水泥稳定基层裂缝的防治

水泥稳定基层裂缝的防治1、水泥稳定基层裂缝的危害水泥稳定基层近几年来被广泛的用于高速公路、一、二级公路及城市道路，但是水泥稳定基层的裂缝问题一直是亟待解决的难题，也是许多科研人员研究的课题，基层裂缝分为干缩裂缝和温度裂缝，主要是水泥稳定基层混合料水泥固化及水分散发后使基层表面产生的细微开裂现象，然后向深部和横向扩展，最后贯通整个基层。裂缝的宽度大多数为1-3mm，严重者可达4~5mm，裂缝的产生在一定程度上破坏了基层的板块整体受力状态，而且裂缝的进一步发展会产生反射裂缝，使路面面层也相应产生裂缝或断板。若对基层的裂缝处理不当，路面雨水就会通过面层的裂缝和其它多种途径进入沥青路面（或水泥混凝土路面）结构层内，使裂缝附近的基层材料过分潮湿，特别是面层裂缝下基层也开裂的情况，基层裂缝中往往充满自由水。在行车荷载作用下，路面结构层内或基层材料中的自由水会产生相当大的水压力，这种有压力的水会冲刷基层材料中的细料。一次冲刷的量是很小的，但行车荷载的反复多次冲刷，就会积少成多，在裂缝中形成细料浆被逐渐压挤出裂缝。一旦灰浆被唧出，沥青面层就会沿裂缝产生下陷现象，同时在裂缝两侧引起新裂缝产生，甚至碎裂，导致沥青面层形成局部低洼，甚至坑洞，促使沥青面层的进一步破坏。这样不但减少了路面的使用寿命，而且直接影响路面的行车质量和舒适度。为了避免这种现象的发生应采取减少表面水进入路面结构层的可能性，减少基层的纵横向裂缝，改善水泥处治材料的抗冲刷性。2、水泥稳定基层裂缝产生机理（1）干缩裂缝水泥与各种骨料加水拌合并经过摊铺及碾压成型后，水分的蒸发及混合料内部发生水化作用，使原本较潮湿的达到密实状态的基层集料结构逐渐通过水泥的固化作用趋于干燥，由于混合料水分的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用和碳化收缩作用等引起基层材料体积在一定程度上趋于减小而收缩，收缩量偏大则会使基层出现较严重的拉裂现象直至产生裂缝。（2）温缩裂缝基层材料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气项在降温变化过程中相互作用的结果，使基层材料产生体积收缩。3、水泥稳定基层裂缝的预防措施3.1充分重视原材料的选用及配合比设计（1）、水泥品种的选择不同品种的水泥干缩性有所不同。普通硅酸盐水泥干缩性很小、火山灰质硅酸盐水泥次之、矿渣水泥较大。因此，选用合适的水泥在一定程度上能减少干缩裂缝。（2）水泥剂量与级配：公路基层的设计强度通常为3-5mpa，设计强度愈高，则水泥用量愈大。水泥剂量对干缩应变的影响较大，水泥用量超过一定比例，混合料的收缩性就增大，容易产生严重的干缩裂缝。当水泥剂量不变时，改善集料的级配可以显著提高基层的强度，反之对不同的材料，水泥的用量有所不同，级配较好的材料，水泥剂量可减少到最低，否则水泥用量则会最大。设计配合比时，通过水泥剂量分级和调整集料的级配，来保证基层的设计强度，降低水泥剂量。实践证明，水泥剂量超过一定数值后，水泥稳定土的裂缝增多，缝宽也增大。我国规范规定水泥剂量不超过6%（美国和日本也限制在6%，法国限制在5%）。（3）、各种材料的粘土量要降低：水泥稳定基层混合料在不同负温度时的温缩系数变化很小，当粘土量增加，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度愈低，粘土量对温缩系数影响愈大。