水泥稳定碎石基层裂缝防治措施及施工工艺控制
关键词：水泥稳定碎石，收缩，施工工艺
水泥稳定碎石材料，具有强度高，疲劳性好，良好的整体力学特性和稳定性。然而，随着水泥稳定碎石基层沥青路面结构的大量使用，其作为半刚性基层路面的缺陷也逐步体现出来，其缺陷仍然是抗变形能力低、脆性大，在温度或湿度变化时易产生开裂，形成反射裂缝，进而严重影响路面的使用性能[1]。己建高速公路的使用状况调查表明，不论南方北方，通车一年后最迟第二年多出现大量裂缝，在以后的其它季节还会继续增加。结果，路面的整体性和连续性遭到了破坏，更严重的是路表水通过裂缝进入路面结构，深入土基，导致路面结构过早破坏[2]。如何减少反射裂缝的产生依然是充分发挥水泥稳定碎石基层沥青路面结构整体性能的关键之一。
1水泥稳定碎石基层裂缝的产生原因
1.1水分蒸发产生干缩裂缝
水泥、石灰、粉煤灰与各种粒料和水经拌和、压实后,由于蒸发和混合料内部发生水化作用,混合料的水分会不断减少。由于水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和炭化收缩作用等会引起水泥稳定粒料产生体积收缩。
1.2温度变化产生收缩裂缝
组成半刚性材料的三相,即不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相在降温过程中相互作用的结果,使半刚性材料产生体积收缩,即温度收缩。就组成固相的矿物颗粒而言,粗骨料颗粒的温度收缩系数较小,粉粒的温度收缩系数较大。存在于材料内部的较大孔隙、毛细孔和凝胶孔中的水通过“扩张作用”、“表面张力作用”和“冰冻作用”三个作用过程,对半刚性材料的温度收缩性质产生极大影响。
2预防水泥稳定基层裂缝产生的措施
2.1水泥品种的选择
不同品种的水泥干缩性有所不同。普通硅酸盐水泥干缩性很小、火山灰硅酸盐水泥次之、矿渣水泥较大。因此，选择合适的水泥在一定程度上能减少干缩裂缝。
2.2改善骨料级配
根据进料量经常进行筛分试验，随着进料级配的变化及时调整配比，使骨料级配能够形成骨架密实型结构，并对细集料含量加以限制[3]。
2.3降低各种材料的黏土量
水泥稳定基层混合料在不同负温度时的温缩系数变化很小，当黏土量增加，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度愈低，黏土量对温缩系数影响愈大。对于水泥稳定基层来说，水泥稳定碎石中不含黏土的裂缝最少，因此，限制收缩最重要的措施是除去集料中的黏土含量，达到规范要求的范围，而且愈少愈好。
2.4控制水泥用量
大量的试验和研究结果显示[4],水泥剂量和级配是影响水泥稳定碎石基层强度的主要因素。图1所示为干缩特性随水泥剂量、级配变化的情况。从图中可以看出：干缩应变随着水泥剂量的增加先减小后增加,呈凹型曲线分布。水泥剂量为3%～4%时,干随应变有最小值。当水泥剂量较小时，由于混合料本身的强度很低，由于水分散失所产生的收缩力作用下发生较大的干缩应变；随着水泥剂量的增加，混合料本身强度大大增加，限制了部分干缩变形，从而导致混合料干缩应变降低，但干缩变形总量也在增加；当水泥增加到一定量时，强度增长对干缩变形的限制与失水作用导致干缩变形达到相对平衡时，有最小的干缩应变；随着水泥剂量的继续增加，收缩作用大于强度对变形的限制作用，干缩应变又有所增加。
2.5添加减缩剂
水泥稳定碎石基层的收缩主要是由胶凝材料-水泥石的收缩引起。依据毛细管张力理论，水泥石的收缩原因可归结为:在环境湿度小于100%时，毛细管内部的水面下降形成弯液面，在水的表面张力作用下，便会在毛细管中产生附加压力ΔP，这种附加压力导致了水泥石的收缩。而ΔP主要与水的表面张力和毛细管半径有关。减缩剂的主要作用机理在于降低孔隙水的表面张力，减小毛细孔失水时所产生的附加压力，从而减少了收缩裂缝产生。
2.6添加外加剂
采用等量替代法用粉煤灰替代水泥稳定碎石中的等量水泥有利于减小混合料的温度收缩系数。这是因为粉煤灰的温度收缩系数较小，温度敏感性差，所以有利于减少混合料的温度收缩系数。另外粉煤灰密度小，也就是说在同样重量的前提下，其体积要大于水泥，所以粉煤灰代替部分水泥可以减少混合料结构中的孔隙，从而在最大限度内以颗粒接触为主，而颗粒的压缩与孔隙中的气体压缩相比要小的多，所以表现出宏观上的温度收缩应变较小。
2.7掺柔性纤维
纤维能够大大改善水泥稳定碎石的路用性能，它既能有效地减小水泥稳定碎石干缩裂缝，还能有效抑制其温缩裂缝。柔性纤维的长度及单位体积内的纤维根数，是决定柔性纤维半刚性基层抗裂性能好坏的两个关键因素，两因素紧密联系，其中单独一方对抗裂性能不起决定性作用，需综合考虑之。
