水穩(wěn)碎石裂縫原因分析與防治#參考資料

1、論文題目：水泥穩(wěn)定碎石裂縫原因分析與防治 摘要:半剛性基層瀝青路面是由無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定底基層、基層和瀝青面層構(gòu)成的路面結(jié)構(gòu)形式。這種路面強(qiáng)度高、抗疲勞性能好，因此在我國(guó)公路建設(shè)中廣泛應(yīng)用中，是路面的主要類(lèi)型。但水泥穩(wěn)定碎石基層容易產(chǎn)生裂紋卻一直是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，是一個(gè)有侍解決的問(wèn)題。本文就其產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行了分析，并提出了防治技術(shù)。 關(guān)鍵詞：裂縫的現(xiàn)象及危害，產(chǎn)生的原因分析，預(yù)防，處理技術(shù)。 前言：以級(jí)配碎石作骨料，用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)，稱(chēng)之為水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫。由于水泥穩(wěn)定碎石的整體強(qiáng)度、剛度、水穩(wěn)性較好，目前高等級(jí)公路大多采用水泥穩(wěn)

2、定碎石來(lái)做基層。 水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定碎石基層易產(chǎn)生裂縫的問(wèn)題是一直想方設(shè)法研究解決的問(wèn)題。這種裂縫是很有規(guī)律性的，一般在基層頂面橫向每隔510米一條，縫寬0.54mm左右。出現(xiàn)較早時(shí)在水穩(wěn)基層攤鋪完成后一個(gè)月內(nèi)就開(kāi)始出現(xiàn)，晚的在瀝青砼路面通車(chē)后一至二年內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)，這是由于水泥穩(wěn)定基層裂縫反射上去造成的?；鶎恿芽p的危害有二個(gè)方面：一是降低基層的整體強(qiáng)度，二是發(fā)展后會(huì)形成反射裂縫，使瀝青砼路面相應(yīng)出現(xiàn)有規(guī)則的橫向裂縫、起拱。出現(xiàn)第二種情況后，若不及時(shí)處理，雨水從裂縫內(nèi)向下滲透，瀝青砼和基層裂縫縫隙處充滿(mǎn)自由水，在車(chē)輛荷載反復(fù)沖擊下，就會(huì)使瀝青砼中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基

3、層的細(xì)集料形成灰漿被擠壓出路面，瀝青砼路面出現(xiàn)坑洞、碎裂、松散，造成瀝青砼路面早期破損，影響使用壽命?；鶎恿芽p的危害在我省內(nèi)的國(guó)道、省道、高速公路極為常見(jiàn)，直接影響到了路面行車(chē)的質(zhì)量和舒適度。1. 裂縫產(chǎn)生的原因分析 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析，雖然基層裂縫有種種特征，但總的來(lái)說(shuō)水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生的原因可歸結(jié)為三大原因： 11干縮性裂縫干縮性裂縫的情況分為二種，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天）的干縮；二是養(yǎng)護(hù)期滿(mǎn)后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青砼面層這段時(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7天）期間，由于混合料本身

4、拌和、養(yǎng)護(hù)時(shí)用水，水分蒸發(fā)以及混合料內(nèi)部水化作用而發(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)間天氣正常，氣溫沒(méi)有太大變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過(guò)程可稱(chēng)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(mǎn)后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青砼面層之間，如果這段時(shí)間間隔較長(zhǎng)，自然天氣有多變（出現(xiàn)雨天和晴天交替），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(guò)程，必然會(huì)使基層出現(xiàn)較嚴(yán)重的拉裂現(xiàn)象，積少成多，在薄弱地方就表現(xiàn)為裂縫，這種破壞在

5、多雨的南方夏天特別明顯。這就是公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范JTJ034-2000制定3.6.9 “養(yǎng)生期結(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(kāi)裂”的規(guī)定原因之一。12荷載性裂縫這種裂縫往往出現(xiàn)在車(chē)道上，裂縫在主車(chē)道上，并向超車(chē)道上或路肩延伸，一般裂縫寬度較小，在1mm左右，有的還會(huì)出現(xiàn)多個(gè)裂縫交叉現(xiàn)象。荷載裂縫一般出現(xiàn)在營(yíng)運(yùn)期間，由于基層施工成型后表面的不均勻性，使的基層底部存在著損傷或裂縫。根據(jù)受力特點(diǎn)，瀝青層底受壓，基層是受拉的，在基層受拉時(shí)裂縫就會(huì)逐漸向上擴(kuò)展，最終形成基層荷載性開(kāi)裂。基層在使用后期也易形成疲勞

6、裂縫，這種也屬于荷載裂縫，這中縫很容易形成支縫，長(zhǎng)時(shí)間不處理就會(huì)導(dǎo)致基層松散，強(qiáng)度降低。最后出現(xiàn)坑洞。1.3溫縮性裂縫也就是熱脹冷縮產(chǎn)生的裂縫。萬(wàn)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，它也不會(huì)例外。大家都知道，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)際中得到了廣泛的應(yīng)用，取得了顯著的成效。但長(zhǎng)期以來(lái)，在瀝青砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范或施工技術(shù)規(guī)范中卻沒(méi)有提出來(lái)，因而極少有人試用過(guò)。水泥無(wú)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。1.3.1固相礦物不同的脹縮性碎石原材料礦物（主要為S

7、iO2、Al2O3）組成的熱脹縮系數(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，熱脹縮系數(shù)一般為102010-6/。由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縮性，在溫度變化時(shí)的其脹縮值肯定是不相同的。1.3.2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)部的各種孔隙中、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。1.3.3氣相的熱脹縮性混合料毛細(xì)孔、內(nèi)部孔隙內(nèi)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(mǎn)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)

