水泥穩(wěn)定碎石基層收縮裂縫防治措施

1收縮裂縫的產(chǎn)生原因和形成機(jī)理收縮裂縫的形成機(jī)理水泥穩(wěn)定碎石基層收縮裂縫的類型主要分為干縮裂縫和溫縮裂縫種類型。干縮裂縫的形成機(jī)理干燥收縮開裂過程是指，當(dāng)水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層材料的內(nèi)部含水量發(fā)生對變化時，其體積會發(fā)生收縮，最終導(dǎo)致開裂現(xiàn)象。由于水分蒸發(fā)而引起的“吸附水及分子間力作用”、“礦物晶體或膠凝體的層間水作用”、“毛細(xì)管張力作用”以及“碳化脫水作用”而引起的整體性的宏觀體積發(fā)生變化，即干燥收縮形成的基本原理。一般情況下，首先散失的是位于大孔隙內(nèi)部的重力水，但此時體積不易變化。隨后，毛細(xì)管孔中的水發(fā)生毛細(xì)管張力作用，毛細(xì)管的孔徑會會隨著水分的逐漸散失而逐漸變細(xì)，發(fā)生收縮。毛細(xì)管張力發(fā)生作用的后期，相對濕度隨之逐漸變小，分子間力與吸附水逐漸發(fā)生作用，位于顆粒表面的吸附水膜厚度變小，間距隨之變小，分子力逐漸變大，從而引起體積的收縮。另外，基層材料的整體收縮也會隨著碳化收縮而整體收縮，化學(xué)反應(yīng)Ca(OH)2和CO2生成CaCO3結(jié)晶物和水，其中的水分散失后會引起碳化收縮。由此可見，基層材料干縮性受混合料的分散度和礦物成分影響最強(qiáng)烈，粘土礦物含有量較多和分散度大、比表面大的材料的干縮性相對較大；增加的集料含量能夠減少基層整體材料的比表面、含水量和孔隙率，從而能夠使得干縮性產(chǎn)生較大幅度的降低；另外，養(yǎng)生齡期的增加，剛度與強(qiáng)度的增加，能夠引起干縮的降低。所以，初期的養(yǎng)生不良或是含水量過高都會導(dǎo)致很大的干縮。溫縮裂縫的形成機(jī)理瀝青路面的開裂受水泥穩(wěn)定碎石基層材料的溫度收縮特性影響顯著?；鶎觾?nèi)部的溫度發(fā)生變化和溫差的存在，都會產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度下降時，基層材料逐漸發(fā)生收縮，路面結(jié)構(gòu)中的基層是受到約束的，當(dāng)周圍氣溫發(fā)生大幅度的下降時，存在于基層材料中的拉應(yīng)力或是拉應(yīng)變一旦超過了材料本身的抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變，基層就會被引發(fā)開裂。網(wǎng)狀裂縫的形成機(jī)理網(wǎng)狀裂縫現(xiàn)象就是我們常常認(rèn)為的“龜裂”，其形成原因主要是外來作用力引發(fā)了原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，最后導(dǎo)致了由內(nèi)而外的不規(guī)則裂縫。由于在水穩(wěn)碎石基層的整體內(nèi)都存在了裂縫的貫穿，所以一旦出現(xiàn)了連續(xù)降雨，雨水或路面積水就會通過裂縫這個便利渠道流入到基層內(nèi)部，從而引發(fā)了路基下沉，情況嚴(yán)重時，還可能引起翻漿現(xiàn)象。當(dāng)處于水分滲透的初期時，只出現(xiàn)不規(guī)則的表面裂縫，伴隨著后期的水分蒸發(fā)，這些不規(guī)則裂縫會出現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的趨勢，最后形成網(wǎng)狀，同時也會出現(xiàn)下沉和塌陷情況?？v向裂縫的形成機(jī)理大多數(shù)的縱向裂縫的產(chǎn)生原因是施工過程中的人為控制不當(dāng)。