半刚性基层裂缝成因及防治措施

2022-09-12

半刚性基层在我国高速公路路面结构中有着广泛的应用, 其优点在于具有较高的强度、能够提供较高的承载力, 有利于荷载的分布, 较大程度地降低路基土的垂直压应力和其上沥青层层底的弯曲应力, 能够充分利用当地材料, 具有较好的经济性, 且施工工艺容易控制等优点。在高速公路的路面结构中占据极大比例。但是半刚性材料的收缩特性很容易出现各类裂缝, 甚至会反射到面层。因此, 深入研究和探讨半刚性基层裂缝产生的原因并采取有效的防治措施, 将有益于延长路面的使用寿命, 使半刚性基层路面发挥其更好的使用性能, 以适应我国公路事业迅速发展的需要。文中仅从施工的角度对半刚性基层裂缝的形成原因进行了简要分析, 并围绕尽量减少和延迟裂缝的发生提出一些施工中的处理方法。

1 裂缝形成原因分析

1.1 由于温度引起的收缩

由于半刚性基层材料存在着温度收缩的特性, 基层铺筑后, 冬季随着温度的降低, 基层材料便产生收缩, 即使是铺了沥青面层后, 如果面层较薄也会产生温度收缩。由于基层在路面结构中受到约束, 当气温大幅度下降时, 基层材料中拉应力或拉应变会急剧增大, 一旦超过基层材料的抗拉强度或极限抗拉应变就会引起基层的开裂。半刚性基层一般是在高温季节中铺筑而成, 成型初期未被沥青面层封闭, 由于环境温度存在着昼夜温差, 在基层中产生较大温度应力, 这种温度应力日复一日地反复作用在基层中, 也会使基层产生裂缝。

1.2 由于干燥引起的收缩

当半刚性基层铺筑后, 由于基层材料具有干燥收缩性, 随着基层混合料中水分的减少而产生干缩和干缩应力。水分减少得越多、越快, 产生的干缩应力就越大, 水分减少得慢, 干缩应力逐渐增长, 干缩应变产生得就会缓慢。承包人根据设计要求或其他规定, 比如采用乳化沥青透层养生, 要求该透层渗入基层5mm深度且不允许在表面形成油膜。但在实际施工中, 由于乳液的破乳时间不一致及乳液中沥青含量不均匀等, 将使得基层表面的乳液全部为乳化沥青所封盖。因此, 这种施工方法使乳化沥青透层起不到保湿养生的效果, 使基层自养生初期起, 一直处于较为干燥的状态环境中, 如果无合适的养生, 在前几天内就会产生很大的干缩应力, 而此时基层混合料的抗拉强度还不大, 因此很容易产生干缩裂缝。半刚性基层养生结束后, 如不及时铺筑沥青封层和面层, 让其曝晒, 则随着曝晒时间增长, 也会产生干缩裂缝。在干燥季节, 特别是在干旱地区, 可能在铺筑沥青面层后半刚性基层中的水分还会进一步减少, 因而, 还会陆续产生干缩裂缝, 直到基层的含水量达到平衡含水量。根据某高速公路现场调查结果证明:上基层7 d养护期揭薄膜时, 横向裂缝较少, 间距通常在5 0 m以上;随着龄期的增长、裸露时间的增加, 裂缝明显增多。

1.3 原材料不合格

(1) 水泥稳定性差, 摊铺材料水泥剂量不稳定。水泥剂量不稳定会导致半刚性水泥稳定层强度高低不一, 使开裂的机率大大增加。

(2) 集料 (碎石、石屑、砂) 含泥量及有机物质含量超标。水泥稳定层中的水泥与骨料的界面粘结不良, 往往是产生初期开裂的薄弱部位。集料的含泥量和有机物含量超过规范要求, 必然造成界面缺陷, 容易开裂。

1.4 混凝土质量问题

通过实地调查并分析裂缝的分布情况表明, 由于施工过程中原材料质量的波动、粗细集料比例的变化等等原因, 将影响混合料的均匀性。其主要影响因素有: (1) 水泥含量, 上基层试验配合比的水泥含量为5%, 施工配合比按水泥含量为5.15%控制, 由于水泥罐的水泥输出波动, 使瞬时或时段内水泥输出超量; (2) 集料波动, 集料波动包括质量波动和粗细集料比例的波动, 如细集料含泥量偏高, 粗集料偏少、细集料偏多、与级配曲线发生偏离等, 使基层混合料铺筑后产生局部段落横向裂缝, 其特点是缝多而密、不规则、不一定贯通。

