水泥稳定碎石基层结构层裂缝机理与控制技术研究

引言

伴随着现代交通基础设施建设的发展和完善，对道路结构材料性能、施工质量要求越来越高，水泥稳定碎石作为半刚性材料，有着良好的压实度、抗剪强度等优点，在路面基层结构中得到了大量的应用。但是由于水泥稳定碎石材料本身具有收缩性的特点，且由水泥水化反应产生的体积膨胀、外界环境的变化以及施工的影响等因素产生综合作用后，极易导致这种材料出现早期或者服役期裂缝，最终造成结构层的整体性下降、承载能力减弱以及给上面层留下路面病害隐患等问题的发生。所以加强对水泥稳定碎石裂缝形成机理的研究，提出有效的防裂措施就显得尤为重要。

一、水泥稳定碎石基层裂缝产生的机理分析

1.1 材料特性影响

水泥稳定碎石材料中，由于水泥水化反应产生体积收缩是引起裂缝的主要因素之一；早强形成阶段水分大量蒸发、内部毛细孔隙内张力增大也会出现干缩裂缝。如果水灰比过大或者过小、石粉含量过高或过低以及级配不合理都会导致应力集中，由于不同粒径的骨料存在着差别较大的接触点力学性质，将导致微裂纹不断叠加，在荷载或温湿干扰作用下会最终演化成为宏观的裂纹。

1.2 施工工艺问题

施工质量是裂缝产生的主要因素。采用不良的施工压实方法、碾压遍数不够或边角处压实不到位都会使局部密度过大而应力集中出现裂缝。此外，由于摊铺后的养护时间短、覆盖不到位，使表层水分蒸发速度快、干缩快；接缝处理不当或施工缝设置不合理等也是造成裂缝的关键点之一。另外要注意的是施工工艺，在施工过程中会留有接缝。如果没有做好处理，或者是没有将施工缝留设好，就会容易出现裂缝，给建筑物带来很大的危害。

1.3 环境与应力耦合作用

基层暴露在外受温度、雨水冲刷、风吹日晒的作用，产生体积变化，在温差大、温度梯度大的情况下，结构层上下由于热应力产生拉应力，当拉应力达到材料的抗拉强度后就会产生裂缝；若再加上外加交通荷载或原有的温缩应力，则会使裂缝很快发展到路面结构层的整体破裂，从而形成贯通式破坏，使基层失去承担能力。

二、裂缝发展与分布特征分析

2.1 裂缝类型划分

水泥稳定碎石基层裂缝产生的原因和表现形式分别为：干缩裂缝、温缩裂缝、反射裂缝和施工裂缝。干缩裂缝往往发生在水泥稳定碎石基层养护初期，表现为不规则龟裂状态；温缩裂缝多沿行车方向发生并具有季节周期性；反射裂缝是由于下承层有裂缝而传递至上层所造成，具有滞后性；施工裂缝多发生在接缝处，根据施工工艺的不同，有可能出现贯穿全厚的裂缝。

2.2 裂缝时序发展规律

裂缝有明显的发育过程，可以分为潜伏期、扩展期和显现期，在裂缝的潜伏期阶段，裂缝处于隐形的状态，经过外界环境条件和荷载的影响下，裂缝会不断地聚集和发展，在裂缝的显现期阶段，裂缝从结构的表面开始出现，在这段时间里，裂缝是伴随着时间而发展的，逐渐出现了裂缝的网状分布，因此我们只有掌握了裂缝的发展顺序才能够对相应的防护措施提前做好准备。

2.3 裂缝分布规律

常见裂缝多发于基层边缘，接缝处和厚度变化处，其原因是这里应力集中或结构刚度不一样，是结构中应力最大的区域之一。如果施工缝不是设在应力最小区，则也会成为裂缝发生发展的一个促发点。调查现场后我们发现，裂缝是沿着一定的方向出现的，既与车辆行驶轨迹相关，也与基

层走向有关。

三、裂缝控制的技术措施研究

3.1 材料配比优化

配比设计时要先进行水泥掺量和骨料级配的优选，杜绝因水泥掺量过大而出现的早期干缩裂缝；采用中低标号水泥可降低水化热，延缓收缩速度，减小内侧温差应力积聚；碎石、砂、石粉等的配合比设计要注重各粒径间级配的连续性，通过增大骨料的互锁程度，增加配比间的密实度；水灰比要控制到水最湿状态下的干密度值，并保持适当的水分含量，保证孔隙率合适且不会有过于严重的早期收缩现象发生。

3.2 施工工艺改进

在施工过程中，还要注意对基层各项环节做好质量控制，做到结构层均匀密实、受力均匀合理，避免因为部分区域厚薄不一而导致应力偏大等问题。控制好摊铺厚度，不要厚薄不均，这样容易导致一些结构内力比较集中。要做到碾压作业采取互压的手段，做到压实均匀，严格按要求来进行碾压遍数和速度，要确保没有压不到的地方或者比较松软的部位。施工完以后要马上开始养护工作，通过洒水或者是盖上保湿材料来防止表面水分快速蒸发产生干缩的情况，在此阶段的养护时间不得低于 7 天，在会频繁出现裂缝的一些位置应该去设置一些诱导缝，把宽和深都控制在合理的范围之内，开出一条有效的应力通道，可以降低裂缝的出现概率。

3.3 环境适应与应力控制

施工期间的环境因素会影响裂缝的形成，合理规避不利于施工的气候条件可以有效预防早期裂缝的产生；高温强风或低湿天气，水分蒸发速度加快，表面失水过快导致基层表面与内部出现湿度梯度，产生干缩裂缝，可适当选择温度湿度过低时施工；如不能避开施工，可以通过喷雾降温和遮阳布遮挡或用塑膜保温等方式来降低水分蒸发速率及温差应力的增长速率，使水泥的水化进程趋于平稳。可以从设置基层抗裂层或者柔性层的角度出发，在水泥稳定碎石层与面层之间设置抗裂层，也可以在沥青面层下采用半刚性材料设置柔性层。

3.4 后期检测与养护管理

后期裂缝管理工作对于保证水泥稳定碎石基层长久性的发挥作用具有重要作用，在进行后期维护的过程中可以通过建立起一套完整的监测制度来得知后期裂缝发展的具体情况。对于裂缝的数量、位置、宽度及深度都需要做好相应的观察记录，并且利用周期性的检查以及相关的记录数据来进行裂缝的发展趋势判断和历史比较；除此之外，要想有效的判别出一些早期的隐形裂缝，可以在发现之后借助非破坏性的检测方法如：地质雷达、红外热成像、超声波等方法去得到其内部情况，从而及时的发现出现问题的情况和结构是否出现问题。

结束语

水泥稳定碎石基层产生裂缝的根本原因是其材料特性、施工技术和环境因素的综合作用所引起的，对于裂缝产生的机理以及发展规律和影响因素进行系统的分析是为了更好的针对这些问题进行防控。优化配合比设计、规范施工工艺、控制好施工过程、加强后期养护，是构建高等级道路基层的关键。

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