當(dāng)處于水泥穩(wěn)定碎石基層的施工前期時，如果不能合理設(shè)置混凝土的摻配比例，引起水泥比例過高或高低的偏差，這都會引起基層的穩(wěn)定性能發(fā)生相對偏差。局部土基的壓實效果不合格和碾壓順序與規(guī)范相偏差等等，都會引發(fā)縱向裂縫的后期出現(xiàn)。此外，不合規(guī)范的工程施工管理與不健全的監(jiān)管制度，使得裂縫的分布情況沒有被及時發(fā)現(xiàn)并且進(jìn)行相應(yīng)的處理等，也會使得縱向裂縫逐漸擴(kuò)大。收縮裂縫的形成原因水泥穩(wěn)定碎石層收縮裂縫常見于瀝青路面，裂縫基本橫向貫通，間隔均勻。其產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：設(shè)計原材料以及混合料級配成的不合理；養(yǎng)護(hù)不及時出現(xiàn)的干縮裂縫；水泥用量高；水泥穩(wěn)定碎石層較??；溫度變化；施工技術(shù)措施不足；瀝青面層太薄，導(dǎo)致反射裂縫[3]具體主要由溫度變化和水分蒸發(fā)兩個主要形成原因：一方面溫度變化能夠產(chǎn)生收縮裂縫。不同礦物顆粒構(gòu)成了固相、氣相和液相，這也是組成半剛性材料的三相，當(dāng)溫度下降過程中三相互相反應(yīng)，引起了半剛性材料體積的變小。溫度收縮對于固相的礦物顆粒來說，對于收縮系數(shù)來說，粗骨料顆粒較小，粉粒較高，材料中心的較大孔隙毛細(xì)孔和凝膠孔內(nèi)部的水，受到“擴(kuò)張作用”“表面張力作用”和“冰凍作用”這三個反應(yīng)過程，從而大大影響了半剛性材料的溫度收縮性質(zhì)。另外一方面水分蒸發(fā)引發(fā)了干縮裂縫，石灰、水泥、粉煤灰等其它許多粒料與水經(jīng)過攪拌、壓實過程后，混合料內(nèi)部能夠發(fā)生水化作用或是形成蒸發(fā)現(xiàn)象，混合料中的水分會逐漸一直消散。毛細(xì)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隨著水分的減少會使得水泥穩(wěn)定粒料產(chǎn)生體積收縮。2縮裂縫的預(yù)防措施裂紋的防治措施是十分重要的，更大的裂紋的出現(xiàn)僅僅是由于小型裂紋的存在，并且沒有得到妥善處理，這也會引發(fā)一定的安全隱患。將材料配合比合理設(shè)計，從而得到的半剛性材料具有最佳抗裂性能的，并且將其作為基層材料使用能夠使得開裂率顯著降低。但是，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，材料會不可避免地存在熱脹冷縮性能，基層也就會不可避免地會產(chǎn)生一定數(shù)量的裂縫，所以當(dāng)我們采用合理設(shè)計配合比的方式減少材料收縮系數(shù)時，同時也需要使用一些相應(yīng)的工程措施，來進(jìn)一步減少基層的開裂率，或者使已經(jīng)發(fā)生開裂的基層裂縫僅“停留”在基層不使其反射到面層上來。減少路基不均勻沉降當(dāng)前，為了使得公路的施工質(zhì)量得到有效保證，需要對公路路基采用較高的壓實標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，對材料的CBR值、塑指等的要求比較嚴(yán)格。但是，來自于公路水文地質(zhì)情況的影響和制約以及并且施工條件、施工情況的差異性存在，這都在一定程度已發(fā)了工后沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，在層底，即使發(fā)生微小的彎拉變形，這都可能使得基層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。