摘 要：文章針對(duì)半剛性基層材料常出現(xiàn)的收縮裂縫病害，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)有干縮系數(shù)、溫縮系數(shù)、干縮抗裂系數(shù)、溫縮抗裂系數(shù)，這些系數(shù)都只限于應(yīng)變，沒(méi)有涉及應(yīng)力。提出了干縮能抗裂系數(shù)、溫縮能抗裂系數(shù)，從能量的觀點(diǎn)把應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)合起來(lái)有效地評(píng)價(jià)半剛性基層材料抗裂性。
關(guān)鍵詞：半剛性基層；縮裂；原因分析；防止措施
1 非荷載裂縫產(chǎn)生原因及其影響因素
1.1 溫度脹縮原因及其影響因素
半剛性材料產(chǎn)生體積干縮的程度與下述一些因素有關(guān)：結(jié)合料的類型和劑量、被穩(wěn)定土的類別（細(xì)粒土、中粒土和粗粒土）、粒料的含量和含水量及齡期等。一般而言，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土的干縮系數(shù)大于穩(wěn)定中粒土和粗粒土的干縮系數(shù)。在無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土中，穩(wěn)定塑性指數(shù)大的粘性土混合料的干縮系數(shù)大于穩(wěn)定塑性指數(shù)小的粉性土或砂性土混合料的干縮系數(shù)。石灰粉煤灰穩(wěn)定土的干縮系數(shù)小于石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土的干縮系數(shù)。影響半剛性材料溫度收縮性質(zhì)的主要因素是含水量、集料環(huán)境溫度和齡期等。半剛性材料的溫縮系數(shù)大致與干縮系數(shù)有如上相同的規(guī)律。通常情況下，穩(wěn)定細(xì)粒土基層在養(yǎng)生過(guò)程中或在養(yǎng)生后能較及時(shí)地鋪筑瀝青面層，在正常溫度下不至于產(chǎn)生溫縮裂縫。
1.2 干燥收縮及影響因素
混合料中的液態(tài)水分包括自由水、毛細(xì)水、吸附水。無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料經(jīng)拌合壓實(shí)后，由于水分蒸發(fā)和混合料內(nèi)部的水化作用，混合料中的水分不斷減少。由此發(fā)生毛細(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碳化收縮作用等。
隨著水分蒸發(fā)，致使毛細(xì)管壓力增大，從而產(chǎn)生收縮。毛細(xì)水蒸發(fā)完后隨著相對(duì)濕度繼續(xù)變小，材料中的吸附水開(kāi)始蒸發(fā)，石顆粒表面水膜變薄，顆粒間距變小，分子力增強(qiáng)，導(dǎo)致其宏觀體積進(jìn)一步收縮。此外結(jié)合料中含有大量層狀結(jié)構(gòu)的晶體和非晶體，如粘土礦物、水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化膠凝物，期間有大量層間水。隨著相對(duì)濕度的進(jìn)一步下降，層間水在水化膠凝物中遷移或蒸發(fā)，致使晶格間距減小，從而引起整體材料收縮。
2 溫縮裂縫控制措施
2.1 減小材料溫縮系數(shù)
基層混合料組成是影響溫度收縮變形的主要因素。穩(wěn)定粒料土的Tt明顯小于穩(wěn)定細(xì)粒土的Tt，如二灰碎石在-20℃時(shí)的Tt=11.4×10-6～15.3×10-6，而二灰土的Tt=30×10-6～53.3×10-6。影響穩(wěn)定粒料土Tt的主要因素有粒料中粒料或土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、結(jié)合料的種類等。對(duì)于二灰碎石混合料，碎石質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，Tt減少，見(jiàn)表1。
對(duì)某一固定粒料含量的混合料，二灰比中粉煤灰含量增加，有利于Tt減小，例如，石灰∶粉煤灰∶碎石=3.5∶11∶85.5與6.5∶8∶85.5在-15℃時(shí)的Tt分別為8.9×10-6、9.5×10-6。二灰碎石中5mm以下砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，Tt增大。例如，砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%和28%的二灰碎石在-10℃時(shí)的Tt分別為14.0×10-6和21.8×10-6。因此，在保證混合料抗壓強(qiáng)度的前提下，盡可能地減少二灰及集料中細(xì)料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以最大限度地提高二灰碎石的抗裂性能。對(duì)于水泥穩(wěn)定粒料，摻加5%水泥劑量，Tt隨溫度的變化最小（8.03×10-6～10.53×10-6）。Tt隨粒料中含土量增加而增大，在采用水泥或二灰穩(wěn)定粒料（土）做瀝青面層的基層時(shí)，應(yīng)盡量采用不含塑性細(xì)土的級(jí)配粒料。
