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1、1收缩裂缝的产生原因和形成机理1.1收缩裂缝的形成机理水泥稳定碎石基层收缩裂缝的类型主要分为干缩裂缝和温缩裂缝种类型。1.1.1干缩裂缝的形成机理干燥收缩开裂过程是指，当水泥粉煤灰稳定碎石基层材料的内部含水量发生 对变化时，其体积会发生收缩，最终导致开裂现象。由于水分蒸发而引起的“吸 附水及分子间力作用”、“矿物晶体或胶凝体的层间水作用”、“毛细管张力作用” 以及“碳化脱水作用”而引起的整体性的宏观体积发生变化，即干燥收缩形成的 基本原理。一般情况下，首先散失的是位于大孔隙内部的重力水，但此时体积不 易变化。随后，毛细管孔中的水发生毛细管张力作用，毛细管的孔径会会随着水 分的逐渐散失而逐渐变细
2、，发生收缩。毛细管张力发生作用的后期，相对湿度随 之逐渐变小，分子间力与吸附水逐渐发生作用，位于颗粒表面的吸附水膜厚度变 小，间距随之变小，分子力逐渐变大，从而引起体积的收缩。另外，基层材料的 整体收缩也会随着碳化收缩而整体收缩，化学反应Ca(OH)2和CO2生成CaCO3结晶 物和水，其中的水分散失后会引起碳化收缩。由此可见，基层材料干缩性受混合 料的分散度和矿物成分影响最强烈，粘土矿物含有量较多和分散度大、比表面大 的材料的干缩性相对较大；增加的集料含量能够减少基层整体材料的比表面、含 水量和孔隙率，从而能够使得干缩性产生较大幅度的降低；另外，养生龄期的增 加，刚度与强度的增加，能够引起干
3、缩的降低。所以，初期的养生不良或是含水 量过高都会导致很大的干缩。1.1.2温缩裂缝的形成机理沥青路面的开裂受水泥稳定碎石基层材料的温度收缩特性影响显著。基层内 部的温度发生变化和温差的存在，都会产生温度应力。当温度下降时，基层材料 逐渐发生收缩，路面结构中的基层是受到约束的，当周围气温发生大幅度的下降 时，存在于基层材料中的拉应力或是拉应变一旦超过了材料本身的抗拉强度或极 限拉应变，基层就会被引发开裂。1.1.3网状裂缝的形成机理网状裂缝现象就是我们常常认为的“龟裂”，其形成原因主要是外来作用 力引发了原有的内部结构变形，最后导致了由内而外的不规则裂缝。由于在水稳 碎石基层的整体内都存在了裂
4、缝的贯穿，所以一旦出现了连续降雨，雨水或路面 积水就会通过裂缝这个便利渠道流入到基层内部，从而引发了路基下沉，情况严 重时，还可能引起翻浆现象。当处于水分渗透的初期时，只出现不规则的表面裂 缝，伴随着后期的水分蒸发，这些不规则裂缝会出现逐渐扩大的趋势，最后形成 网状，同时也会出现下沉和塌陷情况。1.1.4纵向裂缝的形成机理大多数的纵向裂缝的产生原因是施工过程中的人为控制不当。当处于水泥稳 定碎石基层的施工前期时，如果不能合理设置混凝土的掺配比例，引起水泥比例 过高或高低的偏差，这都会引起基层的稳定性能发生相对偏差。局部土基的压实 效果不合格和碾压顺序与规范相偏差等等，都会引发纵向裂缝的后期出现
5、。此外， 不合规范的工程施工管理与不健全的监管制度，使得裂缝的分布情况没有被及时 发现并且进行相应的处理等，也会使得纵向裂缝逐渐扩大。1.2收缩裂缝的形成原因水泥稳定碎石层收缩裂缝常见于沥青路面，裂缝基本横向贯通，间隔均匀。 其产生的原因主要有以下几个方面：设计原材料以及混合料级配成的不合理；养 护不及时出现的干缩裂缝；水泥用量高；水泥稳定碎石层较薄；温度变化；施工 技术措施不足；沥青面层太薄，导致反射裂缝3具体主要由温度变化和水分蒸发两个主要形成原因：一方面温度变化能够 产生收缩裂缝。不同矿物颗粒构成了固相、气相和液相，这也是组成半刚性材料 的三相，当温度下降过程中三相互相反应，引起了半刚性
