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水泥稳定碎石以其强度高,水稳性好,抗冻性好,耐冲刷的特点,近年来在各级公路路面基层广为应用,但同时也存在脆性大的缺点,从而导致对温度和湿度敏感性强,易因温度变化和湿度变化产生裂缝并反射到路面,导致路面强度和使用性能大大降低,产生冲刷和唧浆现象,影响路面使用质量和寿命。下面通过对水稳碎石基层施工控制及过程中存在的问题,对水稳碎石早期裂缝防治措施进行探析。
二、水泥稳定碎石早期裂缝危害和产生的原因分析
早期裂缝是水泥稳定碎石基层最常见的质量通病,一般认为,水泥稳定碎石基层由刚碾压成型后至施工沥青透层或封层、摊铺沥青混凝土面层期间发生的裂缝,称为早期裂缝。水泥稳定基层早期裂缝,一般在基层顶面沿横向开裂多为等间距,呈直线型,缝长不等,~。若缝宽过大(≧2mm),则破坏基层的整体稳定性,易产生反射裂缝,从而影响路面的使用寿命。
1、水稳碎石基层早期裂缝的危害
一是降低基层的整体强度,二是发展后会形成反射裂缝,使沥青混凝土路面相应位置出现有规则的横向裂缝、起拱。出现第二种情况,若不及时处理,路表水从裂缝内向下渗透,沥青混凝土和基层裂缝缝隙处充满自由水,在车辆荷载反复冲击下,就会使沥青混凝土中粘附在碎石表面的沥青剥离,基层的细集料形成泥浆被挤压出路面,沥青混凝土路面出现坑洞、碎裂、松散等早期破损,影响其使用寿命。
2、水泥稳定碎石基层早期裂缝形成原因
水泥稳定碎石基层材料的干缩和温度收缩是引起基层结构产生早期裂缝的主要原因。根据形成机理不同,水稳碎石基层早期裂缝可分为干缩性裂缝和温缩性裂缝。
干缩性裂缝出现情况分为两种,一是水泥稳定碎石压实成型后养生期间(一般为7~10d)的干缩;二是养生期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩。
水泥稳定碎石压实成型后养生期间(一般为7~10d),由于混合料本身的水份和养生洒水的水分蒸发以及混合料内部水化作用发生的毛细管作用、分子间吸附作用和碳化收缩作用等,引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩,出现拉裂的现象。
从基层养生期满后到施工沥青透层或封层、摊铺沥青混凝土面层之间,如果这段时间间隔较长,自然天气从睛到雨,从雨到睛,风吹日晒雨淋,基层从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”,水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”,多次重复干缩过程,必然会使基层出现较严重的拉裂现象,在薄弱地方就表现为裂缝,这种破坏在多雨的地区特别明显。
温缩性裂缝,也就是热胀冷缩产生的裂缝。水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体,在温差作用中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化,从而引起温缩性裂缝。
三、裂缝的预防
通过上述水稳碎石基层早期裂缝的形成原因分析,就能够有针对性的进行早期裂缝的预防。如干缩性裂缝可通过掺加适量粉煤灰、加强覆盖养生,及时施工沥青透、封层及面层进行覆盖等进行预防,温缩性裂缝可通过避开高温和低温季节施工减少温差效应等进行预防。
1、严格控制水泥剂量,掺加适量粉煤灰。
水泥剂量越高,干缩变形和温度变形越严重、产生的干缩裂缝、温缩裂缝越多,越易导致水泥稳定碎石基层的破坏。粉煤灰中的活性SiO2、Al2O3与水泥水化过程中析出的CaO起化学反应,生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙,延缓水泥的凝结时间,能有效提高后期强度,减少早期干缩裂缝的出现。
