水泥稳定碎石基层材料微裂技术研究

明利丹

摘 要：基层是路面结构的主要承重层，其主要任务是保证在行车荷载和自然因素作用下，公路使用寿命内不会发生严重损害。然而，水泥碎石基层施工后，往往会由于干缩、温缩等因素产生裂缝。随着病害的进一步扩散甚至会反射到面层，产生反射裂缝，进而影响基层强度、刚度，最终会破坏路面结构，危害车辆行驶安全。为此，本文在全面了解微裂技术及作用机理的基础上，结合具体工程案例，提出了微裂施工方案，并进行了质量检测与分析。

关键词：水泥稳定碎石基层;微裂技术;工程概况

中图分类号：U416.214 文献标识码：A

0 引言

随着国民经济的迅速发展，我国公路建设里程越来越长，沥青路面以其优异的路用性能和舒适的行车感，倍受国内外公路行业的青睐，并被广泛用于高等级公路建设。[1]然而，在公路建设规模持续扩大的同时，沥青路面病害问题也愈加严重，尤其是水泥稳定碎石基层裂缝问题最为突出。微裂技术的应用，可以防止形成长或宽裂缝，减少反射裂缝的发生率，有效提升路面施工质量。

1 微裂技术及作用机理

微裂技术是指在摊铺、碾压水泥稳定碎石基层之后，在养护前期便通过振动压路机对基层进行碾压，从而形成又细又分散的网状微裂缝。采用此类施工工艺，可以充分利用水泥稳定材料的收縮作用，并形成收缩应力，防止生成太长或太宽的裂缝，减少反射裂缝的发生率。通过微裂技术的应用，可以为抑制或控制水泥稳定碎石基层反射裂缝提供一个新的防治思路。[2]图1为微裂后产生的网状细裂缝图。

通过微裂技术可以产生间距很小的细微裂缝网络，如图1所示。通过这种施工方式，很大程度上可以降低基层材料早期收缩应力。同时，因为基层材料微裂多施工于养护期的1-3天内，时间较早，随着水泥的水化作用，此类细裂缝将会逐渐自愈。加之随着龄期的不断增加，水泥稳定碎石基层材料的强度也会随之增长，总体来讲，微裂缝对路面结构的整体承载能力不会造成太大影响。水泥稳定碎石基层采用微裂技术的根本目的是为了降低收缩裂缝的产生几率。[3]其优点如下：

（1）微细裂缝具有良好的传荷能力，且不会向路面反射，可大大减小裂缝宽度，避免大裂缝产生，减少裂缝数量。（2）早期养护时期，水泥稳定材料强度损失仅是暂时的，随着养护时间的不断增加，其强度将随之增长，并不会影响基层强度。（3）于基层材料整体结构性能而言，微裂技术不会产生结构性的不利影响，因此具有良好的施工效果。

2 工程概况

某公路工程是连接两地的重要交通干线，伴随沿线经济的迅速发展，交通流量越来越大，且存在严重的超载重载现象。原路面结构厚度为42 cm，路面结构形式如图2所示。通车多年后，路面出现了不同程度的病害问题，其中最为严重的病害为龟裂、坑槽等，为了恢复路面使用性能，充分利用原有路面材料，达到节能、环保的目的。本文决定对路面结构进行补强处理，采用了冷再生施工工艺，并采用水泥稳定碎石替代原路面的二灰稳定碎石基层材料，补强后的路面结构如图2所示。为了保证工程质量，在水泥稳定碎石基层养护期间，决定采用微裂技术进行施工处理，以此提高路面施工质量。

3 试验路段基层微裂方案

为验证微裂技术应用效果，根据工程实际情况，在水泥稳定碎石基层养护期间选取了400 m长的一个试验段进行分析，将本试验段按照100 m划分，共分为4个路段，按照相同微裂实施时间确定不同的微裂程度，为了方便施工现场控制，本文采用抗压回弹模量反映微裂损伤程度。具体微裂方案如下：

A路段：本路段在水泥稳定碎石基层养护2d时进行微裂处理，微裂程度为30%～40%;B路段：本路段在水泥稳定碎石基层养护2d时进行微裂处理，微裂程度为40%～50%;C路段：本路段在水泥稳定碎石基层养护2d时进行微裂处理，微裂程度为50%～60%;D路段：本路段为对比路段，不做微裂处理。

按照上述要求，在水泥稳定碎石基层摊铺、碾压施工结束后，在养护2天时进行不同微裂处理。本路段微裂施工中，微裂损伤可通过抗压回弹模量降低百分率控制，通过落锤式弯沉仪测定模量。微裂施工中采用22 t振动压路机，将振幅设为最大值，每振动碾压一遍，便可进行一次回弹模量测定，待模量降至微裂损伤要求之后，便可暂停振动压实施工，并对微裂情况进行详细观察。根据工程实际情况，上述四个路段微裂前基层模量均为845 MPa，不同路段22 t振动压路机碾压遍数不同，其中A路段碾压2遍，B路段碾压4遍，C路段碾压6遍，D路段不碾压。微裂后所得模量及微裂程度如下：