6、材料体积的变小。温度 收缩对于固相的矿物颗粒来说，对于收缩系数来说，粗骨料颗粒较小，粉粒较高， 材料中心的较大孔隙毛细孔和凝胶孔内部的水，受到“扩张作用” “表面张力作 用”和“冰冻作用”这三个反应过程，从而大大影响了半刚性材料的温度收缩性 质。另外一方面水分蒸发引发了干缩裂缝，石灰、水泥、粉煤灰等其它许多粒料 与水经过搅拌、压实过程后，混合料内部能够发生水化作用或是形成蒸发现象， 混合料中的水分会逐渐一直消散。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随着水分的减少会使得 水泥稳定粒料产生体积收缩。2缩裂缝的预防措施裂纹的防治措施是十分重要的，
7、更大的裂纹的出现仅仅是由于小型裂纹的存 在，并且没有得到妥善处理，这也会引发一定的安全隐患。将材料配合比合理设 计，从而得到的半刚性材料具有最佳抗裂性能的，并且将其作为基层材料使用能 够使得开裂率显著降低。但是，当温度发生变化时，材料会不可避免地存在热胀 冷缩性能，基层也就会不可避免地会产生一定数量的裂缝，所以当我们采用合理 设计配合比的方式减少材料收缩系数时，同时也需要使用一些相应的工程措施， 来进一步减少基层的开裂率，或者使已经发生开裂的基层裂缝仅“停留”在基层 不使其反射到面层上来。2.1减少路基不均匀沉降当前，为了使得公路的施工质量得到有效保证，需要对公路路基采用较高的 压实标准进行处
8、理，对材料的CBR值、塑指等的要求比较严格。但是，来自于 公路水文地质情况的影响和制约以及并且施工条件、施工情况的差异性存在，这 都在一定程度已发了工后沉降现象的出现，在层底，即使发生微小的弯拉变形， 这都可能使得基层出现开裂现象。所以，为了避免水泥稳定碎石基层裂缝的发生， 需要使得路基工后不均匀沉降出现的可能性进一步降低。通常情况下，采用下列 措施来减少路基工后不均匀沉降：对于路基填料来说，常常通过选择透水性良 好的材料，比如砂砾等，进而促进路基工后沉降；要求成型路基铺筑基层的沉 降有不少于半年的稳定期，当针对于高填路基时，更要采取相应的措施来在一定 程度上确保沉降的稳定期;对工期紧张的路基
9、项目，通过冲击碾压、超载预压、 或采用强夯的方式进行处理，使得路基的不均匀沉降进一步加快；对施工质量 进行严格的控制来降低路基填料的波动，同时严格控制碾压遍数、松铺厚度，以 此确保能够进行均匀压实，当选用压实设备时，需要确保性能优良和吨位合理， 并且；加强路基排水施工，严格控制路床的塑指，进而在一定程度上确保路基 的水稳定性。2.2严格控制材料2.2.1水泥的控制当选用施工用的水稳材料时，可以选择矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水 泥普通硅酸盐水泥三种6。一般情况下采用P.O32.5级缓凝水泥，不仅要求达到 一般指标，还必须要求水泥初凝时间不小于3h，终凝时间不小于6h，并且快硬 水泥和早强水泥
10、是被禁止使用的。夏季时，水泥的入罐温度需要处于50C以下。 当水泥材料温度过高时，混合料的凝结时间会受到直接影响，这也引发了混合料 最大干密度的衰减，最终使得导致压实度不够，产生成型困难或成型后强度不足 的后果。虽然水泥稳定碎石可以使用各类水泥，但是一般情况下，稳定效果比较好的 还是硅酸盐水泥。水泥的稳定效受到来自矿物成分和飞散度的影响显著，因此， 应该选用强度等级较低的水泥用于水泥稳定碎石，以此来使得水泥剂量得到相对 的提高，进而使得水泥的飞散性也得到对应程度的提高。2.2.2集料的控制以往新建的高速公路项目，通常情况下要求存在于水泥稳定碎石混合料中的 碎石最大粒径达到31.5 mm，并且进
11、行了划分，以9.5、4.75、2.36 mm为分界， 四组粒径分别包括9.531.5、4.759.5、2.364.75、02.36 mm。对 于石料的压碎值也提出了相应要求，不能够超过28%；粒径小于0.6 mm的细集 料的液限要低于28%；针片状颗粒的含量应该不超过15%；塑性指数需要小于9言。通常情况下，通过通过沥青面层用集料的检测方法来对水泥稳定碎石集料的 进行所有试验，但在最初的施工指导意见中并没有对其针片状指标提出要求，现 在仅仅要求要求宜不能够超过15%，这也并非是强制性指标；没有对含泥量作出 任何要求，仅通过塑性指数对细集料来进行稍加控制。新建高速公路施工指导意 见的要求是根据其
