减少水泥稳定砂砾层裂缝的几点体会

摘要:水泥稳定砂砾基层、底基层是公路路面结构层中主要的承重层,如何提高水泥稳定砂砾基层、底基层的施工质量是工程技术人员共同关注的问题。本文就如何减少水泥稳定砂砾层的裂缝阐述作者的几点体会。

Abstract: The cement stabilized sand gravel basic layer and subbase layer is the main bearing layer of road pavement structure layer. How to improve the construction quality of cement stabilized sand gravel basic layer and subbase layer is the issues of common concern of engineering technical personnel. This article expounds some experiences on how to reduce the cracks of cement stabilized sand gravel layer.

关键词:水泥;稳定砂砾;裂缝

Key words: cement;stable gravel;crack

中图分类号:TU37 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0105-02

0引言

目前我国高等级公路路面结构基层、底基层大多采用水泥稳定砂砾。但是水泥稳定砂砾层在施工中,如果对各种因素控制不严,就容易产生裂缝。所以减少水稳层裂缝,对提高路面质量至关重要。

水泥稳定砂砾基层、底基层裂缝是路面工程的重要病害。因水泥稳定砂砾基层、底基层的裂缝,会辐射到沥青混凝土面层,引起沥青混凝土面层裂缝,裂缝的存在导致两种后果,首先是裂缝中进水,导致沥青层和基层界面条件的变化,使基层、底基层、路基的水分状况恶化,承载能力迅速降低,表面产生水力冲刷,出现灰浆,并形成裂缝处唧浆、坑槽;第二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时,荷载变化不再连续,使路面裂缝两侧发生大的应力突变,还形成很大的上下剪切和表面受拉。使路面结构强度不足,在交通荷载反复作用下,将导致路面成为坑槽而破坏。裂缝的存在导致两种后果,首先是裂缝中进水,导致沥青层和基层界面条件的变化,使基层、底基层、路基的水分状况恶化,承载能力迅速降低,表面产生水力冲刷,出现灰浆,并形成裂缝处唧浆、坑槽;第二是车轮从裂缝的一侧经过到达裂缝的另一侧时,荷载变化不再连续,使路面裂缝两侧发生大的应力突变,还形成很大的上下剪切和表面受拉,从而影响路面的使用寿命。

影响水泥稳定砂砾基层、底基层的裂缝的主要因素有砂砾的含泥量、含水量、砂砾级配、水泥剂量、养生条件、施工温度、适时摊铺下面层、合理安排施工期等。

1含泥量控制

含泥量主要指0.075mm筛孔以下颗粒的含量,含泥量和塑性指数是相关量。如果含泥量愈大,水泥稳定砂砾基层、底基层的裂缝形成就愈多。按照经验,含泥量必须控制在4%以下,即塑性指数必须小于6。如果塑性指数超标,需得加少量石灰,改变塑性,提高强度,减少裂缝。所以砂砾的含泥量在拌和使用过程中按照规范要求,每2000m3检测两次,使砂砾的含泥量达到要求。

2含水量控制

水泥稳定砂砾混合料配合比在设计时,首先用击实法标定最大干密度和最佳含水量,通过试验,最佳含水量一般为5%―6%,而水泥的水化反应所需水量仅为水泥重量的20%,所以最佳含水量大约是水泥水化反应所需用水量的5倍,如果在水泥稳定砂砾混合料的拌和当中,含水量过大,不但影响混合料的压实度和强度并且混合料在板结凝固后,“剩余水”蒸干,使板结体内部空隙增多,结构层在干缩应变的作用下,使抗拉应力减小而产生干缩裂缝。故含水量根据摊铺时的气温可略大于0.5―1.0%的最佳含水量,因而在施工当中,要严格控制水泥稳定砂砾混合料的含水量,按照需要,每天在摊铺前试验两次。

3砂砾级配的控制

砂砾的合理级配不但对水泥稳定砂砾的压实度和强度起着重要的作用,而且是水泥稳定砂砾基层、底基层不产生裂缝的主要因素。所以砂砾的级配应当按照px=100(d/D)0.45进行大致分配。这样形成的混合料,既具有连续的密级配型,又具有互相嵌挤的作用,增加了内聚力和内摩阻力,使水泥稳定砂砾基层、底基层的抗拉应力的增加,会有效的减少水泥稳定砂砾基层、底基层在温缩和干缩应变的作用下拉断而产生裂缝。

