《(整理)市政工程-水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(整理)市政工程-水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝控制目前，我国公路交通具有 2个明显的特点，即交通虽迅 速增加和重载车辆日益增多。因此，对路面结构使用性能的 要求也越来越高。半刚性基层由于具有强度高、承载力大、 良好的抗疲劳性能和抗冲刷性等优点，已经成为我国高等级 公路沥青路面的主要结构类型。据统计，我国90%以上的高等级公路沥青路面基层及底基层都是采用半刚性材料。但半 刚性基层材料的缺点是抗变形能力低、脆性大，在温度或湿 度变化时易产生开裂，形成路面反射裂缝，这已成为高速公 路沥青路面早期损坏的重要原因之一。水泥稳定级配集料是当今国内外使用最普遍的一种半刚 性基层材料，其中乂以水泥稳定碎石性能最为优异。然而水
2、泥稳定碎石基层并没有消除半刚性材料的缺点，因此如何进 一步减少其反射裂缝的产生，依然是充分发挥路面结构整体 性能的关键之一。考虑到我国作为水泥生产大国，原材料来 源广泛且价格低廉，水泥胶结类材料在今后很长一段时间内 仍将作为主要的道路建筑材料，因此有必要对水泥稳定碎石 基层进行研究，以便能为将来更为广泛的应用提供经验。1、裂缝形成机理1.1裂缝产生原因半刚性基层沥青路面的裂缝形式多种多样，但形成的主 要原因可以分为2大类，即荷载型结构性破坏裂缝和非荷载 型裂缝，包括反射裂缝和对应裂缝。荷载型结构性破坏裂缝 是由汽车动态荷载产生的垂直或水平应力，在基层内部产生 超过材料的容许抗拉极限应力的拉应力
3、所造成；非荷载型裂 缝则是环境作用的结果， 主要是湿度和温度的影响， 由干缩、 温缩和疲劳作用导致，个别情况下也可能是由于路基不均匀 沉陷造成。此外，在冰冻地区的沥青路面上，还可能发现由 路基冻胀引起的裂缝。我国已建高速公路的半刚性路面、刚性路面和刚性组合 式路面的承载能力从设计角度看是足够的，然而调查表明， 裂缝在我国各个地区的沥青路面上十分普遍，不论南方还是 北方，通车后1年最迟第2年均出现大虽裂缝。因此，单纯 由荷载作用不足以引起面层破坏，沥青路面的开裂应当是多 种因素共同作用的结果。半刚性基层沥青路面裂缝出现的原因有3种可能：一是面层本身性能不良，二是由于基层干缩和温缩开裂而反射到 面
4、层产生裂缝，三是由于面层、基层相互作用所引起。国外 通常认为半刚性基层沥青路面裂缝是由半刚性基层引起的反 射裂缝，且这种反射裂缝主要由半刚性基层材料的干缩裂缝 引起的。国内则认为半刚性路面的裂缝有荷载型裂缝，有沥 青面层的温度收缩裂缝，还有由半刚性基层的温缩裂缝或干 缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。虽然国内外的研究人员对反射裂缝问题已经进行了大虽 的研究，但至今仍存在不同的认识，包括反射裂缝的产生机 理。根本原因在于路面使用性能受环境因素、交通因素、材 料组成与结构等多种因素影响，甚至还包括经济因素、采用 的研究手段等。我国地域辽阔，乂是多山国家，自然因素千差万别，并 且各地区经济
5、水平参差不齐，因此半刚性路面产生反射裂缝 的主要原因不可能一致。水泥稳定基层的干缩主要发生在竣 工后初期阶段。当基层上铺筑沥青或水泥混凝土面层后，基 层的含水虽一般变化不大，此时，收缩转化为以温缩为主。 而对于温缩，低温收缩在-1 C以上时，其温缩变化不大；当 在一10 C以下时，温缩系数才剧增，是一 1 C时的几倍甚至 几十倍。因此温缩裂缝大多发生在东北等容易形成某一负温 度的地区，而就我国南方大部分地区来说，收缩裂缝的产生 则主要是由于干缩引起的，可以忽略低温收缩的影响。1.2裂缝形成过程对于半刚性基层，裂缝往往不是由交通荷载作用引起的。 水泥稳定碎石基层由于水分蒸发及温度变化的影响，很容