12、水稳基层的设计而制定的，其水稳基层的设计强度值范围一般 情况下是4.55.0 MPa，最低也要不低于4.0 MPa6在如此的强度要求下， 裂缝是会不可避免的发生的，而且通常情况下，每隔20 m左右一条。经过一个 冬天过后，成型后的水稳基层该产生裂缝的地方大部分已反射上来，经过处理后， 通常状况下将不再向沥青面层蔓延。所以，施工过程中的集料品质和混合料级配 对裂缝的影响将不再是控制要点。2.2.3混合料的控制许多因素都会影响水泥稳定碎石强度的形成，其中以下三个方面其主要作用: （1）水泥强度，其大小主要由水泥的品质与剂量决定；（2）集料强度，其大小主 要由石料的强度和良好的级配来决定；（3）混合
13、料的内在粘聚力，其主要产生于 水这个媒介。裂缝的生成主要受以下因素影响：小于0.075 mm混合料的粉尘含 量水泥剂量；混合料的含水量和级配。过少的水泥含量将会使得集料间的粘结力降低，进一步会使得基层压实度受 到影响；过高的水泥含量，内部水化反应的发生，引发水化热的增加，从而使得 内外温差增大，收缩应力在基层内的出现促使其开裂。所以，水泥剂量的选择在 配合比设计占据着重要的地位，所以按不同水泥剂量分组试验过程中，可以缩小 分组水泥剂量的间距，改变惯例采用的0.5%为0.2%或0.3%，以保证强度的前提 下，尽量取小剂量进行施工作为剂量的选用原则。级配通过混合料的密实度进行直接影响，从而影响强度
14、。细料过少时，不能 够使得粒料间空隙得到填充，粒间接触的面积比较小，很难形成强度。另一种情 况是即使级配良好，但集料强度不高，存在较多的软弱颗粒。当发生击实过程时， 这种集料的软弱颗粒会被击碎，有比较高的干密度和强度，但是一些集料颗粒在 强度成型时被压碎，造成了混合料级配在成型后的于出场级配产生了很大的差别。2.3施工过程中的主要技术措施2.3. 1强化施工现场控制在实际施工时，施工现场经常存在物料摆放杂乱、障碍物数量较多等问题， 给水稳碎石基层材料的压实工作带来了一定困难。所以，要求做好场地的清理工 作，要及时清理对于已经废弃的建筑用材，既实现了各种作业机械设备的正常通 行，也使得废弃物料得
15、到了合理化的利用。2.3.2养护在压实施工完成以后，应立即对其进行养护。将土工布覆盖在水稳碎石基层 材料上，然后向土工布上不断洒水，持续时间为7d，始终保持较高的湿润程度。 此时应禁止一些车辆在此通行，避免不必要的损伤。在持续7d以后，如果上层 结构仍未施工，则保持原样，继续对其进行洒水，时间为7d，此时的洒水量和 频率可以适当减小，每日2次即可82.3.3辅助措施辅助措施施工时，需对水泥、砂土等材料进行适当的遮蔽，以免阳光直射使 其温度升高，对后续施工造成影响。在压实施工完成之后，需在水稳碎石基层材 料的表面铺上一层塑料薄膜，以此减小内外温差，以免温度快速变化使其出现裂 纹。此外，还需切实加
16、大施工现场管理力度，确保所有工序均满足标准。3结论公路属于城市的重要命脉，如果路面出现任何的断缝，不仅影响整个城市的美观，还 有可能会导致严重的事故发生，因此，需要对水泥碎石基层进行深入的收缩裂缝的相关研 究，从而有效延长整个公路的寿命。水泥稳定碎石的原材料特性、配合比、用量、集料类 型和养生状况等都会在不同程度上给收缩裂缝的产生带来影响。所以，通过精心设计、严 格管理、施工等等，采取行之有效的技术措施，加强养护，能够使得水泥稳定碎石基层的 收缩裂缝问题得到有效的减缓和消除。水泥碎石基层利用各种技术手段，进行防患以及治 理工作，减少路面裂缝的出现，以保持路面的完好状态，提高道路的使用性能不仅能够美 化城市，同时能够减少各种事故的发生，促进社会和谐稳定的发展。