因此,①砂砾级配必须符合JTJ034-2000表2.2.1.3的级配范围;②备料时最好将砂砾筛分,分级堆放,至少分三级堆放,然后按照级配要求掺配使用;③在施工时要严格控制级配,每2000m3筛分一次,摊铺后每2000m2测试一次。

为了减少裂缝,不仅要求砂砾颗粒级配符合要求,且要求颗粒的均匀系数符合标准,即10>D60 /D10>5。这样,在水泥用量适量的情况下,才能尽量的避免裂缝。

4水泥剂量的控制

水泥加水拌和后,水泥与水发生强烈的水解和水化反应,主要产生碱性的硅酸钙、铝酸钙和消石灰。硅酸钙和铝酸钙是胶结物质,而石灰变为分离的透明固体。

用水泥稳定砂砾时,胶结物有可能全部地或部分地包复单个砂砾,并通过压实使颗粒紧密接触,便胶结在一起,形成一定的强度。

当水泥用量愈大,水泥稳定砂砾层的强度愈高,但是水泥硬化后产生的胶结物干缩性较强,收缩系数大,容易产生裂缝。所以规范规定,水泥的用量不能超过6%,否则易产生裂缝。

水泥剂量愈大,裂缝愈多。所以水泥剂量必须控制在设计剂量+0.5%左右。在施工管理过程中,水泥剂量随时控制。

5养生控制

甘肃地区,昼夜温差大,气温干燥,水稳层应以塑料薄膜覆盖养生或覆盖洒水养生为宜。摊铺两小时后,用水车撒水,撒足饱水,然后用塑料薄膜覆盖压严即可。这样养生有以下好处:

①塑料薄膜覆盖后,其里面经常保持潮湿状态,水稳层在潮湿状态下,一方面继续进行水解、水化反应,并使反应充分。另一方面水稳层在潮湿状态下,不产生干缩应变,其裂缝很少发生。

②塑料薄膜覆盖后,其内部温度较高,温度越高,水稳层的强度增长越快;同时薄膜内温差不大,温度应变小,因而在覆盖期内因温度应力而产生的裂缝较少。

③避免了在气候干燥、温差大而撒水养生的苦恼。

不过,应当提醒一点,在揭开薄膜前,应逐渐开孔放气。否则薄膜内的温度由高突然下降,将会导致水稳的裂缝发生。建议边揭薄膜,边摊铺下面层。

6黑色覆盖控制

水泥稳定砂砾基层施工7天以后,其强度已经达到设计要求,必须适时摊铺沥青砼下面层,及时进行黑色覆盖。水泥稳定砂砾基层暴露3-5天以后,由于干缩和温度应力共同作用,其横向每隔5-10米产生一定横向裂缝。为了减少裂缝的发生,所以水泥稳定砂砾基层施工以后,应尽量适时摊铺下面层,或撒布乳化沥青透层油,减少水泥稳定砂砾基层的暴露时间。

7采取割缝措施减少裂缝

水泥稳定砂砾基层、底基层每隔40米割缝一道,使裂缝在割缝处断开,可减少水泥稳定砂砾基层、底基层的无序裂缝发生。

8合理安排施工期

水泥稳定砂砾基层、底基层很难跨年度施工,无论是直接暴露还是铺上一层沥青下面层过冬,都避免不了发生横向收缩裂缝。为了减少水泥稳定砂砾基层、底基层裂缝发生,要合理安排水泥稳定砂砾基层、底基层施工期,避免水泥稳定砂砾基层、底基层过冬,尤其是在西北季节性冰冻地区,尽量在一个年度的施工期内完成路面的全部结构层,以减少路面裂缝的发生。

公路基层(底基层)是带状结构,受自然、人为及行车环境的影响较大,加之水泥稳定砂砾本身受各方面因素的影响,裂缝的发生是不可避免的,但是从原材料的选择和施工过程中加强控制提高基层质量减少裂缝是提高路面结构的长期使用性能是当务之急,也工程技术人员应当重视的问题。