通过反复试验,%(~),可外掺混合料质量6~8%的粉煤灰。施工过程中控制水泥剂量偏规范允许下限(-%),避免水泥剂量过大和早期强度上升较快,有效抑制了早期裂缝发生。
2、认真控制各档材料(碎石)级配,避免材料均匀性差造成混合料级配离析。
以往施工多是控制混合料合成级配,以致造成多数施工,忽视组成材料的单级配控制,加之基层碎石用量较大,一般多采用2个以上料场供料。如果进场碎石单级配偏差较大,均匀性差,矿料比例调整又需要一定时间进行试验确定,过程中必然造成混合料合成级配不稳定,影响基层强度的均匀性,使用过程中基层内部产生弯拉应力引起早期裂缝。因此严格控制碎石单级配和均匀性,能够有效减少早期裂缝发生。
主要措施有:合理缩小单粒级配允许范围,控制碎石级配偏差过大;选择岩性相同的料源;在料源地统一加工工艺、统一振动筛筛孔尺寸;各档材料在料源地和拌合站均采用分隔堆放避免混料;实行
“三联单”制度,从生产、装卸、运输等过程保证材料质量;拌合站安排专人对进场碎石质量随时随机检测,有针对性的加大检测频率;对已进场的级配较差的碎石进行二次筛分调整等;在拌合楼上料仓上加高挡板防止混料等,有效控制了混合料配合比的准确性和级配的稳定性。
3、加强施工过程控制,除压实度、厚度等以外,重点控制混合料含水量。
水泥稳定碎石基层干缩应变随混合料的含水量增加而增大。施工碾压时含水量越大,结构层越易产生干缩性裂缝。即使铺筑了沥青面层,在旱季或冬季也可能产生干燥裂缝。采取遮盖集料措施防止雨雪后集料含水量差异引起混合料含水量较大偏差,然后严格控制拌合过程加水量。另外在施工时,根据天气和每天含水量检测情况,及时增加或减少拌和用水量。例如,在夏天施工气温较高,即使在同一天施工,混合料的拌和用水量也应早、中、晚各不相同,并且,还要根据运距远近、运输车辆配置情况不断的调整,确保碾压时混合料含水量在最佳含水量范围内。
4、及时养生,养生期结束后及时施工上层予以覆盖,防止长期裸露引起干缩裂缝。
摊铺完成后,要及时用土工布进行覆盖,覆盖时应将结构层表面及侧面完全包裹,每天定时洒水,以保证养护面始终处于湿润状态,防止基层因混合料内部发生水化作用和水分的过分蒸发引起表面的干缩性裂缝现象。如果在冬天施工温度较低,则可以用一层塑料薄膜再加上二层土工布覆盖保温,一般情况下不需要洒水养护。发现基层表面出现“发白”现象,再适度进行洒水。
在养生期结束,具备条件的应立即沥青透层的施工,如不能及时施工透层,应继续用土工布覆盖,并适度洒水。避免水稳碎石基层裸露时间,减少“重复干缩”产生的裂缝。
5、条件容许尽量选择有利的季节或时间进行水稳基层的施工:水稳基层施工最好选择在年平均气温时期施工。由于此时气温变化不大,结构内温度应力较小,水稳层不易产生热胀冷缩的现象。施工时的气温与一年中最冷或最热时的温差越大,越易产生温缩性裂缝。
如果在夏天酷暑条件下施工,最好能选择在早晚的时间,尽可能避开中午时间进行摊铺,并要加强覆盖洒水养护,保证水稳层处于湿润状态。
冬天气温低于5℃时,一般不能进行水稳基层的施工。在有冰冻的地区,应在第一次重冰冻(-3~-5℃)到来之前半个月到一个月内完成。
四、裂缝的处治
水稳层出现裂缝,需要进行及时的处理,有效阻止水分的渗入,防止病害的进一步扩展和蔓延。目前对于水稳碎石基层早期裂缝的常用处治措施主要有以下方法:密封胶封缝处治裂缝技术
,首先要用切缝机对裂缝进行切缝清理干净,然后用专用灌缝设备将密封胶灌入裂缝内,当密封胶冷却后,在常温和低温时均有着较高的弹性,可随着裂缝的胀缩而发生弹性变形,始终保持其密封作用,这样就长期、有效地封闭了水稳层的裂缝。
结束语:水泥稳定碎石基层是高速公路车辆荷载的主要承担者,正确认识水泥稳定碎石基层产生早期裂缝的原因,并在以后道路建设施工中,采取积极有效的措施防止早期裂缝及其它各类病害的产生,对提高道路的使用品质和使用寿命,具有重要意义。
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