对于水泥稳定基层来说，水泥稳定不含粘土的碎石（或砂砾）的裂缝最少，因此，限制收缩最重要的措施是除去集料中的粘土含量，达到规范的范围，而且愈小愈好。（4）、有机质含量要降低：用水泥稳定含有少量有机质的过渡层土，水泥的凝结将被延缓，而用水泥稳定不含有机质土层，强度一开始就增长，而且其强度最高；因此用水泥稳定土做底基层时，土中有机质的含量不得超过2%；做基层时土中有机质的含量不得超过0.5%。有机质含量超过2%时，必须先用石灰处理，再用水泥稳定，硫酸盐含量超过0.25%的土，不能用作水泥稳定土。（5）、粗集料和细集料不能太多：粗集料和细集料含量的多少对水泥稳定土的质量影响非常大，粗集料颗粒愈大，在拌合、运输、摊铺过程中愈容易产生粗细粒离析，铺层表面容易出现拉沟，较难得到一个平整的表面，但限制颗粒的最大粒径小，要求砸碎的工作量大。例如在高速公路的路面基层，为减少摊铺机摊铺过程中混合料的离析现象，故常采用最大粒径20~25mm的级配集料。细集料小于0.075mm颗粒的含量不超过5%~7%，细土的塑性指数应尽可能小（不大于4%），以减少水泥稳定粒料的收缩性和提高其抗冲刷能力。如果粒料中0.075mm以下细料的收缩性特别明显，则应该控制此粒料中的细料含量在2%~5%，并在水泥稳定粒料中掺加部分粉煤灰。如果某种粒料中，粉料含量过多或塑性指数过大，要筛除塑性细土，用部分粉煤灰来代替。（6）、有条件时可掺加粉煤灰：水泥的水化和结硬作用进行的比较快，容易产生收缩裂缝。有条件时可在水泥混合料中掺入粉煤灰（占集料重量的10%~20%），改善集料的级配以减少水泥用量，延缓混合料凝结，增加混合料的抗冻能力和改善混合料的形变能力，减少水泥稳定基层的温缩。（7）、根据当地的材料情况确定相应的配合比：通过试验室进行配合比设计，保证实际使用的材料符合规定的技术要求，选择合适的原材料，确定结合料的种类和数量及混合料的最佳含水量，材料的级配要满足规范规定的水泥稳定土的集料级配范围，使完成的路面在技术上是可靠的，经济上也是合理的。通过实践证明，一是不能规定一种结合料剂量到处应用。即便是同一规格材料，也必须根据设计的强度要求进行材料配合比设计，鉴别是否适用水泥稳定和需要用多少水泥进行稳定；二是一个地方的成功经验不能任意照搬到另外一个地方使用，主要是由于土质变化多端，而必须通过试验来证明其可用性，这样既提高了强度，又可节省材料，还有助于减少收缩裂缝。3.2施工时间的选择对预防裂缝起重要作用（1）、选择合适的时间摊铺：基层收缩性包括两个方面，一是由于水分减少而产生的干缩；二是由于温度降低而产生的温度收缩。因此基层施工时的温度与冬季温度之间的温差愈大，基层就越容易产生温缩裂缝，在夏季高温季节到来之前施工的基层不但强度高，而且可以减少由于气温降低而产生的收缩裂缝；北方地区在秋末施工半刚性基层，往往是强度不高（养生温度低），质量不好。在其上铺筑的沥青面层，特别是薄层沥青面层到了第二年春融时期往往容易产生过早破坏；夏季施工基层虽然具有很高的强度，但是夏季与冬季温差过大，容易产生温缩裂缝。（2）、建议根据当地的气候条件合理安排基层、底基层的施工时间，工期条件允许时最好选在夏季高温季节到来之前。若在夏季高温季节施工时，最好选在上午或夜间施工，加强覆盖养生，北方地区避免在秋末组织基层施工。3.3控制含水量亦是预防裂缝的关键水泥稳定基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大，施工碾压时含水量愈大，结构层愈容易产生干缩裂缝，且愈严重（裂缝产生得早，缝口宽和缝的间距小）。