8、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(guò)臨界值時(shí)，水穩(wěn)層就會(huì)產(chǎn)生起拱；當(dāng)收縮力超過(guò)結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生橫向裂縫。 水穩(wěn)基層熱脹冷縮值是可以通過(guò)計(jì)算得出的（以L=10米長(zhǎng)度的水穩(wěn)基層、溫差變化為T(mén) =10為例。其中t=37.5210-6/為查表得到的水泥穩(wěn)定碎礫石基層線脹系數(shù)）： l=LtT =10m37.5210-6/10=3.8 mm上計(jì)算可以看出，如果溫差較大時(shí)，水穩(wěn)基層的脹縮量是很大的，如果不設(shè)置伸縮縫，水穩(wěn)碎石基層產(chǎn)生裂縫就不可避免。2、裂縫的預(yù)防和處理技術(shù)2.1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是不很高，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

9、，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)巖礦場(chǎng)的產(chǎn)量卻很小，于是很多施工單位就同時(shí)使用幾個(gè)礦場(chǎng)進(jìn)料，并且由于儲(chǔ)料場(chǎng)地不足而又混堆進(jìn)行儲(chǔ)料（盡管分了不同檔級(jí)）。這就產(chǎn)生二個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)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。二是各礦場(chǎng)碎石的視密度不同，在確定最大干密度帶來(lái)很大的困難無(wú)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(wú)法進(jìn)行正常壓實(shí)度檢測(cè)和控制（壓實(shí)度經(jīng)常超100%或小于極值）。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

10、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)度對(duì)預(yù)防裂縫的產(chǎn)生具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。2.2嚴(yán)格控制小于0.075以下的顆粒含量小于0.075以下的顆粒含量增加時(shí)，不但增加了水泥的用量，而且基層表面還容易起砂，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(lái)越大。溫度越低，細(xì)粒料對(duì)溫縮的影響也越大。因此，規(guī)范中水泥穩(wěn)定土的顆粒組成范圍規(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(guò)5%，細(xì)粒

11、土無(wú)塑性指數(shù)時(shí)，小于0.075以下的顆粒含量不應(yīng)超過(guò)7%。在實(shí)際施工控制中，要減小0.075以下的顆粒（礦粉、粘土）含量采用事后在儲(chǔ)料場(chǎng)過(guò)篩方法去除或用水沖洗是很不現(xiàn)實(shí)也很費(fèi)時(shí)的。最好是方法是在破碎現(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(guò)這個(gè)工序，小于0.075以下的顆粒含量將會(huì)太太減小。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。2.3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)度愈高，所需水泥用量越大。基層剛性越大，越易產(chǎn)

12、生干縮性裂縫，縫寬也增大。所以我國(guó)規(guī)范規(guī)定水泥劑量6%。 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(chē)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)用土工布、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(guò)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

13、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)行瀝青封層或透層的施工，及時(shí)攤鋪瀝青砼面層，這樣水穩(wěn)基層露裸在外面風(fēng)吹日曬雨淋的時(shí)間短，能有效地減少“多次重復(fù)干縮”產(chǎn)生的裂縫。這個(gè)措施是非常有效的。2.4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)基層施工最好選擇在年平均氣溫時(shí)期施工。由于此時(shí)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(kāi)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)，也不

14、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(lái)之前半個(gè)月到一個(gè)內(nèi)完成。2.5采用切縫措施防止和減少溫縮性裂縫水穩(wěn)基層在夏季施工時(shí)，宜在基層設(shè)置縮縫，其間距可根據(jù)上述公式計(jì)算確定，縫深不小于層厚的1/4，并灌注瀝青膠填縫。水穩(wěn)基層在冬季施工時(shí)，水穩(wěn)基層宜設(shè)置脹縫，其間距可根據(jù)上述公式計(jì)算確定，深度為該水穩(wěn)層的厚度?？捎脼r青膠或?yàn)r青填縫料或細(xì)粒式斷級(jí)配瀝青砼填筑并夯實(shí)，并在脹縫上鋪設(shè)一層自粘式玻璃纖維土工格柵，沿脹縫中心對(duì)稱(chēng)布置，防止脹縫反射到瀝青砼路面上使瀝青砼路面產(chǎn)生裂縫。據(jù)有關(guān)資料，在基層設(shè)置伸縮縫已在江西昌泰高速公路、洛陽(yáng)西出口城市一級(jí)干線等公路上進(jìn)行試驗(yàn)，反饋的情

15、況良好。從理論和實(shí)踐上看，設(shè)置伸縮縫（縮縫和脹縫）確是解決基層裂縫的一個(gè)較為有效的途徑。2.6基層出現(xiàn)了裂縫后的處理技術(shù)基層頂面出現(xiàn)裂縫后，首先應(yīng)將較大的裂縫切縫，填灌瀝青膠，對(duì)較小的裂紋，直接鋪上土工布。這種土工布多為深色或灰色，具有抗老化、耐高溫、強(qiáng)度高、單面燒毛等特點(diǎn)。施工時(shí)橫向搭接寬度為10cm，縱向搭接為5cm。施工前應(yīng)在基層頂上先灑布粘層油，用量約0.71.1kg/m2，再鋪土工布，并進(jìn)行碾壓，注意施工車(chē)輛不得在土工布表面轉(zhuǎn)彎。最后再灑布一次粘層油，用量約為0.50.6kg/m2，爾后方可攤鋪瀝青砼面層。用這種方法處理基層反射裂縫是目前較為有效的解決方法。結(jié)束語(yǔ)半剛性基層除了與以上3個(gè)原