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由于水泥稳定碎石基层有其良好的力学性能和板体性等优势,且料源广泛,便于原材料采集加工和混合料的拌合,水泥稳定碎石半刚性基层已成为国内高等级公路所广泛采用的路面基层之一。
据对我单位所建成的黑大线、沈营线等路段的调查表明,水泥稳定碎石基层易开裂,裂缝间距一般为70—90cm,病害严重路段为l5—25 cm,裂缝宽度约在1一 10mm间。在工程实践中,如何发挥水稳半刚性基层的优势,克服其抗变形能力低的弱点,在此就自己的认识对其开裂成因进行浅显的分析探讨宜采取的防治措施。
一、水泥稳定碎石基层的特点
水泥稳定碎石基层是指以水泥作为主要的胶结材料,以碎石为骨料,加人适量的水,经拌和而形成混合料,再经摊铺、碾压成型的一种道路基层,是一种半刚性基层。由于有骨料,有胶结材料,碾压成型后的水泥稳定碎石基层具板块性 ,具有轻度高、早期强度形成快承载力大的特点,是路面结构的主要承重层。
因其水泥含量一般在5%左右,水泥含量低,集料以碎石为主,级配差。所形成的基层抗折强度低,抵抗变形的能力弱小,易产生剪切变形。
同时水泥的品质、水泥含量、集料的含水量、掺入的水量、骨料的材料与质量、拌和的时间与均匀性、碾压工艺、摊铺的厚度、施工时的天气情况、开放交通的时间等因素,均对其混合料形成的强度的高低有其直接的影响。
二、开裂成因分析
根据对发生裂缝病害路段的相关检测与调查,较早出现裂缝是在水稳层养生过程中开始出现,一般在基层顶面沿横向开裂且多为等间距,成直线型,缝长不等,主要是由于基层材料的干缩和温度收缩而引起,这对沥青路面面层的裂缝的形成特别是反射裂缝的发生有很大影响;开放交通后在车辆荷载作用下也不同程度地存在开裂现象。究其机理,一般为温度裂缝、收缩裂缝与荷载裂缝三类。
三、防治措施
通过对水稳基层裂缝产生的原因分析,水稳基层裂缝的产生是难以避免的,但采取一定的措施后,可以减少裂缝的出现和减轻开裂所造成的病害。
1、严格控制级配和压实度:控制混合料中小于0.075 mm以下的颗粒(矿粉、粘土)含量,小于0.075mm以下的颗粒含最增加时,不但增加了水泥的用量。而且基层表面还容易起皮,严重影响水稳层的质量。同时,当细集料增加时,混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低,细粒料对温缩的影响也越大。对混合料的碾压,除对混合料的嵌挤致密作用外,对土基也是一种负荷。水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏,不但影响水泥稳定基层的强度和刚度,而且还影响到永泥稳定基层的干缩性和耐冻性,控制好级配和压实度可预防裂缝的产生。
2、优选石料:作为水泥稳定基层用的碎石要求不是很高,规范中只有4个指标:相对密度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量,因此很多岩矿都可作为基层碎石的料矿。碎石原材料采集时可以多选择几个石料场进行比对,选择压碎值、有机质含量、硫酸盐含量较低的石料进行轧制,提升混合料的质量。
3、严格控制水泥用量:一般的水泥稳定碎石基层,其设计强度通常为3—5 MPa,设计强度越高,所需水泥用量越大。基层剐性越大,越易产生干缩性裂缝,缝宽也越大。在满足强度标准的前提下,采用较小的水泥用置,使水泥用量不大于5.5%。水稳基层水泥用量设计及施工均采用5%,对减少收缩裂缝的产生有一定的效果。
4、掌控好碾压时的最佳含水量:水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大,施工碾压时含水量越大,结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层,在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时,应根据天气情况适当增加或减少拌和用水量。例如,在夏天施工气温较高,即使在同一天施工,混合料的拌和用水量也应早、中、 晚各不相同,并且,还要根据运距远近、运输车辆配置情况进行不断的调整,确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。