所以，為了避免水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的發(fā)生，需要使得路基工后不均勻沉降出現(xiàn)的可能性進(jìn)一步降低。通常情況下，采用下列措施來減少路基工后不均勻沉降：①對于路基填料來說，常常通過選擇透水性良好的材料，比如砂礫等，進(jìn)而促進(jìn)路基工后沉降；②要求成型路基鋪筑基層的沉降有不少于半年的穩(wěn)定期，當(dāng)針對于高填路基時，更要采取相應(yīng)的措施來在一定程度上確保沉降的穩(wěn)定期;③對工期緊張的路基項目，通過沖擊碾壓、超載預(yù)壓、或采用強(qiáng)夯的方式進(jìn)行處理，使得路基的不均勻沉降進(jìn)一步加快；④對施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制來降低路基填料的波動，同時嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù)、松鋪厚度，以此確保能夠進(jìn)行均勻壓實，當(dāng)選用壓實設(shè)備時，需要確保性能優(yōu)良和噸位合理，并且；⑤加強(qiáng)路基排水施工，嚴(yán)格控制路床的塑指，進(jìn)而在一定程度上確保路基的水穩(wěn)定性。嚴(yán)格控制材料水泥的控制當(dāng)選用施工用的水穩(wěn)材料時，可以選擇礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥三種⑹。一般情況下采用P.O32.5級緩凝水泥，不僅要求達(dá)到一般指標(biāo)，還必須要求水泥初凝時間不小于3h，終凝時間不小于6h，并且快硬水泥和早強(qiáng)水泥是被禁止使用的。夏季時，水泥的入罐溫度需要處于50℃以下。當(dāng)水泥材料溫度過高時，混合料的凝結(jié)時間會受到直接影響，這也引發(fā)了混合料最大干密度的衰減，最終使得導(dǎo)致壓實度不夠，產(chǎn)生成型困難或成型后強(qiáng)度不足的后果。雖然水泥穩(wěn)定碎石可以使用各類水泥，但是一般情況下，穩(wěn)定效果比較好的還是硅酸鹽水泥。水泥的穩(wěn)定效受到來自礦物成分和飛散度的影響顯著，因此，應(yīng)該選用強(qiáng)度等級較低的水泥用于水泥穩(wěn)定碎石，以此來使得水泥劑量得到相對的提高，進(jìn)而使得水泥的飛散性也得到對應(yīng)程度的提高。集料的控制以往新建的高速公路項目，通常情況下要求存在于水泥穩(wěn)定碎石混合料中的碎石最大粒徑達(dá)到31.5mm，并且進(jìn)行了劃分，以9.5、4.75、2.36mm為分界，四組粒徑分別包括9.5?31.5、4.75?9.5、2.36?4.75、0?2.36mm。對于石料的壓碎值也提出了相應(yīng)要求，不能夠超過28%；粒徑小于0.6mm的細(xì)集料的液限要低于28%；針片狀顆粒的含量應(yīng)該不超過15%；塑性指數(shù)需要小于9⑺。通常情況下，通過通過瀝青面層用集料的檢測方法來對水泥穩(wěn)定碎石集料的進(jìn)行所有試驗，但在最初的施工指導(dǎo)意見中并沒有對其針片狀指標(biāo)提出要求，現(xiàn)在僅僅要求要求宜不能夠超過15%,這也并非是強(qiáng)制性指標(biāo)；沒有對含泥量作出任何要求，僅通過塑性指數(shù)對細(xì)集料來進(jìn)行稍加控制。新建高速公路施工指導(dǎo)意見的要求是根據(jù)其水穩(wěn)基層的設(shè)計而制定的，其水穩(wěn)基層的設(shè)計強(qiáng)度值范圍一般情況下是4.5?5.0MPa,最低也要不低于4.0MPa[6]在如此的強(qiáng)度要求下，裂縫是會不可避免的發(fā)生的，而且通常情況下，每隔200左右一條。