水泥稳定碎石基层裂缝预防浅析.docx

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1、刘世伟摘要：本文分析了高速公路路面水稳基层出现裂缝原因，分析基层级配对裂缝的影响。依托在建的宁绩高速公路路面工程工程，阐述了施工中预防裂缝的具体措施，为使混合料级配到达骨架密实型，分别从水泥剂量、混合料级配、干密度等方面控制进行调试，总结路面基层裂缝的预防措施。关键词：裂缝级配骨架密实型调试措施一、引言水泥稳定碎石基层裂缝是一个常见的质量通病，一般半刚性基层裂缝可归结于温缩、干缩和水泥硬化三种形式。设计基层厚度薄、水泥剂量大，施工过程中没有控制好含水量、水泥剂量、级配、施工工艺等都可能导致水稳基层裂缝产生。从理论上说,上述几种裂缝是不可防止的,但是可以在设计和施工方面采取相应的措施,最大限度地

2、减少它们的发生和影响。依据莫尔一库伦强度理论，无机结合料稳定类材料，其强度取决于内聚力与内摩擦角。其中内聚力主要由结合料的强度提供，而内摩擦角主要取决于集料的级配组成，粗集料形成骨架结构可以提供很大的内摩擦角。而在半刚性基层退化为类碎石土结构层时，结合料几乎完全散失，此时内摩擦角成为了决定半刚性基层使用末期刚度与强度的首要因素。因此，在考虑密实耐久要求根底上，充分重视半刚性材料的碎石级配，设计嵌挤骨架一密实型半刚性材料，对于保隙路面结构长期耐久性，具有特别重要的意义。实际施工过程中，由于材料来源的不稳定性，拌和设备计量的不准确性，拌和时间达不到要求，施工过程中变异性大，水稳混合料在运输摊铺后易

3、出现离析，导致最后的施工级配与设计的级配相差甚远。二、裂缝与级配关系相关文献研究说明，在最正确水泥剂量时，骨架密实型级配较悬浮密实型级配混合料的极限降温幅度和极限失水率平均高约24.3%和6.8%,说明骨架密实型材料的抗裂性能远优于悬浮密实型材料。但在实际施工过程中，骨架密实型级配的混合料较难施工，施工过程中容易产生离析。相关文献研究说明悬浮密实型级配其离析趋势要远远小于骨架密实型级配，在悬浮密实型级配中，正S型级配（上段偏细，下段偏粗）的离析趋势更小。水泥稳定级配碎石不像沥青混合料那样，需要良好的骨架嵌挤密实型结构，提供足够的抗剪强度，抵抗高温变形。现在骨架密实型水泥稳定级配碎石材料，4.7

4、5mm以上的含量和SMA的含量根本相似，却远没有足够的类似矿粉的填料填充空隙，可以推断，当前的骨架密实级配的水泥稳定材料有良好的骨架，但却很难到达足够的密实性。为此需要找到一个最正确级配，既能到达强度要求，又能做到充分密实。三、半刚性基层特点（6）优点I、强度高:半刚基层有较高的强度，且强度随着龄期不断增长，同时具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力；（2）稳定性好:半刚基层材料具有较高的水稳定性和冻稳定性，因此在水的作用及屡次冰融反复作用下而不影响半刚基层的承载能力；（3）刚性大:水泥稳定碎石混合料基层抗压回弹模量值很高，因而其上沥青面层弯拉应力相应减少，从而提高沥青面层的耐久性；（-B）百（I

5、半刚建基层的收缩裂缝及由此引起的沥青路面的反射裂缝不同程度存在；（2）半刚性基层非常致密，水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青基层和基层的界面扩散、集聚，造成路面破坏；（3）半刚基层材料的强度、模量会由于干湿和冻融循环，在反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减；（4）半刚基层损坏后没有自愈能力，且无法进行修补；对半刚性水稳基层路面的认识（1）半刚性水稳基层沥青路面破坏严重，但仍以每年上千公里的速度高速增长；（2）完全否认半刚性水稳基层不是科学的态度，在现有的技术水平上分析破坏原因；（3）在此根底上改良半刚性基层的结构组成设计、改良材料设计方法等；（四）当前半刚性水稳基层

