水泥稳定性碎石公路基层中的裂缝成因与控制

■肖 繁 ■中交第四公路工程局有限公司，北京 100022

随着我国交通运输事业的不断发展，其对道路路面质量的要求也越来越高，半刚性基层结构的应用范围相对也越来越广阔，而水泥稳定性碎石作为一种较为常见的半刚性路面基层材料，其结构特性和力学性能恰好符合当前时期我国公路路面工程建设的发展需要。本文对水泥稳定性碎石公路基层中的裂缝类型、来源及成因进行分析，探讨水泥稳定性碎石公路基层中裂缝的预防与控制措施。

1 裂缝产生的表现及危害

作为一种半刚性的基本结构，水泥稳定性碎石基层在施工中一旦处理不当就会出现裂缝问题，且裂缝一般情况下出现在基层的顶面，并沿着裂口横向延伸，最终形成路面裂缝。裂缝一般成等距分布，且其裂缝宽度通常情况下在1．5～3．5mm之间。

裂缝现象最早出现在水泥稳定性碎石基层的养生过程中，另外一些裂缝现象则产生在路面通车之后，并且随着行车载荷作用的影响而越来越严重。水泥稳定性碎石公路基层的裂缝现象不仅削弱了路面的结构强度，还容易引发各种路面病害，比如坑洞、松散、碎裂等病害。在破坏了路面施工结构的同时，也严重影响了道路的正常使用，给交通运输带来了不便。其危害主要表现在以下方面:(1)水泥稳定性碎石公路基层保养过程中出现的反射裂缝较为容易受到行车载荷作用的影响，并在外界温度、降水以及日光暴晒作用下使裂缝范围不断扩大，对水泥稳定性碎石基层的机构造成了严重破坏，大大降低了其承载能力，最终造成路面强度下降。(2)由于路面通车后的行车载荷作用，原有的裂缝长度及宽度都随之增加，出现了反射裂缝。其路面结构在双重裂缝病害的共同影响下，将裂缝引入了水泥稳定性碎石基层结构中，基层的细集料在行车作用力的影响下被甩出路面，从而造成路面空洞等现象，降低了公路的使用寿命，也给行车安全带来了一定的威胁。

2 裂缝的来源及影响因素

2．1 自身裂缝

自身裂缝是指水泥稳定性碎石基层自身温缩和干缩变形而引起的裂缝问题，主要是由于选用的级配机构以及施工工艺不合理造成的，致使没有将温缩和干缩变形量控制在最小范围内，从而出现较为明显的裂缝。影响水泥稳定性碎石基层温缩和干缩变行量大小的主要因素有以下几个方面:(1)施工工艺不合理。主要表现在碾压设备吨位不够、配置不够齐全、碾压过程中基料推移相对较大、碾压次数相对较少、施工工序不恰当等，以上因素都会导致碾压密实度不够，从而诱发裂缝现象。其裂缝产生的程度与碾压养生的干密度是有直接关系的，干密度越大，裂缝越少，反之裂缝就会越严重;(2)集料级配不合理。在水泥稳定性碎石公路基层抗压强度都相同的情况下，影响裂缝成因的主要因素有材料空隙、水泥使用量、骨架用料等。历史经验表明，在选用骨架密实型级配的水稳层时，其产生的裂缝现象要比选用骨架空隙结构或者悬浮密实结构级配的水泥稳定性碎石基层轻微的多;(3)施工温度。水泥稳定性碎石公路施工的最佳温度为5～25℃，若在夏季28℃以上进行公路施工，会使水泥初凝时间和终凝时间相对缩短，加快了水泥中的水分蒸发，容易导致水泥稳定性碎石公路基层密实度降低，从而产生裂缝。同样的如果在冬季5℃气温以下进行施工，会使碾压的压实度和干密度得不到保障，从而增大温缩和干缩变形，引发裂缝。

2．2 反射裂缝

反射裂缝主要是指由下基层裂缝向上反射从而形成的水泥稳定性碎石基层裂缝，水泥稳定性碎石公路基层中的很大一部分裂缝都是由于下基层裂缝的反射作用引起的，其下基层裂缝的产生及影响主要受制于施工质量和施工原材料:(1)施工质量。相关实践经验表明，裂缝程度与路基及下层的压实度和芯样7天无侧限抗压强度成非直线反比关系，即下基层的压实度越高，其稳定性和强度就越好，越不容易产生裂缝;(2)原材料影响。施工过程中所采用的原材料类型对下基层裂缝的影响程度相对较大，例如:下基层采用石灰稳定土、水泥稳定土或者石灰水泥二灰稳定土，由于其干缩变形较为明显，所以很容易产生较大的干缩裂缝。

