水泥稳定碎石抗裂性能研究

2018-12-06陈兵卫

商品与质量 2018年44期

陈兵卫

嵩县公路管理局河南嵩县 471400

1 抗裂性水泥稳定碎石

1.1 水泥稳定碎石作用原理

水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其压实度接近于最大密度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好[1]。

1.2 抗裂性水泥稳定碎石的提出

尽管水泥稳定碎石具有高强度、低造价以及很好的稳定性等优点，但水泥稳定碎石基层属于偏脆性的材料，投入使用的过程中，很容易因受潮湿、温度等因素的影响，在后期出现裂缝的现象。当水泥稳定碎石基层出现裂缝后，沥青面层与半刚性基层之间往往会形成一个薄弱点，而长期受到荷载应力与温度应力的共同影响，沥青面层底面应力会在该点集中，较薄的沥青面层极易出现开裂，加之交通、气候等外界因素的影响，裂缝会愈演愈烈。

这些问题的出现，导致路面的使用性能下降，影响到交通的舒适度，甚至会影响整个路基的强度与稳定性，所以解决这个问题是一项重要的内容。基于这一方面考虑，具有抗裂性的水泥稳定碎石的设计逐渐受到重视，选用抗裂性水泥稳定碎石不仅可以提高基层的质量，也可以提高路面的使用期限。

2 抗裂性水泥稳定碎石基层施工控制的关键点

第一，控制道路施工工艺流程。道路在长期的使用中，容易受到降雨等因素的影响，大量的水分存留在桥面上，并逐渐渗透到基层结构中，影响公路的使用周期。而合理控制施工工艺能够提高抗裂性水泥稳定碎石基层的质量，进而为道路桥梁施工质量提供保障。因此，公路施工中应控制抗裂性水泥稳定碎石基层的工艺流程。

第二，原材料的质量是施工控制关键点之一。为保证抗裂性水泥稳定碎石基层的质量，需要严格把关，控制原材料的质量；同时，需要结合公路施工的需要，控制抗裂性水泥的配比，利用强度计算公式，计算出准确的配比率，并进行试验，直至抗裂性水泥满足施工要求。

第三，风险控制是公路施工的要素。公路施工的风险控制影响抗裂性水泥稳定碎石基层的质量，影响公路整体的质量。因此，需要利用风险控制的形式加强对施工风险的分析，全面掌握施工环节，并根据风险评估制定预防措施。此外，对风险进行追踪，观察风险处理后的情况，分析影响公路施工质量的潜在风险，便于及时对施工做出调整，从而发挥出抗裂性水泥稳定碎石基层在公路工程施工中的优势与价值[2]。

3 水泥稳定碎石基层裂缝成因分析

水泥稳定碎石基层裂缝的产生原因和裂缝形式是多方面的，且各影响因素之间相互关联。

3.1 水泥剂量大

水泥用量的多少决定着水稳碎石材料的强度、弹性模量、温缩及干缩系数。水泥剂量越高，其强度和弹性模量相应增加，但是收缩系数也随之增加，致使水泥稳定碎石在使用中很容易产生裂纹。水泥剂量增加时，收缩应力的增长速率远大于材料强度的增长速率，因此水泥剂量高的基层更易产生收缩裂缝。水泥剂量大的原因包括：成型方式不匹配，施工单位担心压实度过百而减少压实遍数造成压实度不足，为增加强度便加大水泥剂量；室内静压成型方式与室外振动施工不匹配，调整级配对强度增加效果不大，于是就通过加大水泥剂量解决；连续式搅拌装置的搅拌时间一般在10s以内，短时间内很难搅拌均匀，为了保证使用强度，水泥用量普遍取高限值。

3.2 混合料不均匀

水泥等粉料及细料不能充分地均匀弥散和包裹粗骨料，经常出现粗骨料表面出现干燥露白现象，且拌和物各分组之间的黏聚力不足，混合料的搅拌不均匀，导致在装卸、运输、摊铺过程中出现离析，形成基层裂缝。