3施工工艺控制
3.1拌和
采用厂拌法施工。在正式生产混合料之前，首先调试好所用的设备，使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求，原集料的颗粒组成发生变化时，则重新调试设备。拌和时应做到配料准确，拌和均匀。拌和的含水量比最佳含水量大0.5%～1.0%，以补偿施工过程中水分蒸发的损失，并根据集料含水量的大小、气候及气温变化的实际情况（如早、中、晚不同）以及运输和运距情况及时调整加水量，确保施工时处于最佳含水量[5]。水泥剂量是影响水泥稳定级配碎石强度的重要指标，考虑到施工离散性的影响，实际施工水泥剂量应比设计值增加0.5%，在拌和过程中应随时观察混合料拌和后的颜色，防止水泥堵塞不流动。从拌和机内加水拌和到完成压实工作的时间一般不超过2h，严禁超过初凝时间。为了防止装料过程中集料的离析现象，采取严格控制堆料高度的措施，一般情况控制在4～6m高度以下，并且分层堆放。
3.2摊铺
(1)摊铺设备选型。建议采用ABG422和ABG423摊铺机，这类机型能很好地控制摊铺厚度和表面的平整度。两台摊铺机联合作业时，两机相距5～8m，前一台一侧传感器搭在钢绞线上，另一侧采用横坡仪按设计坡度定位；后一台一侧传感器搭在钢绞线上，另一侧把滑靴放在前一台所摊铺出的水泥稳定碎石基层面上，位置距水泥稳定碎石边缘20～40cm同一位置，调整好坡度，按照确定的松铺系数连续以稳定的速度进行摊铺。
(2)混合料运到现场，立即用摊铺机摊铺，如有离析现象，应立即用人工修补，同时注意含水量的变化，及时反馈到拌和场适当调整。摊铺过程中还兼顾了拌和机出料的速度，适当调整摊铺速度，尽量减少停机待料的情况。在摊铺机后设专人消除粗集料离析等现象，铲除任何离析、太湿等不合格的混合料，并在碾压前采用合格的拌和料添补。
3.3碾压
碾压遵循先轻后重、由低位到高位、由边到中的原则，碾压时控制混合料的含水量处于最佳值。先用14t光轮轻型压路机及时并连续地在全宽范围内进行一遍初压(静压)，碾压均与路中心线平行，直线段由边到中、超高段由内侧到外侧依次连续均匀地进行碾压，相邻碾压轮迹重叠1/2轮宽。然后用18t重型振动压路机、轮胎压路机继续碾压，并检测压实度，直到全宽范围都均匀地达到规范规定的压实要求为止，一般碾压6～8遍。最后用14t压路机进行光面，以确保路面的平整度及消除轮迹。另外，当实际含水量ω接近最佳含水量ω0时，压实度才有保证；当ω>ω0时，碾压时容易超“弹簧”；当ω<ω0时，压实度就会达不到要求。所以，在施工中气温也是很重要的影响因素，特别是干旱少雨地区，要现场及时检测。为了给压实提供质量保证，自检组紧跟工作面后，对形成的路面基层及时检测，包括厚度、宽度、压实度、含水量、平整度以及集料的级配等，需要调整时，立即通知工地负责人进行调整。压实度应达到重型击实标准的98%以上，尤其要注意水泥稳定碎石层常出现下部3～5cm压不密实的现象，要及时解决，一般是用增大振动压路机的吨位和增加碾压遍数的措施即可。
3.4养生
每一段碾压完成且自检压实度合格后，立即进行养生。养生采用不透水薄膜覆盖养生，在覆盖前，先对自检合格的基层洒足量水养生，而后铺设薄膜。不透水薄膜对缺水、干旱少雨、日照时间长的地区有很大推广潜力，它经济、实惠、成本低且保湿度高。不透水薄膜覆盖不宜少于7d，在这期间封闭交通，严禁车辆通行;覆盖薄膜时纵、横向压砂或废料(不允许使用泥土)，做成1m间隔，压实不能有缝隙，保证密实，才能起到保湿养生作用。在施工中，特别应注意对两个侧边的养生，一定要将薄膜铺设到位，防止干燥或忽干忽湿，确保整个养生期间半刚性基层表面始终保持潮湿状态。养生期结束后应立即清除薄膜，清扫浮土杂物。结语
水泥稳定碎石基层施工时，必须严格加强基层原材料的检验、施工工艺控制并创造良好的养生条件，从而提高基层施工的整体质量。
参考文献
[1]孙兆辉．水泥稳定碎石基层材料的抗裂稳定性研究[J]．建筑材料学报，2007-2(1)：59–65．
[2]沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面[M]．北京：人民交通出版社，1999．
[3]黄煜镔．水泥稳定碎石基层收缩裂缝综合防治试验[J]．重庆交通大学学报，2006-11(11)：550–553．
[4]于新．低剂量水泥稳定碎石基层干缩温缩性能研究[J]．公路交通科技，2007-7(7)：52–55．
[5]唐佐斌．水泥稳定碎石质量控制要点及措施[J]．路基工程，2007(6)：154-156．