2.2 提高半剛性材料的極限拉應(yīng)變
在工程實(shí)踐中，可近似地采用材料的抗彎拉強(qiáng)度與抗彎拉回彈模量之比作為極限拉應(yīng)變，即Xmax=SE，在同樣強(qiáng)度情況下，剛度愈小，極限拉應(yīng)變愈大。取不同粒料含量和不同二灰比的二灰砂礫材料進(jìn)行試驗(yàn)。砂礫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的二灰砂礫材料的抗彎拉強(qiáng)度低，抗彎拉模量也低，極限拉應(yīng)變卻大。砂礫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的二灰砂礫材料的S低，而E降幅不大，Xmax也小。通過(guò)分析，在砂礫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～70%時(shí)，二灰砂礫材料的抗裂性較好，強(qiáng)度和剛度值最高。
3 改善粒料土的種類選擇適宜的無(wú)機(jī)結(jié)合料
當(dāng)采用無(wú)機(jī)混合料穩(wěn)定細(xì)粒土（如：砂土、亞粘土）基層時(shí)，在細(xì)粒土采集過(guò)程中，不得人工過(guò)多摻入塑性指數(shù)較大的土，覆蓋層上的不適宜土必須清除。倘若必須摻土，應(yīng)選用均勻系數(shù)不小于10，塑性指數(shù)不大于12的土。對(duì)于塑性指數(shù)大于12的粘土，必須過(guò)15mm的方孔篩，以提高底基層單質(zhì)材料質(zhì)量和整體強(qiáng)度。當(dāng)采用無(wú)機(jī)混合料穩(wěn)定粒料（如：級(jí)配碎石、級(jí)配礫石）基層時(shí)，混合料中粒料的比例應(yīng)大于80%，同時(shí)粒料需具有良好的級(jí)配，且粒料中不宜含有塑性指數(shù)的土。對(duì)于塑性指數(shù)小于12的輕亞粘土和亞砂土，用水泥穩(wěn)定比較合適；對(duì)于塑性指數(shù)大于18的重粘土，用石灰穩(wěn)定或用石灰和水泥綜合穩(wěn)定比較適合；對(duì)于塑性指數(shù)在15左右的輕亞粘土，則用各種方法都能達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度要求，差別僅在抗拉強(qiáng)度的大小。在施工過(guò)程中，要了解和掌握更多的可用料源，從而可以更經(jīng)濟(jì)地實(shí)施路面工程。嚴(yán)禁用設(shè)計(jì)階段的指導(dǎo)性配合比代替施工階段的實(shí)施性配合比。
4 施工溫度控制
半剛性基層溫縮的最不利季節(jié)為溫度在0-10℃時(shí)，也就是春初和秋末，施工溫度應(yīng)控制在10℃以上。施工時(shí)溫度的控制是有效避免半剛性基層產(chǎn)生裂縫的有效措施。平均溫度低的低溫施工，半剛性材料以溫縮為主。平均溫度高的高溫季節(jié)施工，半剛性材料以干縮為主。半剛性材料基層一般在高溫季節(jié)修建，成型初期基層內(nèi)部含水量大，且尚未被瀝青面層封閉，基層內(nèi)部水分必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮。同時(shí)，環(huán)境溫度也存在晝夜溫度差，因此，修建初期的半剛性基層同時(shí)受到干燥收縮和溫度收縮的綜合作用，必須控制修建時(shí)的最低溫度，以強(qiáng)度的增長(zhǎng)抵抗干縮和溫縮的影響來(lái)減少或避免裂縫，同時(shí)還必須注意養(yǎng)生保護(hù)。
5 結(jié)語(yǔ)
半剛性基層瀝青路面在車輛荷載和自然因素的作用下，盡管開(kāi)裂現(xiàn)象十分普遍，但是只要認(rèn)真分析裂縫的形成機(jī)理和產(chǎn)生裂縫的原因，從工程設(shè)計(jì)到施工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)事求是，因地制宜，做到設(shè)計(jì)合理，施工規(guī)范，質(zhì)量過(guò)硬，就能避免或減少裂縫的產(chǎn)生，并使其具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性和表面性，從而延長(zhǎng)路面的使用期限。
參考文獻(xiàn)
[1] 李立寒，張南鷺.道路工程材料[M].北京：人民交通出版社，2009.
[2] 李文照.半剛性基層收縮裂縫成因分析及防治[J].工程施工，2011 （12）.
[3] 章學(xué)祥，柳新根.半剛性基層收縮裂縫的成因與防治[J].人民長(zhǎng)江，2008（39）.