A路段：微裂后模量为580 MPa，微裂程度为32%;B路段：微裂后模量为470 MPa，微裂程度为44%;C路段：微裂后模量为375 MPa，微裂程度为56%;D路段：本路段为对比路段，不做碾压处理。

水泥稳定碎石基层洒水养护2天后，通过振动压路机进行振动碾压微裂处理之后，通过观测可发现，路面分布有大量细而分散的网状微裂缝，不同路段的微裂损伤程度也有所不同，如下图所示，其中图3为A路段30%～40%微裂程度的基层裂缝情况，图4为B路段40%～50%微裂程度的基层裂缝情况，图5为C路段50%～60%微裂程度的基层裂缝情况。[4]这些不同程度的微裂缝的产生，将会大大减小水泥稳定碎石材料在自身早期收缩作用下而产生的收缩应力，进而防止出现更多大裂缝，损坏路面面层结构。

4 试验路段质量检测分析

（1）7d抗压回弹模量检测。水泥稳定碎石基层材料微裂处理之后，随着龄期的不断增加，材料模量将逐步恢复。在铺筑试验段面层施工前，应现场检测水泥稳定碎石基层回弹模量，检测结果如下：

A路段：实测7d模量结果为1265 MPa，室内试验7d模量为1399 MPa，误差为10.6%;B路段：实测7d模量结果为1205 MPa，室内试验7d模量为1340 MPa，误差为11.2%;C路段：实测7d模量结果为1165 MPa，室内试验7d模量为1276 MPa，误差为9.5%;D路段：实测7d模量结果为1510 MPa，室内试验7d模量为1644 MPa，误差为8.9%。

由此可见，现场实测7d抗压回弹模量测量结果基本上可室内试验结果相同，相差较小，可满足规定要求。

（2）裂缝实际情况观测。通过微裂技术的应用，可以提升水泥稳定碎石基层材料的抗裂能力，并能抑制或改善沥青路面反射裂缝情况。为此，在试验路段开放交通之后，决定对其路面裂缝情况进行检测。检测结果如下：

A路段：非贯通裂缝1条，未见贯通裂缝，裂缝率为1条/100 m;B路段：非贯通裂缝1条，未见贯通裂缝，裂缝率为1条/100 m;C路段：非贯通裂缝1条，贯通裂缝1条，裂缝率为2条/100 m;D路段：非贯通裂缝1条，贯通裂缝1条，裂缝率为2条/100 m。

通过上述分析可见，相比对比段D路段（未做微裂处理），A路段和B路段裂缝率较少，而C路段裂缝率并未减少。由此说明，水泥稳定碎石基层材料在养护2天后进行微裂处理，当其抗压回弹模量损伤程度在30%～40%、40%～50%的情况下，可达到减少裂缝产生的效果。而当其抗压回弹模量损伤程度在50%～60%的情况下，其抗裂效果一般。

基于上述考虑，认为在水泥稳定碎石材料养护2天后进行微裂处理，且抗压回弹模量损伤程度在30%～50%的情况下抗裂效果良好，且不会影响后期沥青路面结构整体力学性能，具有显著的施工应用效果。

5 结束语

综上所述，在养护初期，水泥稳定碎石基层极易发生收缩裂缝，进而产生路面反射裂缝。目前，防治半刚性基层沥青路面反射裂缝的方法很多，比如，基层预锯缝、设置级配碎石中间层等等。微裂技术是一种高效、方便、灵活的施工工艺，在抑制或減少水泥稳定碎石基层反射裂缝方面，微裂技术的应用具有显著效果。本文结合具体案例，根据室内试验对微裂程度控制及微裂缝自愈特性的研究成果，并综合考虑微裂作用对水泥稳定碎石材料收缩应力的释放以及材料后期的强度恢复情况，通过上述分析，可得出在水泥稳定碎石材料养护2天进行微裂处理，同时抗压回弹模量损伤程度在30%～50%时，施工效果最佳，可达到预期微裂施工应用要求。

参考文献：

[1]刘敬辉.采用预裂缝技术减少水泥稳定类基层收缩裂缝[J].中外公路，2012，32（03）：103-109.

[2]魏宏云，周卫峰，李源渊.不同成型方式的水泥碎石性能对比[J].华南理工大学学报（自然科学版），2014，42（08）：84-90.

[3]查旭东，曹艳霞，刘国才.抗裂型水泥稳定碎石配合比设计及路用性能研究[J].长沙理工大学学报（自然科学版），2013，10（01）：1-6.

[4]郭娟，库尔班江·阿布都艾尼，张静.高速公路水泥稳定碎石配比设计与施工质量控制标准研究[J].公路工程，2017，42（02）：205-209+243.