6、易 产生裂纹，在承受荷载之前，就已经存在大虽的微细裂纹和 孔洞。因此，实际上它是在带有裂纹的状态下承受交通荷载 作用的，基层的温缩和干缩是引起裂缝的内因。对于反射裂缝的形成，是由于面层底部的拉应力超过沥青混凝土极限强度所致。在基层开裂后，由于基层失去抵抗 拉应力的作用，就在开裂位置将应力传递给面层，造成面层 在裂缝处的应力集中。如果此时再加上偏荷载主拉应力（或剪应力）的作用，其应力值就有可能超过材料的极限强度，面层 随之开裂。偏荷载作用的主拉应力（或剪应力）是促成反射裂缝 形成的原因。因此，路面反射裂缝主要是由于基层开裂后的 水平与垂直位移引起的。2、影响路面裂缝的主要因素及其对应措施影响沥青
7、路面裂缝轻重程度的主要因素包括：沥青和沥青混合料的性质，基层材料的性质，结构类型与组成情况，气候条件（特别是冬季气温及其变化），交通虽和车辆类型以及 施工因素等。就水泥稳定碎石沥青路面而言，基层材料组成 以及施工水平尤为重要。设计合理、施工良好的水泥稳定碎 石基层不易在早期出现荷载型裂缝。自20世纪30年代以来，国内外在防止半刚性基层路面 的裂缝方面先后采取了很多措施。抗裂性能和防裂措施的研 究可分为3大类：第一类为面层本身抗裂性能和防裂措施的 研究，第二类是半刚性基层防裂性能和防裂措施的研究，第 三类是面、基层之间作用原理及抗裂性能的研究。目前我国 在防治反射裂缝方面主要也分为3大部分：一是
8、改善沥青混 凝土面层性能，如增加沥青层厚度、加筋罩面层、使用改性沥青等；二是设置应力/应变消减中间层，如采用 SAMI、 土工织物、土工格栅、粘接间断层、级配碎石中间层等；三 是针对基层材料本身，选择抗冲刷性好、干缩系数和温缩系 数小和抗拉强度高的半刚性材料。尽管已尝试了许多预防措施，但是迄今为止还没有找到 能防止沥青混凝土面层产生对应裂缝或反射裂缝的有效措 施。虽然以上各种措施都在实践中得到了应用，但目前各类 措施的防裂效果在定性、定虽上很不一致，这一方面表明对 各种措施还缺乏进行系统评价的方法，另一方面也表明目前 各种措施的防裂效果都还十分有限。原因可能在于各类措施 的防裂效果都与其自身的
9、性能有一定关系，只有满足一定的 要求才能有效地防治反射裂缝。概括说来，各种措施的防反射裂缝机理不外乎是增强材 料自身的性能和减少外界因素的影响。具体就是增强材料的 变化能力，提高其强度特性，消除应力集中（荷载应力集中和温度应力集中）以及防水。而一项优异的技术措施则不仅应该 是在理论上和实验室内有效， 具体就是增强材料的变化能力， 提高其强度特性，消除应力集中（荷载应力集中和温度应力集 中）以及防水。而一项优异的技术措施则不仅应该是在理论上 和实验室内有效，同时也应该考虑到施工方便、经济合理等 因素。3、水泥稳定碎石基层收缩裂缝的控制近年来，为改善沥青路面的使用性能，对沥青面层进行 了大虽研究，
10、采用了许多新技术，如改性沥青、SMA路面等 然而路面结构作为一个整体，单纯提高面层材料的性能难于 发挥其应达到的效果，作为主要承重层，基层材料的性质和 整体质虽对沥青路面的使用性质和使用寿命有十分重要的影 响。因此，优质基层不仅有利于反射裂缝的控制，而且还改 善了整体性能，是合理而实用的技术途径。作为优质基层，水泥稳定碎石最大的问题就是如何降低 收缩裂缝。减少基层裂缝的产生可从4方面着手：(1) 降低基层材料的收缩系数，提高基层材料的抗拉强 度；(2) 采用补偿收缩措施，如掺加膨胀剂；(3) 采用限制收缩措施，如掺加纤维、土工织物等；(4) 改善约束条件，如预锯缝、造成许多微细裂缝以及让 基层