5、科学养护:摊铺完成后,要及时用塑料布或土工布等覆盖进行洒水养护,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性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低,则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温。不一定需要洒水养护。可能的情况下,养护期结束,立即进行沥青封层或透层油的施工,及时摊铺沥青面层,这样水稳层裸露的时间短,能有效地减少重复干缩产生的裂缝。
6、选择有利的季节或时间进行水稳定基层的施工:水稳基层施工最好选择在年平均气温时节,此时气温变化不大,结构内温度应力较小,水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大。越易产生温缩性裂缝。冬天气温低于5℃时,一般不能进行水稳基层的施工。
7、适时开放交通:水泥胶结材料的特性使得水稳基层混合料凝结较快,早期强度形成快,达到龄期后强度增长呈衰变趋势,且早期强度的形成与温度关系密切,温度高则早期强度来得快。过早开放交通,对混合料的凝结成板和强度的形成带来直接影响,这种影响作用不可逆转;即使有了一定的强度和刚度,但强度及刚度尚未达到使用要求,车辆荷载作用下极易出现开裂。因此,开放交通不宜过早。应在其达到龄期后。
四、结语
基层的裂缝病害产生后,一是降低了基层的整体强度,二是發展后会形成反射裂缝,使沥青路面相应地出现裂缝和起拱。如不及时予以处理,雨水从裂缝内向下渗透,沥青路面的面层和基层裂缝缝隙处充满自由水,在车辆荷载反复冲击下,就会使粘附在碎石表面的沥青剥离,基层的细集料成泥浆被挤压出路面,从而导致沥青路面出现坑洞、碎裂、松散,造成沥青路面的早期破损,影响其使用寿命,影响行车的速度和安全。在水稳基层沥青路面工程实践中,如何采取行之有效的措旋,减少水稳基层裂缝的产生,减少沥青路面的大中修,提高道路的服务水平和使用寿命,是一项有意义的探索.
参考文献:
[1]公路沥青路面设计规范(yrc D50—2006)
[2]公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)
据对我单位所建成的黑大线、沈营线等路段的调查表明,水泥稳定碎石基层易开裂,裂缝间距一般为70—90cm,病害严重路段为l5—25 cm,裂缝宽度约在1一 10mm间。在工程实践中,如何发挥水稳半刚性基层的优势,克服其抗变形能力低的弱点,在此就自己的认识对其开裂成因进行浅显的分析探讨宜采取的防治措施。
一、水泥稳定碎石基层的特点
水泥稳定碎石基层是指以水泥作为主要的胶结材料,以碎石为骨料,加人适量的水,经拌和而形成混合料,再经摊铺、碾压成型的一种道路基层,是一种半刚性基层。由于有骨料,有胶结材料,碾压成型后的水泥稳定碎石基层具板块性 ,具有轻度高、早期强度形成快承载力大的特点,是路面结构的主要承重层。
因其水泥含量一般在5%左右,水泥含量低,集料以碎石为主,级配差。所形成的基层抗折强度低,抵抗变形的能力弱小,易产生剪切变形。
同时水泥的品质、水泥含量、集料的含水量、掺入的水量、骨料的材料与质量、拌和的时间与均匀性、碾压工艺、摊铺的厚度、施工时的天气情况、开放交通的时间等因素,均对其混合料形成的强度的高低有其直接的影响。
二、开裂成因分析
根据对发生裂缝病害路段的相关检测与调查,较早出现裂缝是在水稳层养生过程中开始出现,一般在基层顶面沿横向开裂且多为等间距,成直线型,缝长不等,主要是由于基层材料的干缩和温度收缩而引起,这对沥青路面面层的裂缝的形成特别是反射裂缝的发生有很大影响;开放交通后在车辆荷载作用下也不同程度地存在开裂现象。究其机理,一般为温度裂缝、收缩裂缝与荷载裂缝三类。
三、防治措施
通过对水稳基层裂缝产生的原因分析,水稳基层裂缝的产生是难以避免的,但采取一定的措施后,可以减少裂缝的出现和减轻开裂所造成的病害。
