探讨抗裂性水泥稳定碎石

张光宁

摘 要：本文从四个方面阐述了影响水泥稳定碎石抗裂性能的因素。从水泥稳定碎石基层抗裂性的材料组成因素分析有两个：基层的级配和水泥剂量。从水泥稳定碎石基层抗裂性的工艺环境因素分析也有两个：温度和含水量。

关键词：抗裂性;温度;级配;收缩;裂缝;优化;水泥稳定碎石

中图分类号：U414 文献标识码：A

公路路面施工中，水泥稳定碎石将级配碎石作为主材，由胶凝材料和灰浆填充内部，在工程建设和施工中主要采用嵌挤的方法达到压实施工的效果。这里胶凝材料与灰浆在压实度和密实度方面相似性较强，为保证结构强度，需要利用碎石间的嵌挤锁结优势。另外，利用灰浆填充框架结构中的空隙。工程施工中，受水泥稳定碎石强度的影响，结构的强度也会随着时间的推移而有所增加。

1 水泥稳定碎石工艺特点

水泥稳定碎石工艺具有鲜明的特点。首先，水泥稳定碎石原材料来源较广，取材便捷，可广泛应用于市政道路工程中。其次，水泥稳定碎石强度较大，尤其是工程施工初期，凝结速度较快，5～7天的强度可超过20 MPa。再次，水泥稳定碎石工艺简单易行，施工人员只需做好搅拌、摊铺和压实施工，基于机械化施工可有效提高施工效率，控制工程工期，也可有效改进工程质量，推动施工现代化的建设与发展。另外，水泥稳定碎石的稳定性优势较为明显，由于水泥稳定碎石的结构相对特殊，与其他材料相比，结构的通透性较强。最后，在工程建设和施工中，施工人员可根据工程设计和施工的要求合理调整水泥稳定碎石的结构和配合比，因此材料的灵活性较强，可有效控制材料的强度。

与此同时，水泥稳定碎石工艺本身也存在着明显的不足，如高强度和高压作用下，材料表面的磨损、消耗和剥离现象较为明显。此外，在水泥稳定碎石施工中，干缩裂缝发生率较高，阻碍了该技术和工艺的广泛应用。且该工艺对工程施工的时间要求十分严格，材料凝结时间较短，所有流程均需在材料凝结前完成，工程施工时间十分紧张。

2 抗裂性水泥稳定碎石

近几年来，江苏省修建了大量的高速公路，对水泥稳定碎石的基层结构也提出了越来越高的要求，省内很多工程实践表明，水泥稳定碎石承载力高，工艺简单，但缺点是容易产生干缩裂缝和温缩裂缝。为了提高他的路用性能、延长使用寿命，抗裂性水泥稳定碎石应运而生，越来越受到重视，并且一些科研机构也相应展开了大量的研究。从水泥稳定碎石基层抗裂性的材料组成因素分析有两个：基层的级配和水泥剂量。从水泥稳定碎石基层抗裂性的工艺环境因素分析也有两个：温度和含水量。本文主要这四个方面浅析影响抗裂性能的因素。

2.1 集料级配的影响

从抗裂型水稳出发，对基层规范级配进行优化，以达到抗裂的目的。公路设计规范中所规定的级配范围比较宽，级配一般都能符合要求。因此，在具体应用中并不是只要在这个范围内的级配就能满足抗裂性能，要合理优化级配才能达到抗裂性能的要求。

水泥稳定碎石的收缩，重点从矿料级配出发，降低集料的总表面积，一方面在满足强度的前提下，降低2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm筛孔的集料比例;另一方面在满足规范级配的形式上，提出优化的水泥稳定碎石级配。

从工程实践出发，结合规范要求，本文作者认为4.75 mm筛孔通过率控制在32%～35%，0.075 mm筛孔通过率控制在2.5%～4.0%，水泥稳定碎石基层能在不影响强度的前提下，降低集料的总表面积，达到了抗裂性能的要求。