11、先开裂等。作为膨胀性的化学物质，由于其实际效果受 环境条件的影响，在复杂多变的路面自然条件下可能难以采 用，而掺加各种加筋材料则增加施工难度、提高工程造价。 降低约束则应施工实际效果出发，例如预锯缝。由于在荷载 和环境因素作用下基层预切缝缝隙处的沥青面层产生应力集 中，因此必须对该缝预加处理。而处理措施如何在面层施工 中以及在行车荷载下保持稳定效果却难以控制。因此，笔者 认为从材料组成设计、施工以及养护措施入手最为切实可行。有人在总结了大虽研究成果后认为应从以下4方面减少裂缝：(1) 控制集料中细料的含虽和塑性指数，以减少水稳集料 中的粘土含H；(2) 在保证满足强度要求的前提下，尽可能减小稳
12、定剂掺(3) 控制施工碾压时的含水虽，含水虽每增加1%对基层干缩应变的影响相当于水泥剂H2-3倍；(4) 减少半刚性基层的暴晒时间， 养生结束后(也可以在养 生期间)，立即铺筑罩面。确实，水泥稳定碎石基层收缩的内因主要是组分中的水泥与水，外因则是环境的温湿度变化。因此，以上几点是最为重要的。水泥稳定碎石基层收缩裂缝的防治措施，具体来说，主 要包括以下几方面：(1)材料组成设计首先是原材料的优选。 选用合适的水泥，一般来说，C3A 含虽大、细度较细、石膏含虽不足及S03含虽小的水泥收缩较大。选用含泥虽小、结构致密、吸水率小、弹性模虽较大 的骨料。在普通骨料范围内，砂岩骨料的收缩最大，石灰岩 和石
13、英岩的干缩都较小。掺用质H好、颗粒细的粉煤灰。加 入新型外加剂，如能减少混凝土收缩率的外加剂 —— 减缩剂。混凝土减缩剂的化学组成主要为 聚醍或聚醍类衍生物，它几乎不存在水泥适应性问题，且与 其它外加剂有良好的相容性。其次是良好的配合比设计。通过级配的合理调整，尽可 能采用骨架密实型结构，减少水泥含虽，降低单方用水虽， 增加粗骨料的相对含虽。(2)施工控制实践证明，水泥稳定碎石基层开裂的几率和程度，显着 受现场施工控制的影响，在一定程度上也是施工组织管理、 施工工艺水平的反映。只有在良好的施工前提下，减缩措施 的效果才能得到反映。施工控制的主要内容是加强集料的组 织管理
14、，保证集料级配与实验室配合比相符、水泥剂虽准确，保持基层材料强度的均匀性，控制碾压层的厚度和含水虽, 提高基层的压实度和整体稳定性，并注意合理的养生。实际上，许多收缩裂缝是由于不注意养生造成的。水分 蒸发过大，或者时干时湿，甚至长时间暴晒。水泥稳定碎石 在强度形成过程中， 需要消耗水分，尤其是在强度形成初期, 养护不良则收缩性大，同时材料自身的抗拉强度低，极易形 成裂缝。因此，在铺筑沥青混凝土下面层前，要随时做好基 层的养护工作。4、结语路面裂缝影响路面美观、消弱整体稳定性和平整度，并 且由于水分的渗透，降低基层与土基的承载力，从而加剧路 面破坏，缩短使用寿命。要根据具体情况，采用不同的措施 防治半刚性基层裂缝。从结构设计、材料设计、厚度计算和 工艺设计多方面综合考虑。采用水泥稳定碎石基层符合我国的半刚性路面强基薄面 的结构特点，并且应用范围广泛。要彻底消除半刚性基层裂 缝可能相当困难，但从基层材料本身出发，采用新材料、新 工艺来探讨减少反射裂缝的措施或许更为有效，技术也更合 理，经济上更能被接受。
