水泥稳定碎石层基础抗裂性能分析

摘 要：水泥稳定碎石层是高级公路主要基础，但在实际工作中水泥稳定碎石基层出现的问题越来越多，尤其以裂缝问题最为严重，每年因裂缝问题所产生的质量影响已经成为主要因素，所以，提高水泥稳定碎石基层施工质量必须对其基础抗裂性进行研究。

关键词：水泥稳定碎石层；结构分类，级配；抗裂性

中图分类号：U416.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）08-0157-01

1 水泥稳定碎石层的结构分类

水泥稳定碎石层的基层分类很多，不同材料的性能直接决定水泥稳定碎石层基层的稳定性。不同的材料、级配、粒径等都能形成良好的结构比例，另外，基层混合料中含水率和材料空隙率也直接影响着整体材料变化，对结构的稳定造成较大影响。不同材料组成的碎石层基础的抗裂性也会出现不同。根据材料粒径和结构特点会形成不同的材料结构，大致分为悬浮密实结构、骨架密实结构和骨架孔隙结构三类。

1.1 悬浮密实结构

这种水泥稳定层与材料的级配关系密切，材料的粒径带有连续性，材料粒径通常由小至大，逐渐增加。根据粒子干涉理论来讲，在避免次级集料和主要集料排列发生冲突时，较小粒径的集料必须在数量上大于次级集料。水泥稳定碎石基层材料可以相互渗透，使大粒径级配碎石之间可以渗透小粒径碎石，并且经过多级的密实和碾压可以获得最大密实度。但是这种级配的缺陷在于集料会被分种类隔离，形成不了相互依靠的骨架，使相近层的集料相互悬浮。

1.2 骨架空隙结构

这种级配形式多以混合料的形式存在，形成原因在于混合料之间递减系数不断加大。粗集料的比例发生变化，细集料变的较少，粗集料在碾压过程中形成骨架空隙。由于细集料数量较少，就会出现不能直接填满的粗集料系数，使其形成骨架空隙结构。这种结构的孔隙率较大，容易渗水。

1.3 骨架密实结构

通过观察发现悬浮密实结构和骨架空隙结构都存在一定的局限性，所在在基础混合料进行细加工会得到粗集料的骨架和细集料的填筑效果。根据材料的缩裂机理进行分析，可以发现任何矿物颗粒都具备较小的热缩性。而使用胶结物的材料自身有着很大的热涨缩性，形成的细料要大于表面积。巨大部分新生胶结物会覆盖在表面，基层材料通过胶结性和细集料产生了新的基层，这种新基层类似于砂浆。虽然有一定的收缩性表现较好，但是细集料少能够提高胶结料强度。同时这种材料在借配选择上连续性较强，施工质量容易被控制，在骨架空隙中结构混合料的砂浆数量不多，直接降低了工程成本。粗集料之间的挤密性和胶结材料的结合使整体结构力学性能最大化，但是需要注意控制施工质量，避免离析。

2 水泥稳定碎石基层材料组成级配理论

要避免水泥稳定碎石基层出现裂缝就要在保证孔隙率的情况下保证集料之间能够处于精密的状态。所有的混合料都要在保证强度的前提下扩展级配性质。材料的连续性和间接级配都是重要的材料控制物质，材料的级配性质必须保持连续性，所有的集料要重小到大按计算比例混合。级配混合材料会形成平顺圆滑，连续级配在分类上又分为连续密集型和连续开级配，级配的划分要以一种矿料为基础划分出多个等级，以此形成连续的混合级配，目前在常用的级配理论下可以涉及到最大密度曲线。这种理论不仅能产生连续级配同时加强间距级配的合理性。

水泥稳定碎石基层的抗裂性和整体强度有关，例如集料内的摩擦力和填充物进行沾结，除了保证水泥稳定碎石基层材料中骨料紧密排列，形成良好的骨架结构，还要保证水泥砂浆能够填满骨料的分析，使填充力和骨架结构能够成为整体，这就能够形成良好的水泥碎石基层，其也成为提高基层抗裂的必要条件之一。