2．3 行车荷载裂缝

荷载裂缝主要是由于路面承受的荷载超过了道路的抗弯拉强度，从而引起的基层变形断裂产生的道路裂缝，这种裂缝往往具有一定的不规则性且相对较为稠密。

3 裂缝的类型及其成因

3．1 干缩性裂缝

是指在空气相对干燥下，水泥稳定碎石硬化过程中水分消失、体积收缩变形引起的裂缝。其主要影响因素有水泥含量、水分的消耗速度、集料的自身吸水效果等。

3．2 温缩性裂缝

在温度变化下，混合料受到来自内外膨胀因素的影响，产生大量应力，当应力超出路面抗弯拉强度后则会产生横向方式的温缩性裂缝。其主要受水泥自身热胀冷缩以及外界气温骤变等影响。

3．3 网状裂缝

网状裂缝即我们平常所说的龟裂现象，主要是由于局部弯沉逐渐增大，结构性遭到破坏而成的裂纹，在初期往往以网状细裂缝的形式产生。这种裂缝的破坏性相对不大，但是随着时间的发展，细裂缝内的水分会随之不断蒸发，从而在外力作用下容易造成坍塌。

4 防治措施

4．1 提高材料抗裂性能

可以使用骨架密实结构矿料级配，此种结构中的粗颗粒能够互相嵌挤形成骨架，并能有效承担外力。另一方面，细集料和无机结合料的水化生物能对粗集料起约束作用，使得中间的空隙较小，能有效的减少材料收缩。

由于细集料的比面较大，假如水泥稳定性碎石基层中的细料越多，其材料内部空隙也越来越多，所以在水作用下的收缩也就越来越大。因此要对粒料中的细粒含量和塑性指数进行控制，细土的塑性指数应控制的最小范围内，做多不超过4，细料含量应控制在5%——7%以内。

4．2 设计施工方面

依据目前水泥稳定性碎石公路基层中的裂缝成因来看，在设计施工方面应注意以下几点:(1)在进行水泥稳定性碎石公路基层沥青路面设计时，首先应选用抗冲刷能力较强且温缩干缩系数较小、抗拉强度较高的水稳材料作为基层;(2)在施工季节的选择方面，应尽量避开夏季和冬季，确保施工温度适宜;(3)对水泥稳定性碎石公路基层碾压时的水分含量进行有效控制;(4)在水泥稳定性碎石公路基层碾压完毕后，加强其养生保护并在养生结束后选用合适的液体沥青做透层或者封层;(5)注意做好水泥稳定性碎石公路基层养生和沥青面层铺筑之间的有效衔接。除了以上施工过程中的注意事项，加强施工质量、提升工程施工质量管理也是绝对重要的。相关实践经验已经证明，水稳基层材料的强度不均匀、碾压时含水量过高等都会在不同程度上导致基层裂缝的增多。

5 水泥稳定性基层材料性能改善

通常情况下由于水温材料所固有的热胀冷缩效应，裂缝现象在所难免。所以目前阶段的裂缝预防控制应主要从添加外加剂来降低水稳基层的刚性，通过柔韧性的增加使基层材料的抗变形能力得到提升，从而提高材料抗裂性能。我国目前对水泥稳定性碎石的性能改善已经做了大量的研究工作，其中常用的外加剂主要有几下集中:(1)粉煤灰:在混合料中加入适量的粉煤灰能有效改善水泥稳定性碎石的收缩性，通过水泥用量的减少避免了水泥用量过多产生的较大收缩作用;(2)膨胀剂:主要是利用其膨胀性能使水泥稳定性碎石结构产生变化，减少了水泥稳定碎石中的毛细管数，使之变得更致密，从而减少干燥收缩;(3)缩减剂:缩减剂的主要作用是降低基层材料中的早期收缩量，并且对材料的抗压强度和弹性模量不会产生较大影响，有利于提升基层材料的综合性能。