2.2 水泥剂量的影响

水泥剂量太小，水泥稳定碎石强度不能满足承载力的要求，水泥剂量太大时既浪费材料，又会使基层产生裂缝，对面层构成局部破坏，从而引起沥青面层相对应的反射裂缝。所以必须严格控制水泥剂量做到合理、精益求精以确保工程质量。

水泥作为稳定剂，其质量也至关重要。尤其是对基层的干缩裂缝、温缩裂缝而言，除了尽量使用不化热低、终凝时间长的水泥外，来要选用抗折强度大的水泥，因为抗折强度越大，混合料抵抗内部温度应力的抗拉强度越大就越不容易产生温缩裂缝。

在施工过程要做好水泥剂量控制，一方面要根据制定的滴定曲线对混合料进行EDTA滴定跟踪检测控制水泥剂量，另一方面每天对水泥总量进行校核，并每周或每月进行一次总校核。两方面相结合，从而形成水泥剂量的双控制。在实际施工过程中，由于水泥不同批号、矿料级配的变化等客观因素会对滴定曲线产生一定的影响，因此在EDTA滴定控制时应根据实际情况，每周或几周对EDTA滴定曲线进行验证，并结合总量校核的结果进一步验证，从而更好的控制水泥剂量。

2.3 温度的影响

半刚性材料基层一般在高温季节修建，成型初期基层内部含水量大，高温使基层内部水份必然要蒸发，从而发生由表及里的干燥收缩。另一方面温差大的季节施工时，成型初期强度上升慢，基层本身产生的强度不足以克服温差产生的收缩应力造成温度收缩。由此可见，施工温度对水泥稳定碎石的抗裂性能有着极其重要的影响。

冬季可施工的时间段，温度较为平均，温差小，而且含水量蒸发慢，碾压的最佳含水量容易达到，干燥收缩和温度收缩不易产生，达到了抗裂的目的。低温施工时，厚的覆盖养生及延长养生时间是冬季施工抗裂的关键技术措施。因此，冬季施工是控制基层水泥稳定碎石产生裂缝的有效途径之一。

2.4 含水量的影响

收缩裂缝的发生与发展和含水量有密切关系。含水量增大，干缩明显呈线性增大;含水量小，混合料不但难以碾压成型，而且因水泥的物理、化学反应不全面而造成结构层强度难以形成，造成板体松散。

从微观角度分析，水泥稳定碎石混合料的干缩是由水分的散失引起的，失水越多，收縮愈大。这是因为混合料水分蒸发时毛细孔内水面下降，弯月面的曲率变大，在表面张力作用下水的内部压力比外部压力小，随着毛细孔水的不断蒸发，毛细孔中负压逐渐增大，产生收缩力使混合料收缩。干缩另一个原因是水化物层间水的脱出，水化硅酸钙的层间水分子具有吸水膨胀和脱水收缩的特征。

从控制干缩变形的角度考虑，施工工程中碾压含水量应控制在最佳含水量。但实际情况又不能按预期的设想行事，运输距离的长短，原材料含水量的不一致，天气情况都是影响施工含水量控制难度的因素。

混合料拌和后场，每天由后场专职试验人员在早上、中午、下午分别测定各种集料的含水量，根据施工配合比设计的最佳含水量指标，结合当时的气温、运距情况，后场原材料含水量情况，确定混合料拌和时的含水量。由于水稳拌和楼是连续式拌和机，含水量应根据实际情况随时调整，在前场负责检测压实度的专职试验人员，在混合料摊铺整型过程中，也要及时测定混合料的含水量，及时与压路机碾压班长联系，力求在最佳含水量条件下碾压，尽量避免由于含水量过大，出现“弹簧”、“波浪”等现象，影响混合料达到压实度和强度，增大混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝，或由于含水量偏小，使混合料容易松散，不易碾压成型，也会影响到压实度和强度，因此只有严格控制施工含水量，加强各个环节的质量控制，才能保证施工质量。因此施工中必须严格控制含水量。

综上所述，从以上论述分析的集料级配、水泥剂量、温度、含水量四个方面采取控制措施，对于控制水稳级配碎石的裂缝产生，达到抗裂性能要求，能取得了良好的效果。

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