在级配理论下，不同的粒径集合料组成在仪器所形成的最大密度值使其保证强度。在级配设计中要遵循如下三个步骤，首先对粗集料设计时要使骨料结构作为主要设计方向。使骨料孔隙做到最为合理，其次是合理的布置设计方法，使细集料之间能够通过理论计算，形成强大的粘合力，并且调整好细集料的配合比。最后要注意试验级配和理论计算级配能够相互符合和合理填充，使其形成良好的骨架密实结构。

3 收缩性能分析

收缩性是水泥稳定碎石混合料的基础性能之一同时也是形成裂缝的主要原因之一，所以施工中要控制好收缩性就要从两个方面进行入手，首先减少水分的配合比，保证材料的干燥和收缩程度，其次是降低温度收缩影响。对于在自然条件下的水泥稳定碎石基层，经过一段时间后会收缩变形。这一过程会出现有规律的裂缝，并且进一步发展最终形成反射性裂缝，这也就水泥稳定碎石混合料出现裂缝的原因之一，所以在水泥稳定碎石混合料的使用上要保证良好强度之外将收缩性作为主要控制方向。

3.1 温度收缩机理

收缩力论是材料的重要物理性理论，它能够使物体在温度的影响下，自身的微观粒子出现热运动，并且保证杂乱无章的运行轨迹，使物理形态发生偏移。当温度变化越明显热运动的程度就越严重，这使物理内能和物质的热振幅发生增加，这就形成了物体的体积膨胀，温度在下降过程中会使物质的粒子形态发生衰减，迫使物体内部的微观粒子热振幅降低，使物体集体呈现收缩状态。以水泥稳定碎石层为例，当发生温度收缩机理时所有的材料都是以混合物的形态出现。所以这就使这些材料容易于其中的水相互放映生成带一定浓度的电解质溶液。这些电解质容易和材料物质发生化学反应，同时材料结构中的孔隙和气体相互结合，就能够形成空间结构物的矿物和水泥化胶结物。这种物质主要包括以固相表面吸水和结晶的结构水，内部结构内存水和孔隙水，以气体形态存在于空隙之间的水。这三种水形态都是受温度收缩性的影响，并且水和不同的物质容易生成不同的矿物，这使结晶和非结晶物质之间的温度收缩性差异较大。温度发生变化后，不同的热胀冷缩性会在固体颗粒之间发生胶结，并且产生强大的内应力，使具体的固相颗粒之间相互制约或约束。

物质在热胀冷缩时都会生产较多液体和气体，并和外界温度形成固相综合效益，但是这些混物所形成的孔隙贯通能够降低这种效益的影响，在降低这种影响时，会根据混合料中的孔隙进行贯通，使气相之间的综合效益降低为零。

3.2 晶体热胀冷缩性

水泥稳定碎石混合料中有很多硅质晶体，这些材料在空间中能够处于有规律的排列特性，同时这些材料在化学变化中能够相互约束。所以水泥稳定碎石中的很多材料具有晶体热学特性。晶体热胀冷缩性是水泥稳定基层的胀裂现象和整体材料的添加剂有着一定的关系，晶体膨胀主要能够影响到基层形成密度，但是晶体热胀冷缩性在工程接缝处十分明显。在施工阶段，级配碎石料的混凝土拌和性差距较大，在水灰比不能良好控制时，就不能达到正常的工作状态，容易形成强度降低生成列分。其次，在接缝处如果一方面材料密度分布不均匀，就会使水泥混凝土路面发生拱胀破坏，控制晶体热胀冷缩性的有效办法就是减少接缝，目前看来，减少路面接缝也是未来施工技术的发展趋势。

4 结 语

上文对水泥稳定碎石的抗干缩能力进行分析，将收缩性要点作为主要分析对象。通过拌合料结构的改变以提高水泥稳定碎石的密度，使材料结构和强度得到提高。其次，针对材料的冷缩性原理进行分析，找到材料的收缩特性和热胀性的平衡点，使材料能够的物理性和化学性得到改变。

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