1、严格控制级配和压实度:控制混合料中小于0.075 mm以下的颗粒(矿粉、粘土)含量,小于0.075mm以下的颗粒含最增加时,不但增加了水泥的用量。而且基层表面还容易起皮,严重影响水稳层的质量。同时,当细集料增加时,混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低,细粒料对温缩的影响也越大。对混合料的碾压,除对混合料的嵌挤致密作用外,对土基也是一种负荷。水泥稳定碎石基层级配和压实度的好坏,不但影响水泥稳定基层的强度和刚度,而且还影响到永泥稳定基层的干缩性和耐冻性,控制好级配和压实度可预防裂缝的产生。
2、优选石料:作为水泥稳定基层用的碎石要求不是很高,规范中只有4个指标:相对密度、压碎值、有机质含量、硫酸盐含量,因此很多岩矿都可作为基层碎石的料矿。碎石原材料采集时可以多选择几个石料场进行比对,选择压碎值、有机质含量、硫酸盐含量较低的石料进行轧制,提升混合料的质量。
3、严格控制水泥用量:一般的水泥稳定碎石基层,其设计强度通常为3—5 MPa,设计强度越高,所需水泥用量越大。基层剐性越大,越易产生干缩性裂缝,缝宽也越大。在满足强度标准的前提下,采用较小的水泥用置,使水泥用量不大于5.5%。水稳基层水泥用量设计及施工均采用5%,对减少收缩裂缝的产生有一定的效果。
4、掌控好碾压时的最佳含水量:水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大,施工碾压时含水量越大,结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层,在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。因此在施工时,应根据天气情况适当增加或减少拌和用水量。例如,在夏天施工气温较高,即使在同一天施工,混合料的拌和用水量也应早、中、 晚各不相同,并且,还要根据运距远近、运输车辆配置情况进行不断的调整,确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。
5、科学养护:摊铺完成后,要及时用塑料布或土工布等覆盖进行洒水养护,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性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低,则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温。不一定需要洒水养护。可能的情况下,养护期结束,立即进行沥青封层或透层油的施工,及时摊铺沥青面层,这样水稳层裸露的时间短,能有效地减少重复干缩产生的裂缝。
6、选择有利的季节或时间进行水稳定基层的施工:水稳基层施工最好选择在年平均气温时节,此时气温变化不大,结构内温度应力较小,水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大。越易产生温缩性裂缝。冬天气温低于5℃时,一般不能进行水稳基层的施工。
7、适时开放交通:水泥胶结材料的特性使得水稳基层混合料凝结较快,早期强度形成快,达到龄期后强度增长呈衰变趋势,且早期强度的形成与温度关系密切,温度高则早期强度来得快。过早开放交通,对混合料的凝结成板和强度的形成带来直接影响,这种影响作用不可逆转;即使有了一定的强度和刚度,但强度及刚度尚未达到使用要求,车辆荷载作用下极易出现开裂。因此,开放交通不宜过早。应在其达到龄期后。
四、结语
基层的裂缝病害产生后,一是降低了基层的整体强度,二是發展后会形成反射裂缝,使沥青路面相应地出现裂缝和起拱。如不及时予以处理,雨水从裂缝内向下渗透,沥青路面的面层和基层裂缝缝隙处充满自由水,在车辆荷载反复冲击下,就会使粘附在碎石表面的沥青剥离,基层的细集料成泥浆被挤压出路面,从而导致沥青路面出现坑洞、碎裂、松散,造成沥青路面的早期破损,影响其使用寿命,影响行车的速度和安全。在水稳基层沥青路面工程实践中,如何采取行之有效的措旋,减少水稳基层裂缝的产生,减少沥青路面的大中修,提高道路的服务水平和使用寿命,是一项有意义的探索.
参考文献:
[1]公路沥青路面设计规范(yrc D50—2006)
[2]公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)