水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫防治措施及施工工藝控制
關(guān)鍵詞：水泥穩(wěn)定碎石，收縮，施工工藝
水泥穩(wěn)定碎石材料，具有強(qiáng)度高，疲勞性好，良好的整體力學(xué)特性和穩(wěn)定性。然而，隨著水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的大量使用，其作為半剛性基層路面的缺陷也逐步體現(xiàn)出來，其缺陷仍然是抗變形能力低、脆性大，在溫度或濕度變化時(shí)易產(chǎn)生開裂，形成反射裂縫，進(jìn)而嚴(yán)重影響路面的使用性能[1]。己建高速公路的使用狀況調(diào)查表明，不論南方北方，通車一年后最遲第二年多出現(xiàn)大量裂縫，在以后的其它季節(jié)還會(huì)繼續(xù)增加。結(jié)果，路面的整體性和連續(xù)性遭到了破壞，更嚴(yán)重的是路表水通過裂縫進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，深入土基，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)過早破壞[2]。如何減少反射裂縫的產(chǎn)生依然是充分發(fā)揮水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵之一。
1水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的產(chǎn)生原因
1.1水分蒸發(fā)產(chǎn)生干縮裂縫
水泥、石灰、粉煤灰與各種粒料和水經(jīng)拌和、壓實(shí)后,由于蒸發(fā)和混合料內(nèi)部發(fā)生水化作用,混合料的水分會(huì)不斷減少。由于水的減少而發(fā)生的毛細(xì)管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和炭化收縮作用等會(huì)引起水泥穩(wěn)定粒料產(chǎn)生體積收縮。
1.2溫度變化產(chǎn)生收縮裂縫
組成半剛性材料的三相,即不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相在降溫過程中相互作用的結(jié)果,使半剛性材料產(chǎn)生體積收縮,即溫度收縮。就組成固相的礦物顆粒而言,粗骨料顆粒的溫度收縮系數(shù)較小,粉粒的溫度收縮系數(shù)較大。存在于材料內(nèi)部的較大孔隙、毛細(xì)孔和凝膠孔中的水通過“擴(kuò)張作用”、“表面張力作用”和“冰凍作用”三個(gè)作用過程,對(duì)半剛性材料的溫度收縮性質(zhì)產(chǎn)生極大影響。
2預(yù)防水泥穩(wěn)定基層裂縫產(chǎn)生的措施
2.1水泥品種的選擇
不同品種的水泥干縮性有所不同。普通硅酸鹽水泥干縮性很小、火山灰硅酸鹽水泥次之、礦渣水泥較大。因此，選擇合適的水泥在一定程度上能減少干縮裂縫。
2.2改善骨料級(jí)配
根據(jù)進(jìn)料量經(jīng)常進(jìn)行篩分試驗(yàn)，隨著進(jìn)料級(jí)配的變化及時(shí)調(diào)整配比，使骨料級(jí)配能夠形成骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)，并對(duì)細(xì)集料含量加以限制[3]。
2.3降低各種材料的黏土量
水泥穩(wěn)定基層混合料在不同負(fù)溫度時(shí)的溫縮系數(shù)變化很小，當(dāng)黏土量增加，混合料的溫縮系數(shù)隨溫度降低的變化幅度越來越大。溫度愈低，黏土量對(duì)溫縮系數(shù)影響愈大。對(duì)于水泥穩(wěn)定基層來說，水泥穩(wěn)定碎石中不含黏土的裂縫最少，因此，限制收縮最重要的措施是除去集料中的黏土含量，達(dá)到規(guī)范要求的范圍，而且愈少愈好。
2.4控制水泥用量