2 防治裂缝措施

2.1 减小温缩的措施

在施工过程中, 当沥青面层较厚时, 对半刚性基层有很好的隔温保护作用, 能够明显降低半刚性基层顶面所受负温的绝对值, 也可明显减少半刚性基层顶面的温度变化, 从而可减少半刚性基层产生温缩裂缝。在昼夜温差较大的季节, 水泥稳定层完成后应采用覆盖养生, 以保持温度变化不致太大, 防止稳定层由温差引起的开裂。当材料所处的环境温度变化条件一定时, 应减小混合料中土的含量, 尽量采用水泥稳定砂砾掺碎石或水泥稳定级配碎石作路面上基层, 同时采取有效的路面排水措施, 使基层处于较低含水量状态。

2.2 干缩的预防

在基层碾压完成后要及时进行养生, 使混合料的含水量不受损失, 决不能让基层暴晒变干裂。养生结束后, 应立即喷撒稀释的高粘度沥青, 做成透层或封层, 在其上撒布3mm~8mm的石屑。透层具有一定的保温保湿作用, 但如果时间稍长, 半刚性基层混合料中的水分也会损失, 并产生干缩裂缝, 在温差大时也可能产生温缩裂缝, 因此做完透层或封层后要尽快铺筑沥青面层。 (1) 在碾压过程中, 严格控制含水量。 (2) 基层碾压成型后, 要及时养生, 保持基层表面含水量不受损失, 更不能使其曝晒干裂。对水泥稳定类基层尽可能采用草袋覆盖养生7d~14d。 (3) 养生结束后, 应立即喷洒沥青下封层, 并尽早铺筑沥青路面。

2.3 严格控制原材料的选用

由于有关技术规范对水泥稳定类基层集料的级配要求较宽松, 且设计文件中一般只给出强度要求, 因此选用合适的原材料是提高基层抗裂性的先决条件。

(1) 对于安定性差、游离氧化钙 (C a O) 超标及强度不足的水泥禁止使用;不同标号、不同厂家、不同种类、不同批号的水泥严禁混合使用;尽量采用发热量少、收缩小的道路用硅酸盐或普通硅酸盐水泥。

(2) 集料 (碎石、石屑、砂) 含泥量及有机质量超标时应更换料源, 选用合格的或将含泥量超标的集料冲洗至达到要求方可使用。

2.4 把好混凝土质量关

在施工过程中, 应加强细集料尤其是石屑的质量控制, 优化粗细集料配合比, 保证粗集料的用量。在集料质量有保证的情况下, 接下来对配合比设计进行优化, 基本原则是在保证设计强度的情况下合理地减少水泥用量, 级配曲线应为一条平顺的圆滑曲线, 同时级配曲线应尽可能靠近级配区域的下限。为保证配料的代表性, 要求各种规格集料的单粒径级配有代表性, 为此在保证取样代表性的情况下, 对每种规格集料各进行5 0次筛分试验, 然后取其平均值作为各档规格集料的级配曲线。同时, 含水量也是至关重要的因素, 要估算好蒸发量、原材料含水量及混合料配合比中水的用量, 使混合料经拌和运输后在摊铺前高于最佳含水量一个百分点。

3 结语

随着我国高等级公路的高速发展, 半刚性基层的裂缝及防治已经成为当前我们棉铃的一个重要问题, 在实际工程中, 施工过程是基层裂缝产生的一个决定性环节只要我们从施工的每道工序都严格把关对这些可能导致半刚性基层路面裂缝的因素及时采取相应对策, 就能最大限度地减少路面反射裂半刚性基层开裂。所以在施工过程中必须严格按要求进行各个工序的施工, 有效地控制由于材料、施工技术、工艺、人为操作失误等因素所造成的基层开裂, 把裂缝出现的数量控制到最低值。裂缝出现后要及时进行有效的处理, 确保基层本身的使用功能及后续工程的质量。

摘要：本文介绍了半刚性基层在高等级公路中的应用, 并且针对半刚性基层裂缝的形成原因进行了详细的分析、研究, 通过在施工中的经验以及裂缝的成因特点对半刚性基层裂缝的预防提出了相应的对策, 以最大限度地减少路面反射裂缝的产生, 并为裂缝的处治方法提供借鉴参考。

关键词：半刚性基层,裂缝,成因,防治