公路水泥稳定碎石基层裂缝成因及防治

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1、公路水泥稳定碎石基层裂缝成因及防治【摘要】水泥稳定碎石基层作为半刚性基层，具有整体性好、刚度大、水稳性好、早期强度高等优良路用性能，在水泥稳定碎石混合料中掺入适量的缓凝防裂剂，能延长水泥的终凝时间与减少横向收缩裂缝，目前水泥稳定碎石广泛应用于公路的基层。尽管水泥稳定碎石具有良好的力学性能，优点很多，使用范围也比较广泛，但是若对其特点了解不足,施工过程中质量控制不好，易出现干缩、温缩裂缝，大大降低路基的强度。因此，如何对高等级公路水泥稳定碎石基层施工过程中的裂缝进行合理有效控制是广大技术人员不断探讨的重要课题。【关键词】公路；高等级公路；水泥

2、稳定碎石基层；裂缝处理0.工程概况阳休线是山西省吕梁市主要连接国道108线和国道307线的重要省道干线公路之一，起迄里程为K0+000〜K29+264,全长为29.264km；设计行车速度为80km/h,路基宽度为24m,路面宽度为21.5m,其路面基层自上而下设计为：基层采用5%水泥稳定碎石20cm,底基层采用4%水泥稳定砂砾20cm组成，面层采用沥青混凝土路面6+4cm厚，下面着重对基层裂缝成因与防治进行分析探讨。1.水泥稳定碎石基层施工过程中裂缝产生的原因分析水泥稳定碎石半刚性基层在非荷载作用下产生裂缝的主要原因是干缩和温缩。影响半刚

3、性材料干缩和温缩的主要因素与含水量、水泥剂量、集料或矿料的含量、矿料的矿物成分、环境温度和养生情况有密切联系。1.1水泥稳定碎石强度形成原理1.1.1嵌挤作用由于水泥稳定碎石中碎石按级配规律，小颗粒填补大颗粒空隙的一级填充一级的原则进行排列组合。它在外力（碾压）的作用下，级配碎石能紧密地嵌固在一起，依靠颗粒之间的嵌挤和摩阻作用而形成的内摩阻力具有一定的强度和稳定性。1.1.2水泥硬化反应水泥矿物质与水发生强烈的水解和水化反应，形成水化碳酸钙、水化硅酸钙等水化物，水泥的各种水化物生成后，有的自行继续硬化，形成水泥石骨架，有的则与碎石中的其它矿

4、物质发生硬凝反应和碳酸化反应，增大了水泥稳定碎石的强度。1.2干缩裂缝水泥与各种集料和水经拌和压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，水份会不断减少。由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用，材料矿物晶体或凝胶体间的水化作用和碳化收缩作用等都会引起水泥稳定碎石材料产生体积干缩，其收缩的程度与水泥、碎石粒料的含量，混合料中小于0.075mm的细颗粒的含量和塑性指数等相关。根据累积干缩应变可计算出干缩系数。1.3温缩裂缝组成水泥稳定碎石基层材料的三相，即不同矿物颗粒组成的固相、液相（水）和气相在降温过程中相互作用的结果，使半刚

5、性材料产生体积收缩，即温缩。就组成固相的矿物颗粒而言，原材料中碎石的温度收缩系数较小；粉粒以下颗粒,特别是粘土矿物的温度收缩性较大，半刚性材料中胶结物有较大的温度收缩性。水泥稳定碎石基层随混合料水分减少产生干缩和温缩应力，水分减少的愈多愈快，产生的干缩应力愈大，水分减少愈慢，干缩应变愈慢。因此半刚性基层施工时应合理安排工序，尽量在环境温度适宜时施工，以减小干缩、温缩裂缝对质量造成不良影响。2•水泥稳定碎石基层施工过程中预防与控制干缩、温缩裂缝的具体措施根据水泥稳定碎石基层的非荷载作用开裂机理分析，为减少裂缝产生，施工时要在配比设计、含水量控

6、制、水泥剂量的控制、水泥稳定碎石的养生、压实度控制等方面采取措施，具体如下：1.1严格控制施工配合比混合料配合比正确与否是影响碎石半刚性基层开裂的一个因素。根据部颁《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)要求，水泥稳定碎石配合比设计中，碎石应占80%〜85%(混合料为密实式稳定粒料)。2.2选择适宜季节施工水泥稳定碎石基层施工最佳季节是春末和夏初，气温相对变化不大且风又小，若在秋末冬初施工，由于温差较大，基层强度增长缓慢，温缩裂缝也会产生；若工期紧张，必须在这个季节施工时，可采取保温措施，避免基层受冻。保温措施可采用料薄膜加麻

7、袋的方法。2.3水泥剂量的控制品种不同的水泥具有程度不同的收缩性，如矿渣水泥要比硅酸盐水泥收缩性大，标号高的水泥收缩性比标号低的水泥收缩性大，抗折强度愈大，混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大，越不易产生温缩裂缝。水泥应选用初凝时间3h以上和终凝时间6h以上的品种。水泥剂量是影响水泥稳定碎石强度的重要指标。如果剂量过大，造成水泥稳定碎石干缩和温缩裂缝增多。因此其剂量误差范围应控制在0.5%以内，在满足设计强度的同时尽量限制水泥的用量，以减少基层的干、温缩的等非荷载裂缝。1.4含水量控制含水量主要控制碾压含水量和养生用水量，碾压时的含水量大，

8、产生裂缝机率就愈高，就会导致面层产生反射裂缝。含水量是水泥稳定碎石中的又一项重要控制指标，本工程施工实践证明，含水量过低，小于最佳含水量2个百分点以上时，混和料难以成型，压实度达