3.3 材料类型和细料用量

水泥稳定碎石的结构强度主要取决于集料颗粒间的摩阻力和嵌挤力、水泥与集料之间的黏结力。悬浮密实结构的水泥稳定碎石混合料中含有大量细料，粗集料少且没有接触，因此不能形成骨架，这种水泥稳定碎石表现为黏聚力较高，但是摩阻力较小且稳定性差，容易导致基层开裂；骨架密实结构中既有粗骨料形成嵌挤骨架，又有细集料填充间隙，细集料相对用量减少且密实度较高。此外，细集料比表面积大，遇水膨胀，具有较大的干缩系数，失水后干缩变形大。因此，细集料用量太大会导致干缩变形较大，更易产生基层收缩裂缝。

3.4 环境温度变化

在基层铺筑后，寒冷地区温度骤降使基层材料收缩，若沥青面层较薄则会产生温度收缩，导致基层材料的拉应变或拉应力急剧增大，超过基层材料的抗拉强度或极限抗拉应变后就会引起基层的开裂。半刚性基层一般选择在高温季节进行铺筑，成形初期未封闭，昼夜温差反复作用在基层上，产生温度应力，随使用年限的增长，最终产生疲劳裂缝[3]。

4 水泥稳定碎石抗裂性能体现措施

4.1 选择合理的施工材料与设备

施工材料和设备是抗裂型水泥稳定碎石基层施工技术的主要内容，属于工程施工建设的基础。选择合理的施工材料，应注意水泥、集料的选择过程，水泥是稳定碎石基层施工建设中主要的施工材料，一般运用缓凝普通的硅酸盐水泥。并且在一定程度上对水泥的凝固时间进行控制，通常情况下，凝固时间最初掌握在3小时左右，再次凝结时间一般是6小时左右。在集料选择时，应根据集料运用的标准与规范进行选择。

4.2 保证水泥稳定碎石的配料运输与实验

在施行抗裂型水泥稳定碎石基层施工技术过程中，应保证水泥稳定碎石的配料运输与实验，水泥稳定碎石工作完成后，一般选择20t自卸汽车，运输拌和的配料到施工场地，并保证水泥稳定碎石在运输途中未变质。因此，应对运输车辆进行彻底清理，再对运输线路与行驶速度进行规划，避免运输过程中出现颠簸现象，导致水泥稳定碎石混合料出现离析。拌和的水泥配料在运输时，应用土工布覆盖，保护其安全性，避免散失水分，影响水泥稳定碎石施工工作。搅拌水泥和碎石过程中，应选择400吨的拌和装置进行搅拌，再对稳定碎石采取基本搅拌方式，使产量和摊铺功能互相平衡，防止“等料”现象的发生。应精确水泥的使用剂量，并对其进行实验调配，确定拌和机给水、给料的精确度，促使搅拌时应用的水泥、碎石、水的比例符合规定标准。

4.3 加强基层摊铺与碾压工作

在加强基层碾压工作之前，应进行摊铺水泥工作，采用试验施工，保证其长度、碾压机具、摊铺厚度、碾压次数为最优的施工数据。水泥稳定碎石混合料进行搅拌均匀后，运用大于10吨的自卸汽车，将其运输到施工场地，在进行混合料摊铺过程中，采取专用的、稳定性较好的摊铺机，并考虑松散系数，按照松散较高摊铺均匀，摊铺工作完成时，应小于3小时。摊铺工作完成后，需及时碾压。碾压工作在含水量超过最佳含水量后进行，运用轻型压路与重型压路机相结合的方式，对结构层进行全面碾压，避免设置过高的平曲线，并从两侧向中心碾压，重叠轮宽为二分之一，碾压次数为6-8次，碾压速度控制为一1.4-1.6m/min。碾压工作完成后，应及时检测压实程度，确定是否达标，严禁压路机在碾压后进行急刹车或者掉头，防止水泥稳定碎石基层受损。

4.4 有效进行养护施工工作

对水泥稳定基层进行有效养护工作，是提高施工质量的关键环节。首先，施工道路碾压工作完成后，应及时检测碾压质量，对未合格的部分，进行重新碾压，并及时与工作人员沟通，保证碾压工作质量，使其达到规范制度的相关标准，再开展后续的碾压施工工作。其次，采用塑料薄膜或者透水无纺布的材料，覆盖碾压表面，经过一段时间后，再对其表面进行洒水，保证湿润程度。最后，由于抗裂型水泥的稳定碎石基层养护所需时间较长，应对其进行实时监控与管理，保证工程建设质量[4]。