大量的試驗(yàn)和研究結(jié)果顯示[4],水泥劑量和級(jí)配是影響水泥穩(wěn)定碎石基層強(qiáng)度的主要因素。圖1所示為干縮特性隨水泥劑量、級(jí)配變化的情況。從圖中可以看出：干縮應(yīng)變隨著水泥劑量的增加先減小后增加,呈凹型曲線分布。水泥劑量為3%～4%時(shí),干隨應(yīng)變有最小值。當(dāng)水泥劑量較小時(shí)，由于混合料本身的強(qiáng)度很低，由于水分散失所產(chǎn)生的收縮力作用下發(fā)生較大的干縮應(yīng)變；隨著水泥劑量的增加，混合料本身強(qiáng)度大大增加，限制了部分干縮變形，從而導(dǎo)致混合料干縮應(yīng)變降低，但干縮變形總量也在增加；當(dāng)水泥增加到一定量時(shí)，強(qiáng)度增長(zhǎng)對(duì)干縮變形的限制與失水作用導(dǎo)致干縮變形達(dá)到相對(duì)平衡時(shí)，有最小的干縮應(yīng)變；隨著水泥劑量的繼續(xù)增加，收縮作用大于強(qiáng)度對(duì)變形的限制作用，干縮應(yīng)變又有所增加。
2.5添加減縮劑
水泥穩(wěn)定碎石基層的收縮主要是由膠凝材料-水泥石的收縮引起。依據(jù)毛細(xì)管張力理論，水泥石的收縮原因可歸結(jié)為:在環(huán)境濕度小于100%時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)部的水面下降形成彎液面，在水的表面張力作用下，便會(huì)在毛細(xì)管中產(chǎn)生附加壓力ΔP，這種附加壓力導(dǎo)致了水泥石的收縮。而ΔP主要與水的表面張力和毛細(xì)管半徑有關(guān)。減縮劑的主要作用機(jī)理在于降低孔隙水的表面張力，減小毛細(xì)孔失水時(shí)所產(chǎn)生的附加壓力，從而減少了收縮裂縫產(chǎn)生。
2.6添加外加劑
采用等量替代法用粉煤灰替代水泥穩(wěn)定碎石中的等量水泥有利于減小混合料的溫度收縮系數(shù)。這是因?yàn)榉勖夯业臏囟仁湛s系數(shù)較小，溫度敏感性差，所以有利于減少混合料的溫度收縮系數(shù)。另外粉煤灰密度小，也就是說在同樣重量的前提下，其體積要大于水泥，所以粉煤灰代替部分水泥可以減少混合料結(jié)構(gòu)中的孔隙，從而在最大限度內(nèi)以顆粒接觸為主，而顆粒的壓縮與孔隙中的氣體壓縮相比要小的多，所以表現(xiàn)出宏觀上的溫度收縮應(yīng)變較小。
2.7摻柔性纖維
纖維能夠大大改善水泥穩(wěn)定碎石的路用性能，它既能有效地減小水泥穩(wěn)定碎石干縮裂縫，還能有效抑制其溫縮裂縫。柔性纖維的長(zhǎng)度及單位體積內(nèi)的纖維根數(shù)，是決定柔性纖維半剛性基層抗裂性能好壞的兩個(gè)關(guān)鍵因素，兩因素緊密聯(lián)系，其中單獨(dú)一方對(duì)抗裂性能不起決定性作用，需綜合考慮之。
3施工工藝控制
3.1拌和
采用廠拌法施工。在正式生產(chǎn)混合料之前，首先調(diào)試好所用的設(shè)備，使混合料的顆粒組成和含水量都達(dá)到規(guī)定的要求，原集料的顆粒組成發(fā)生變化時(shí)，則重新調(diào)試設(shè)備。拌和時(shí)應(yīng)做到配料準(zhǔn)確，拌和均勻。拌和的含水量比最佳含水量大0.5%～1.0%，以補(bǔ)償施工過程中水分蒸發(fā)的損失，并根據(jù)集料含水量的大小、氣候及氣溫變化的實(shí)際情況（如早、中、晚不同）以及運(yùn)輸和運(yùn)距情況及時(shí)調(diào)整加水量，確保施工時(shí)處于最佳含水量[5]。水泥劑量是影響水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石強(qiáng)度的重要指標(biāo)，考慮到施工離散性的影響，實(shí)際施工水泥劑量應(yīng)比設(shè)計(jì)值增加0.5%，在拌和過程中應(yīng)隨時(shí)觀察混合料拌和后的顏色，防止水泥堵塞不流動(dòng)。從拌和機(jī)內(nèi)加水拌和到完成壓實(shí)工作的時(shí)間一般不超過2h，嚴(yán)禁超過初凝時(shí)間。為了防止裝料過程中集料的離析現(xiàn)象，采取嚴(yán)格控制堆料高度的措施，一般情況控制在4～6m高度以下，并且分層堆放。
3.2攤鋪
(1)攤鋪設(shè)備選型。建議采用ABG422和ABG423攤鋪機(jī)，這類機(jī)型能很好地控制攤鋪厚度和表面的平整度。兩臺(tái)攤鋪機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，兩機(jī)相距5～8m，前一臺(tái)一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)采用橫坡儀按設(shè)計(jì)坡度定位；后一臺(tái)一側(cè)傳感器搭在鋼絞線上，另一側(cè)把滑靴放在前一臺(tái)所攤鋪出的水泥穩(wěn)定碎石基層面上，位置距水泥穩(wěn)定碎石邊緣20～40cm同一位置，調(diào)整好坡度，按照確定的松鋪系數(shù)連續(xù)以穩(wěn)定的速度進(jìn)行攤鋪。
