越易產(chǎn)生干縮性裂縫。即使鋪筑了瀝青面層，在旱季或冬季也可能產(chǎn)生干燥裂縫。因此在施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)天氣情況適當(dāng)增加或減少拌和用水量。例如，在夏天施工氣溫較高，即

12、使在同一天施工，混合料的拌和用水量也應(yīng)早、中、晚各不相同，并且，還要根據(jù)運(yùn)距遠(yuǎn)近、運(yùn)輸車輛配置情況不斷的調(diào)整，確保碾壓時(shí)混合料含水量在最佳含水量范圍內(nèi)。攤鋪完成后，要及時(shí)用尼龍布、麻袋布覆蓋進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，防止基層因混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用和水分的過分蒸發(fā)引起表面的干縮性裂縫現(xiàn)象。如果在冬天施工溫度較低，則可以用一層塑料薄膜再加上二層土工布覆蓋保溫，不一定需要灑水養(yǎng)護(hù)?？赡艿那闆r下，養(yǎng)護(hù)期結(jié)束，立即進(jìn)行瀝青封層或透層油的施工，及時(shí)攤鋪瀝青混凝土面層，這樣水穩(wěn)層裸露在外面風(fēng)吹日曬雨淋的時(shí)間短，能有效地減少“重復(fù)干縮”產(chǎn)生的裂縫。這個(gè)措施是非常有效的。4、選擇有利的季節(jié)或時(shí)間進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工：水穩(wěn)基

13、層施工最好選擇在年平均氣溫時(shí)期施工。由于此時(shí)氣溫變化不大，結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度應(yīng)力較小，水穩(wěn)層不易產(chǎn)生熱脹冷縮的現(xiàn)象。施工時(shí)的氣溫與一年中最冷或最熱時(shí)的溫差越大，越易產(chǎn)生溫縮性裂縫。如果在夏天酷暑條件下施工，最好能選擇在早晚的時(shí)間，盡可能避開中午時(shí)間進(jìn)行攤鋪，并要加強(qiáng)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，保證水穩(wěn)層處于濕潤(rùn)狀態(tài)。 冬天氣溫低于5時(shí)，一般不能進(jìn)行水穩(wěn)基層的施工。在有冰凍的地區(qū)，應(yīng)在第一次重冰凍（-3-5）到來之前半個(gè)月到一個(gè)月內(nèi)完成。六、裂縫的處治1、密封膠封縫技術(shù)水穩(wěn)層出現(xiàn)裂縫，需要進(jìn)行及時(shí)的封填處理，有效阻止水分的滲入，防止病害的進(jìn)一步擴(kuò)展和蔓延。密封膠封縫技術(shù)是一種比較成功的途徑，當(dāng)密封膠加熱到180以后，粘度變得很低，灌入裂縫后，很快就滲透到裂縫兩側(cè)的混合料中并融合到一起，當(dāng)密封膠冷卻后，在常溫和低溫時(shí)均有著較高的彈性，可隨著裂縫的脹縮而發(fā)生彈性變形，始終保持其密封作用，這樣就長(zhǎng)期、有效地封閉了水穩(wěn)層的裂縫。在灌縫之前，首先要用切縫機(jī)對(duì)裂縫進(jìn)行切縫處理，當(dāng)裂縫寬度超過3mm，都應(yīng)該進(jìn)行切縫。2、填灌瀝青膠、鋪設(shè)土工布技術(shù)基層頂面出現(xiàn)裂縫后，首先應(yīng)將較大的裂縫進(jìn)行切縫處理，填灌瀝青膠，