經驗交流：水泥穩定碎石基層裂縫探討
發布時間：2010-01-14 共2頁
一、概述
用水泥穩定粗粒土（顆料的最粒徑小于50mm且其中小于40mm的顆粒含量不少于85%）和中粒土（顆粒的最粒徑小于30mm且其中小于20mm的顆粒含量不少于85%）得到的混合料，視所用原材料為碎石或礫石，簡稱為水泥碎石或水泥礫石。
水泥穩定碎石有良好的力學性能和板體性，其初期強度高并且強度隨齡期增長，其力學強度還可視工程需要進行調整。其特點是：強度高，水穩性好，抗凍性好，耐沖刷，溫縮性和干縮性均較小，是一種優良的路面基層材料。然而水泥穩定碎石料也有其與生俱來的缺點：主要是脆性，從而導致對溫度和濕度敏感性強，易因溫度變化和濕度變化產生裂縫并反射到路面，導致路面強度和使用性能降低，產生沖刷和唧唧漿現象，這也是路面工程不可忽視的病害。
二、產生裂縫的現象
水泥穩定集料基層是將一定級配的集料與水泥和水一起拌和后，在最佳含水量狀態下碾壓成型，經過養生達到一定強度的路面基層結構，此基層是一種半剛性結構。水泥穩定基層容易產生裂縫的同時已是影響瀝青混凝土面層破壞的關鍵因素。這種裂縫，一般在基層頂面沿橫向開裂多為等間距，成直線型，縫長不等，縫寬在0.5～3.5mm左右。較早出現裂縫是在水穩層養生過程中開始出現，有的是在瀝青混凝土路面通車后在荷載的作用下出現，這是由于水穩層出現裂縫并引起瀝青混凝土面層產生相對的反射裂縫
三、裂縫的危害
基層裂縫的危害有二個方面：一是降低基層的整體強度，二是發展后會形成反射裂縫，使瀝青混凝土路面相應出現有規則的橫向裂縫、起拱。出現第二種情況，若不及時處理，雨水從裂縫內向下滲透，瀝青混凝土和基層裂縫縫隙處充滿自由水，在車輛荷載反復沖擊下，就會使瀝青混凝土中粘附在碎石表面的瀝青剝離，基層的細集料形成泥漿被擠壓出路面，瀝青混凝土路面出現坑洞、碎裂、松散，造成瀝青混凝土路面早期破損，影響其使用壽命。基層裂縫的危害較為常見，直接影響到了路面行車的速度和安全
四、裂縫產生的原因
對于道路上的半剛性基層，要求其具有較小的收縮性。半剛性材料的收縮包括二個方面，一是由于水分子減少而產生的干縮，二是由于溫度降低而產生的溫度收縮。
基層材料的干縮和溫度收縮是引起基層結構產生橫向裂縫的主要原因。對瀝青面層的開縫特別是反射裂縫的發生有很影響，另外一個原因是在車輛荷載作用下產生的裂縫。
1、干縮性裂縫：干縮性裂縫的情況有兩種，一是水泥穩定碎石壓實成型到正常養護期（一般為7 d）的干縮；二是養護期滿后到施工瀝青封層或透層、攤鋪瀝青混凝土面層這段時間的干縮。其機理基本上是一樣的，只是其損害的程度有所不同。
水泥穩定碎石壓實成型到正常養護期（一般為7d ）期間，由于混合料本身的水份和養護灑水的水分蒸發以及混合料內部水化作用發生的毛細管作用、分子間吸附作用力和碳化收縮作用等，引起基層混合料體積在一定程度趨于減小而收縮，出現拉裂的現象。如果這段時間天氣正常，氣溫沒有太變化，混合料（基層）從最佳含水量到較干燥的干縮過程可稱之為一次性的干縮，其產生的裂縫是有限的。
從基層養護期滿后到施工瀝青封層或透層油、攤鋪瀝青混凝土面層之間，如果這段時間間隔較長，自然天氣從睛到雨，從雨到睛，風吹日曬雨淋，基層料從“較干燥→飽水狀態→較干燥→飽水狀態”反復循環作用，水分反復的“蒸發、飽和、蒸發、飽和”，多次重復干縮過程，必然會使基層出現較嚴重的拉裂現象，在薄弱地方就表現為裂縫，這種破壞在多雨的地區特別明顯。養生結束后，如其上為瀝青面層，應先清掃基層，立即噴灑透層或粘層瀝青、在清掃干凈的基層上，也可先做下封層，以防止基層干縮開裂
2、溫縮性裂縫：也就是熱脹冷縮產生的裂縫。萬物都具有熱脹冷縮的性質，水泥穩定碎石基層屬半剛性體，也不會例外。在水泥路面設計和施工中，設置伸縮縫的做法規范中已有明確的規定，并且在施工和實際中得到廣泛的應用，取得了顯著的成效。但長期以來，在水泥穩定碎石基層的設計規范或施工技術規范中卻沒有提出來，這有待于進一步探索。
水泥無機結合料內部的不同礦物顆粒組成的固相、液相和氣相體，在溫差作用中必然會使其產生熱脹冷縮的體積變化，從而引起溫縮性裂縫。
（1）固相礦物不同的脹縮性：碎石原材料礦物（主要為SiO2、AI2O3）組成的熱脹冷縮系數為810-6/℃，水泥穩定碎石生成的新膠結礦物主要成分為C-S-H凝膠體，熱脹冷縮系數一般為10～2010-6/℃。由于兩者組成的固相復合穩定材料的礦物具有不同的熱脹冷縮性，在溫度變化時其脹縮值是不相同的
（2）液相（水）的熱脹縮性：自由水、毛細水、結構水、結晶水存在于混合料內部的孔隙中和膠體中，水的熱脹縮系數為7010-6/℃。當溫度升高時，可以產生相當的擴張力使顆粒間距增而產生膨脹。
（3）氣相的熱脹縮性：混合料毛細孔、內部孔隙充盈著氣體。夏天時水穩層內部結構氣體體積受熱充分膨脹，結構內的顆粒相應充滿擴張力。冬季時，原膨脹的氣體體積收縮，顆粒內的結構應力減小，產生收縮力，體積變小。當擴張力超過臨界值時，水穩層就會產生起拱；當收縮力超過結構拉應力時，便產生橫向裂縫。
3、荷載性裂縫
荷載性裂縫一般發生在基層的底部，由于車輛荷載的反復作用，裂縫逐漸向上擴展至表面，車輪荷載作用下產生的裂縫反映在面層，往往不是單獨的、稀疏的或較有規則的裂縫，而是稠密的，有時是相互聯系的