即使已铺筑沥青面层，在旱季或冬季基层也可能产生干燥裂缝，因此施工时严格按照施工配合比控制最佳含水量（水泥稳定粗粒料碾压时混合料的含水量宜较最佳含水量大0.5~1.0%，对于水泥稳定细料碾压时混合料的含水量宜较最佳含水量大1%~2%），避免因施工用水量控制不当而人为造成的干缩裂缝，从而提高工程质量。3.4增加水稳碾压密实度水泥稳定基层碾压密实度的好坏不但影响水泥稳定土的干缩性，而且还影响水泥稳定土的耐冻性。事实证明，压实较密的基层不易产生干缩。因此在施工中选用20~25t振动压路机进行重型碾压。3.5水泥稳定基层的施工（1）加强拌合摊铺质量，减少材料离析现象。（2）按试验路段确定的合适的延迟时间严格施工，尽可能的缩短基层集料从加水拌合到碾压终了的延迟时间，确保在水泥初凝时间内完成碾压。（3）保证基层的保湿养生期和养生温度。3.6养生干燥收缩的破坏发生在早期，及时的采用土工布、麻袋布或薄膜覆盖进行良好的养生不但可以迅速提高基层的强度，而且可以防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩裂缝现象。施工经验证明，如果能保持基层水稳在铺筑沥青面层前不开裂，基层就不会再先于沥青面层产生干缩裂缝。基层养生结束后短时间暴露不致产生干缩裂缝，因此在条件允许时，及时的铺筑沥青面层是减少干缩裂缝的一个切实可行的办法。3.7材料质量控制碎石主要是采用开山爆破出来的块石利用大型碎石机（有鳄破、反击破和振动喂料装置）及配套的筛分设备系统加工成不同规格的集料。XX高速公路MN—17路面标采用四种规格料即30~20mm、20~10mm、10~5mm、5mm以下（含石粉）四种规格集料生产，当地虽然有许多小型料埸，但不能满足工程数量及质量要求，一是产量低不能满足工程需要；二是厂家多，规格不统一，难以满足工程需要；三是石质杂乱，不能满足质量要求。4、水泥稳定基层预防裂缝技术的创新（1）、在混合料中掺入纤维：实践证明，在水泥稳定碎石中掺入纤维材料，可以提高抗压强度，减少水泥稳定碎石（底）基层的裂缝，但是成本较高，对特殊地段的水泥稳定碎石可采取掺入纤维的办法。纤维的种类较多，有钢纤维，塑料纤维，也可采用麻筋等等。（2）、在混合料中掺入添加剂：DenKaCsA为一种膨胀活性剂，将其加入硅酸盐水泥中(常见比例为1:10)，可减少水泥稳定基层的干缩。因此DenkaCsA对于水泥处治高质量碎石的效果非常好。（3）在混合料中加入膨胀剂可以减少水泥稳定基层的干缩裂缝，同样在水泥稳定粒料中使用减水剂，减少混合料的含水量，也可以达到减少干缩裂缝的目的。（4）在基层中添加粉煤灰：粉煤灰减少干缩值的效果随粘粒含量增加而降低。水泥稳定土中添加粉煤灰（占集料重量的10%-20%），可以延缓混合料凝结，增加混合料的抗冻能力和改善混合料的形变性能。（5）在基层混合料中添加沥青乳液，可以减少水泥稳定基层的收缩裂缝和改善其耐久性，随着时间的增长，加有沥青乳液的混合料会变干，混合料的模量也会增加。（6）采用预切缝措施防止和减少裂缝水泥稳定碎石基层预切缝的现场试验较多，有的是在切缝内贯入沥青胶，有的是在切缝上面铺土工布，目前尚无成熟的技术可供借鉴。2000年4月份我们在洛阳XX公路水泥稳定碎石基层施工中，其中有250米水泥稳定碎石因过分振动碾压，雨后20-25米出现不规则裂缝，当时我们采用切横缝贯入沥青胶，效果令人满意，未出现任何异常现象。5、结语洛阳XX城市道路的基层和XX高速公路路面底基层和基层均设计为水泥稳定碎石基层，采用国产WCB500型粒料拌合楼、电脑自动计量配料；摊铺采用T423