6、材料设计方法缺点（1）室内成型方式与现场碾压方式不匹配；（2）质量控制指标单一；（3）压实标准偏低；（4）标准规定的级配范围太宽；（五）一些现象（1）半刚性基层在沥青面层铺筑前大量出现裂缝现象（不正常）；（2）施工后的水泥稳定碎石基层表观密实、特别是光滑（级配不良）事实上已成为水泥稳定碎石基层质量控制的重要标准；（3）工程中为到达设计强度指标及保证路面芯样完整，提高水泥剂量（非唯一方式）几乎成为最有效的手段；（4）现场芯样无侧限抗压强度值远大于室内静压法成型试件强度的原因（室内成型方式与现场不匹配）；（5）现有压实设备下，无需对施工工艺严格控制也能到达较高的压实度（压实度超百现象普遍存在已被接

7、受），但正是在压实度容易到达的情况下，水稳结构层的压实反而被无视；（六）解决方法（1）如上所述，水稳碎石混合料基层出现早期破坏与室内成型方法的不合理及标准单一导致水泥剂量偏高、压实度标准偏低、级配不良等有密切的关系，因此为了进一步提高路用性能，现实的措施是在合理的级配范围内，适当降低水泥剂量、提高压实度标准；（2）但是最正确级配范围如何确定，水泥剂量降低多少，压实度标准提高到什么程度，却需要以科学的方法去开发能够模拟现场压实情况的室内试件成型方法并提出切实可行的施工控制标准；（七）河北、河南、山西、江西、浙江等省成熟的静压法成型与振动法成型比对数据及级配设计范围（1）由下表数据可知压实度最小提

8、高到L019倍、最大提高到L036倍，平均提高到L028倍，也就是说压实度有2.0Q2.7%的差异，所以按照安徽省现行重型击实标准乘以1.028倍所得最大干密度来控制压实度从而提高水稳半刚基层强度、耐久性等有利于路用性能的指标；（2）参考浙江省半刚水稳基层级配范围（如下表），控制本工程级配；浙江省水泥稳定碎石基层、底基层级配范围要求（振动成型条件）筛孔尺寸（Ilm）31.5199.54.752.360.60.075通过率上限10085543526155(%)下限1007542251680四、工程实例宁绩高速为安徽省高速公路路网规划“四纵八横”中的“纵一”联络线，同时也是安徽省地方高速公路Sol

9、中的一段，北接宁宣杭高速公路，可连接江苏、浙江，具有对接长三角省际干线通道的效劳功能；同时与宣杭、绩黄、徽杭、铜汤屯等高速公路共同构成皖南高速公路网络。为有效减少水稳结构层收缩裂缝，在水泥稳定碎石基底）层试验段开工前，明确要求：（1）在满足设计强度的根底上限制水泥用量；（2）在限制细集料中VO.075mm含量的同时，降低混合料0.075mm通过率；（3）根据施工气温变化实时调整含水率。含水率不低于最正确含水率，水泥用量具体不超过5乐0.075InIn通过率尽可能不超过5虬由于原材原因，0.075通过率难以控制在5%以内，但为了减少裂缝满足设计强度并减少水泥用量我们做了以下比对试验。4.1级配对

10、无侧限抗压强度的影响筛孔粗级配通过率（控制值）中级配通过率（控制值）细级配通过率（控制值）粗级配通过率细级配通过率31.5100.0100.0100.0100.0100.026.598.398.598.798.398.71976.379.282.176.382.19.551.155.660.151.160.14.7530.733.937.130.737.12.3620.122.224.220.124.20.611.212.313.311.213.30.0755.86.26.75.86.7水泥剂量（%）4.04.04.03.54.0抗压强度（MPa）3.783.683.383.513.33从以上