(2)混合料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，立即用攤鋪機(jī)攤鋪，如有離析現(xiàn)象，應(yīng)立即用人工修補(bǔ)，同時(shí)注意含水量的變化，及時(shí)反饋到拌和場(chǎng)適當(dāng)調(diào)整。攤鋪過程中還兼顧了拌和機(jī)出料的速度，適當(dāng)調(diào)整攤鋪速度，盡量減少停機(jī)待料的情況。在攤鋪機(jī)后設(shè)專人消除粗集料離析等現(xiàn)象，鏟除任何離析、太濕等不合格的混合料，并在碾壓前采用合格的拌和料添補(bǔ)。
3.3碾壓
碾壓遵循先輕后重、由低位到高位、由邊到中的原則，碾壓時(shí)控制混合料的含水量處于最佳值。先用14t光輪輕型壓路機(jī)及時(shí)并連續(xù)地在全寬范圍內(nèi)進(jìn)行一遍初壓(靜壓)，碾壓均與路中心線平行，直線段由邊到中、超高段由內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次連續(xù)均勻地進(jìn)行碾壓，相鄰碾壓輪跡重疊1/2輪寬。然后用18t重型振動(dòng)壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)繼續(xù)碾壓，并檢測(cè)壓實(shí)度，直到全寬范圍都均勻地達(dá)到規(guī)范規(guī)定的壓實(shí)要求為止，一般碾壓6～8遍。最后用14t壓路機(jī)進(jìn)行光面，以確保路面的平整度及消除輪跡。另外，當(dāng)實(shí)際含水量ω接近最佳含水量ω0時(shí)，壓實(shí)度才有保證；當(dāng)ω>ω0時(shí)，碾壓時(shí)容易超“彈簧”；當(dāng)ω<ω0時(shí)，壓實(shí)度就會(huì)達(dá)不到要求。所以，在施工中氣溫也是很重要的影響因素，特別是干旱少雨地區(qū)，要現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)檢測(cè)。為了給壓實(shí)提供質(zhì)量保證，自檢組緊跟工作面后，對(duì)形成的路面基層及時(shí)檢測(cè)，包括厚度、寬度、壓實(shí)度、含水量、平整度以及集料的級(jí)配等，需要調(diào)整時(shí)，立即通知工地負(fù)責(zé)人進(jìn)行調(diào)整。壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的98%以上，尤其要注意水泥穩(wěn)定碎石層常出現(xiàn)下部3～5cm壓不密實(shí)的現(xiàn)象，要及時(shí)解決，一般是用增大振動(dòng)壓路機(jī)的噸位和增加碾壓遍數(shù)的措施即可。
3.4養(yǎng)生
每一段碾壓完成且自檢壓實(shí)度合格后，立即進(jìn)行養(yǎng)生。養(yǎng)生采用不透水薄膜覆蓋養(yǎng)生，在覆蓋前，先對(duì)自檢合格的基層灑足量水養(yǎng)生，而后鋪設(shè)薄膜。不透水薄膜對(duì)缺水、干旱少雨、日照時(shí)間長(zhǎng)的地區(qū)有很大推廣潛力，它經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠、成本低且保濕度高。不透水薄膜覆蓋不宜少于7d，在這期間封閉交通，嚴(yán)禁車輛通行;覆蓋薄膜時(shí)縱、橫向壓砂或廢料(不允許使用泥土)，做成1m間隔，壓實(shí)不能有縫隙，保證密實(shí)，才能起到保濕養(yǎng)生作用。在施工中，特別應(yīng)注意對(duì)兩個(gè)側(cè)邊的養(yǎng)生，一定要將薄膜鋪設(shè)到位，防止干燥或忽干忽濕，確保整個(gè)養(yǎng)生期間半剛性基層表面始終保持潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生期結(jié)束后應(yīng)立即清除薄膜，清掃浮土雜物。結(jié)語
水泥穩(wěn)定碎石基層施工時(shí)，必須嚴(yán)格加強(qiáng)基層原材料的檢驗(yàn)、施工工藝控制并創(chuàng)造良好的養(yǎng)生條件，從而提高基層施工的整體質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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