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浅谈水泥稳定碎石基层裂缝的成因及防治技术措施

2015-06-02 10:08:36  字体:   打印 收藏 

摘 要:【摘 要】水泥稳定碎石基层是根据水泥、碎石和水按一定比例进行配制的路面结构层承重结构,也是底基层与路面两层的中间结构,它具有强度高、板体性强、水稳定性好的优点。但由于其结合料为水泥,施工工艺要求较高,而且需要较好的施工管理环境,否则极易产生

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  【摘 要】水泥稳定碎石基层是根据水泥、碎石和水按一定比例进行配制的路面结构层承重结构,也是底基层与路面两层的中间结构,它具有强度高、板体性强、水稳定性好的优点。但由于其结合料为水泥,施工工艺要求较高,而且需要较好的施工管理环境,否则极易产生早期裂缝。本文分析了水稳基层裂缝的形成机理以及产生裂缝的主要原因,从优化配合比设计、优选原材料以及加强施工过程控制等方面提出了防治措施。

  【关键词】水稳基层;裂缝;原因;防治

  0 前言

  水泥稳定碎石基层作为半刚性基层的主要代表之一,在公路建设尤其是高等级公路建设中得到了广泛的应用。主要原因是水稳基层具有强度高、板体性及水稳性好的优点,符合“强基薄面”的设计思想。与此同时,水稳基层自身具有刚度较大,其抗收缩变形能力较差的特点,在温度骤降、水分减少等外因作用下,极易产生收缩。这种收缩易使水稳基层产生收缩裂缝,并导致沥青面层形成反射裂缝,影响路面的使用性能和寿命。因此,分析水稳基层的裂缝成因并提出相应的防护措施具有重要意义。

  1 水稳基层裂缝的形成机理

  水泥稳定类材料属半刚性基层结构,而半刚性基层材料的主要特点是抗裂性能差,易产生收缩裂缝。分析其裂缝形成过程,大致分为初期收缩裂缝、中期内应力裂缝、后期荷载外力裂缝。

  1.1 初期收缩裂缝

  此种裂缝是工程上发生较普遍的裂缝,其产生主要是由于压实后的水稳基层中水不断蒸发和水泥水化作用使水份不断减少,产生吸附作用、毛细管作用、材料矿物晶体、凝胶体、层间水的作用以及碳化收缩作用等,使水泥稳定基层压实体积收缩,从而形成裂缝。这种缝一般在水稳基层完工后20d左右产生,缝宽多为10~15mm,横向贯通或半贯通。

  1.2 中期内应力裂缝

  中期内应力裂缝产生是由于水稳基层自身材料干缩和温差应变胀缩产生的拉应力超过其自身的极限抗拉强度,导致水稳基层从强度薄弱断面处断裂而产生裂缝,它是工程上发生最多的裂缝。对于含土或含矿料细粉料较多材料产生的裂缝主要以干缩为主;对于含集料较多的材料产生的裂缝主要以温缩为主。

  1.3 后期荷载外力裂缝

  中期内应力裂缝基本形成后,随着路面使用时间的延长及受自然因素变化的影响,横向裂缝在不断增加,缝宽在不断增大。同时,横向裂缝在不断附生纵向裂缝的产生,最终形成网裂片区。在车辆荷载作用下,水稳基层板块不断产生断裂,且裂缝发展速度快,宽度大,进而发展到结构性破坏。并可反射到面层,将严重影响到路面的使用功能。

  2 水稳基层裂缝产生的原因分析

  导致水稳基层产生裂缝的因素很多,各种因素间的相互作用也十分复杂,为此只有进行深入的研究分析和实践总结,才能找准原因。

  2.1 集料的影响

  集料的级配不佳、细粉料含量多是导致水稳基层产生裂缝不可忽略的因素之一。使用级配不佳的集料,粗、细集料集中现象普遍存在,其结构强度的均匀性较差,弯沉值的变异系数大,水稳基层悬空系数大。粗集料集中部位强度高,细集料集中部位强度低,且干缩系数大,在内应力或荷载外力作用下使水稳基层从强度较低断面处开裂。

  粒料小于0.075mm的细粉料偏多,粉料不但本身含有塑性,而且集料本身不可避免地含有少量的土掺入,使塑性指数增大。矿料的细粉料含量和塑性指数是影响水稳基层干缩应变的主要因素之一,且干缩系数随细粉料的含量和塑性指数的增大而增大。细粉料过多和塑性指数过高的矿料铺筑的水泥基层产生裂缝的概率大。

  2.2 水泥的品种及剂量影响

  水泥作为唯一的一种稳定剂,其质量至关重要,它的矿物成份优劣及剂量大小是水稳基层是否产生收缩裂缝的主导因素。通常认为,各种类型的水泥都可用于稳定土,然而,实践证明,对同一种集料,水泥矿物成份是决定水稳集料强度高低的主要因素。经试验确定,硅酸盐水泥的稳定效果好,而铝酸盐水泥则较差。特别是一些小厂生产的水泥,硅酸二钙和铝酸三钙含量较高,或者含有较高的有害杂质,会使水稳层的稳定性降低,产生过大的收缩,从而导致收缩裂缝的产生。

  水稳集料的强度随水泥剂量的增加而增加,但过多的水泥用量虽然可以获得强度的增加,同时也会产生较大的收缩和较多的裂缝,在经济上也是不合理的。如果水泥用量过大,收缩量必将加大,产生收缩裂缝的可能性也随之增多。另外,不同批次生产的水泥,特别是不同厂家、不同标号的水泥混用,产生裂缝的可能性也是相当大的。

  2.3 施工因素的影响

  2.3.1 混合料的拌和

  如果混合料拌和不均,使局部粗、细集料集中,或局部水泥剂量过大,都可导致裂缝产生。

  2.3.2 混合料的运输、摊铺

  混合料拌和后,未能及时运至施工现场;或者因运输距离长、混合料在运输过程中未采取覆盖措施,使混合料的水分散失;以及摊铺段过长使混合料的水分蒸发过大,都可造成水稳基层表面失水干燥产生干缩裂缝。如果在运输过程中出现严重颠簸使混合料产生离析,或者摊铺不均时亦可产生粗、细集料集中现象而导致裂缝产生。

  2.3.3 含水量控制不佳

  含水量是影响水稳基层产生初期收缩裂缝的重要因素。含水量过大,即会出现“波浪”、“弹软”等现象,影响混合料可能达到的密实度和强度,也会增大混合料的干缩性,使结构层容易产生干缩裂缝。含水量大易产生车辙,平整度降低,必然造成开裂。此外,碾压时含水量愈大,竣工后干缩裂缝也将愈严重。

  2.3.4 碾压方法不当

  压实成型是水稳基层施工中的重要工艺,影响压实效果的因素较多,诸如含水量、压实机械及方法等。如果在初压过程中压路机吨位过大、碾压速度过快,往往会产生施工裂缝。另外,过振碾压,易造成水稳层表面水泥浆大,从而增大了表面收缩性,同样亦可产生收缩裂缝。

  2.4 养生的影响

  水稳基层需保湿养生,使水泥充分水化,保证水稳强度不断增大,防止因失水过快而产生干缩裂缝。如不及时养生或养生期不足,则会发生混合料失水过快,水泥水化反应所需要的水分不足,而产生干缩裂缝。干缩裂缝多少与混合料失水率的大小有直接关系。

  3 水稳基层裂缝的防治措施

  水稳基层产生裂缝的防治应遵循“预防为主&rdqu

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