11、试验数据可以看出：水泥剂量相同的条件下，级配越粗无侧限抗压强度越大；粗级配的水泥用量比细级配的少05乐但是强度却比细级配的强度大。可见级配对强度的影响很大。所以为了保证强度，级配控制应以骨架密实性为主。4.2水泥剂量控制每批次水泥中的Ca离子有一定的变化，为严格控制水泥用量，我们对进场的每批次水泥进行滴定，校核滴定曲线，确保水泥用量的准确性。水泥消耗EDTA记录表水泥剂量（%）23456日期EDTA消耗量(ml)4.56.77.65.78.110.25.86.47.74.45.26.94.14.96.34.87.19.36.47.49.46.78.210.04.75.88.27.68.49.2

12、从以上数据可以看出，每批次水泥在相同的掺量下，其EDTA消耗量差异是较大的，如果仅沿用一个标准，其水泥剂量的控制是不准确的。所以要更好的控制水泥用量，每天都要进行水泥滴定曲线校核。以确保水泥剂量控制的准确性。4.3混合料级配控制筛孔31.526.5199.54.752.360.60.075级配范围100.09010072894767294917358220、7中值与下限的中值76.252.034.021.511.5实测值110097.978.147.432.021.812.35.8210096.576.948.933.322.912.96.2310097.476.754.034.021.311

13、15.8410096.777.353.334.322.812.26.2510093.478.954.134.321.611.65.9610096.373.349.531.721.011.66.3混合料筛分记录表为确保混合料级配达成骨架密实性这一设计理念，我们控制19m,9.5mm、4.75mm、2.36mm、O.6mm这五档筛孔的通过率为级配中值和级配下限值的中值，不同于传统的取设计中值，缩小级配控制范围，同时较粗的级配可以减少04.75m4.75m9.5mm集料的用量，可有效减少小于0.075mm颗粒含量，有时因为原材料级配的问题，甚至可以让某一档料贴近下限，以保证其他筛孔及整体级配符合控

14、制要求。4.4级配对最大干密度的影响据可以看同灰剂量越粗最大小,在相同出，在相下，级配干密度越级配灰剂量最正确含水率最大干密度粗级配4.0%5.532.334中级配4.0%5.722.347细级配4.0%5.842.353施工条件下五、成效,压实度越大。为确保压实度，级配控制应以骨架密实性为主。经过这一系列的试验，使用调整后的级配，宁绩高速路面工程水稳基层至今未出现裂纹现象，基层芯样完整，厚度达标，骨架结构分部均匀合理，密实性良好，如下列图所示六、结语试验说明良好的级配可以大大减少裂纹的产生，而适宜的级配类型首先应制定有针对性的质量目标，然后结合现场的施工工艺、施工装备、料源等因素反复进行调试

15、严格控制水稳施工配合比、含水率、水泥剂量，石粉的砂当量和0.075mm通过率，才能到达利于施工也能满足水稳抗裂的耐久性要求。在施工过程中严格执行施工工艺，控制碾压遍数、速度、次序；只有从材料与工艺上的双控，才能预防基层施工期间裂缝的发生，铺筑出优异路用性能的水稳层。参考文献：1公路水运工程质量通病防治手册B.人民交通出版社,2013,(6)：35-372丁锐.刘国平.道路半刚性基层强度形成机理与特点分析J.建筑与文化,2012,(1)3曾梦澜等.不同级配类型水泥稳定碎石路面基层材料的抗裂性能J.湖南大学学报(自然科学版)，2013,40(10):1-7.4陈潇,周明凯.级配对基层混合料离析影响的理论分析J公路,2012,(6):191-194.5王旭东.关于新版公路路面基层施工技术标准修订的思路J上海公路,2010,(2):1-5