經(jīng)過一個冬天過后，成型后的水穩(wěn)基層該產(chǎn)生裂縫的地方大部分已反射上來，經(jīng)過處理后，通常狀況下將不再向瀝青面層蔓延。所以，施工過程中的集料品質(zhì)和混合料級配對裂縫的影響將不再是控制要點?；旌狭系目刂圃S多因素都會影響水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度的形成，其中以下三個方面其主要作用:⑴水泥強(qiáng)度，其大小主要由水泥的品質(zhì)與劑量決定；（2）集料強(qiáng)度，其大小主要由石料的強(qiáng)度和良好的級配來決定；（3）混合料的內(nèi)在粘聚力，其主要產(chǎn)生于水這個媒介。裂縫的生成主要受以下因素影響：小于0.075mm混合料的粉塵含量水泥劑量；混合料的含水量和級配。過少的水泥含量將會使得集料間的粘結(jié)力降低，進(jìn)一步會使得基層壓實度受到影響；過高的水泥含量，內(nèi)部水化反應(yīng)的發(fā)生，引發(fā)水化熱的增加，從而使得內(nèi)外溫差增大，收縮應(yīng)力在基層內(nèi)的出現(xiàn)促使其開裂。所以，水泥劑量的選擇在配合比設(shè)計占據(jù)著重要的地位，所以按不同水泥劑量分組試驗過程中，可以縮小分組水泥劑量的間距，改變慣例采用的0.5%為0.2%或0.3%,以保證強(qiáng)度的前提下，盡量取小劑量進(jìn)行施工作為劑量的選用原則。級配通過混合料的密實度進(jìn)行直接影響，從而影響強(qiáng)度。細(xì)料過少時，不能夠使得粒料間空隙得到填充，粒間接觸的面積比較小，很難形成強(qiáng)度。另一種情況是即使級配良好，但集料強(qiáng)度不高，存在較多的軟弱顆粒。當(dāng)發(fā)生擊實過程時，這種集料的軟弱顆粒會被擊碎，有比較高的干密度和強(qiáng)度，但是一些集料顆粒在強(qiáng)度成型時被壓碎，造成了混合料級配在成型后的于出場級配產(chǎn)生了很大的差別。施工過程中的主要技術(shù)措施強(qiáng)化施工現(xiàn)場控制在實際施工時，施工現(xiàn)場經(jīng)常存在物料擺放雜亂、障礙物數(shù)量較多等問題，給水穩(wěn)碎石基層材料的壓實工作帶來了一定困難。所以，要求做好場地的清理工作，要及時清理對于已經(jīng)廢棄的建筑用材，既實現(xiàn)了各種作業(yè)機(jī)械設(shè)備的正常通行，也使得廢棄物料得到了合理化的利用。養(yǎng)護(hù)在壓實施工完成以后，應(yīng)立即對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。將土工布覆蓋在水穩(wěn)碎石基層材料上，然后向土工布上不斷灑水，持續(xù)時間為7d，始終保持較高的濕潤程度。此時應(yīng)禁止一些車輛在此通行，避免不必要的損傷。在持續(xù)7d以后，如果上層結(jié)構(gòu)仍未施工，則保持原樣，繼續(xù)對其進(jìn)行灑水，時間為7d，此時的灑水量和頻率可以適當(dāng)減小，每日2次即可[8]輔助措施輔助措施施工時，需對水泥、砂土等材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼诒?，以免陽光直射使其溫度升高，對后續(xù)施工造成影響。在壓實施工完成之后，需在水穩(wěn)碎石基層材料的表面鋪上一層塑料薄膜，以此減小內(nèi)外溫差，以免溫度快速變化使其出現(xiàn)裂紋。此外，還需切實加大施工現(xiàn)場管理力度，確保所有工序均滿足標(biāo)準(zhǔn)。3結(jié)論公路屬于城市的重要命脈，如果路面出現(xiàn)任何的斷縫，不僅影響整個城市的美觀，還有可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的事故發(fā)生，因此，需要對水泥碎石基層進(jìn)行深入的