浅谈水泥稳定碎石基层裂缝预防与控制

王跃明

（江苏金堰交通工程有限公司，江苏 泰州 225500）

【摘　要】水泥稳定碎石具有强度高且水稳定性好的特点，在公路建设中得到了越来越广泛的应用，但由于施工工艺要求高，如质量控制不当，极易产生裂缝，在实际工程中应从材料选择、配合比设计、施工过程质量管理上严格把关，采取多种有效措施，预防和处理基层开裂，尽可能减少裂缝的发生，延长道路使用寿命。

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关键词 水泥稳定碎石；裂缝；预防；控制

0　前言

近年来,随着国民经济高速发展，道路交通运输量日益增多，车辆承载力也随之加大，原有的二灰碎石等基层所提供的道路承载力已经不能满足需要。十多年来我省大部分高等级公路都采用水泥稳定碎石做基层来提高路面的承载力。水泥稳定碎石材料具有强度高、抗疲劳性好、良好的整体力学特性和稳定性等特点，在提高道路承载力方面起到了很好的效果。然而，随着水泥稳定碎石基层的大量使用，其作为半刚性基层路面的缺陷也逐步体现出来。水稳材料固有干缩性、温缩性、抗变形能力低、脆性大，在温度或湿度变化时易产生开裂，形成反射裂缝，进而严重影响路面的使用性能，使表面产生裂缝。而裂缝一旦形成，必然会影响到基层的质量，继而影响路面面层的稳定性，影响其使用性能。从我省目前公路的使用状况表明，许多道路通车一至二年即出现大量裂缝。路面的整体性和连续性遭到了破坏，更严重的是路表水通过裂缝进入路面结构，深入土基，导致路面结构过早破坏。在实际施工中如何通过减少裂缝的产生来充分发挥水泥稳定碎石的承载能力，是提高基层沥青路面结构整体性能的关键之一。

本人根据多年来参与水泥稳定碎石基层施工中的一些经验和体会，从水泥稳定碎石裂缝产生的机理着手，分析混合料裂缝的影响因素，从选择材料、配合比设计、施工过程质量控制等方面，通过采取多种有效措施，尽可能减少裂缝的发生，延长沥青路面的使用寿命。　

1　水泥稳定碎石作用原理及裂缝产生机理

水泥稳定碎石是较为常见的一种半刚性的基层结构，是以级配碎石作骨料，采用水泥作胶凝材料，按嵌挤作用原理摊铺充分碾压，强度主要依靠碎石间的嵌挤锁和水泥的胶凝作用，形成的较高密实度，水泥硬化后形成的板状半刚性体。特点是极大的提高了路面的承载力，具有很高的强度和刚度。它的初期强度高，并且强度随龄期而增加结成板体，抗渗度和抗冻效果较好。但由于水稳料固有的干缩性、温缩性，表面容易产生裂缝，影响到基层本身、路面面层的稳定性，影响其使用性能。水泥稳定碎石产生裂缝主要有以下几个方面：

1.1　水分蒸发产生干缩裂缝

水泥稳定碎石生产时主要由水泥与各种级配粒料和水拌和。压实后,由于蒸发和混合料内部水泥与水发生水化作用,消耗大量的水分，水泥含量越高，则消耗的水分越多，水分减少使体积收缩变形，而且施工过程中含水量越大，蒸发散失的水分就越多，就越易产生干缩裂缝。

1.2　温度变化产生收缩裂缝

水泥稳定碎石由于混合料中含有3.5～4.5%的水泥，在混合料硬化初期，水泥水化放出较多的热量，因为表面散热较快，内部散热较慢，因此内外温度相差较大，使内部体积膨胀，而外部散热快使混合料冷却收缩，内胀外缩相互制约，产生较大应力，当应力超过极限抗拉强度时，产生裂缝。

1.3　其他因素导致的裂缝

此外，一是因局部土基及底基层压实度达不到规范要求，在行车作用下产生土基变形而反射到表面的裂缝；二是由原道路拓宽，两侧不均匀沉降产生的而产生纵向裂缝；三是由于施工控制方面不当使水泥稳定碎石在施工早期产生纵缝。

2　水泥稳定碎石裂缝预防与质量控制

根据影响水泥稳定碎石产生干缩和温缩变形的因素，从材料选择、配合比设计、施工操作及养生等方面考虑，减少或削弱裂缝的发生应做到以下几点。

2.1　水泥品种及用量的选择

水泥作为结合料的一种稳定剂，对裂缝产生影响较大。品种不同的水泥具有程度不同的收缩性，一般使用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可。普通硅酸盐水泥干缩性很小、火山灰硅酸盐水泥次之、矿渣水泥较大。因此，选择合适的水泥在一定程度上能减少干缩裂缝。快硬早强、受潮变质的水泥不能应用。水泥的初凝时间应不小于3h，终凝时间应不小于6h，施工时尽可能选用终凝时间达到10h，宜采用42.5级及以上缓凝水泥。

水泥剂量和矿料级配是影响水泥稳定碎石基层强度的主要因素。当水泥剂量较小时，混合料本身的强度很低，由于水分散失所产生的收缩力作用下发生较大的干缩应变；随着水泥剂量的增加，混合料本身强度大大增加，限制了部分干缩变形，从而导致混合料干缩应变降低，但干缩变形总量也在增加；当水泥增加到一定量时，强度增长对干缩变形的限制与失水作用导致干缩变形达到相对平衡时，有最小的干缩应变；随着水泥剂量的继续增加，收缩作用大于强度对变形的限制作用，干缩应变又有所增加。施工中要求水泥剂量应不大于4.5%。

2.2　选用合格材料，降低碎石的黏土量

选用碎石的规格一般控制在10mm～30mm,石屑0～1mm，通过0.075mm筛孔的颗粒含量宜控制5%以下。如果0.075mm下粒径太多，则收缩系数增大，会增大其收缩裂缝。根据进料量经常进行筛分试验，随着进料级配的变化及时调整配比，使骨料级配能够形成骨架密实型结构，并对细集料含量加以限制。

水泥稳定基层混合料在不同负温度时的温缩系数变化很小，当黏土量增加，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度愈低，黏土量对温缩系数影响愈大。对于水泥稳定基层来说，水泥稳定碎石中不含黏土的裂缝最少，因此，限制收缩最重要的措施是除去集料中的黏土含量，达到规范要求的范围，而且愈少愈好。

2.3　优化配合比设计

采用水泥、稳定碎石、砂、石屑等筑路材料作为水泥稳定碎石基层，配合比设计时，一方面要考虑基层的7d无侧限抗压强度满足设计规范的要求，另一方面要考虑到基层的干缩温缩裂缝，由于干缩、温缩效应，路面基层易产生对工程质量极为不利的裂缝。

（1）首先，实验室经过一定数量的原材料试验，进行配合比设计、击实实验，确定最大干密度和最佳含水量。然后以此配比制成试件，试件在规定温度条件下保湿养护6天，浸水1天后进行无侧限抗压强度实验。

（2）粒料含量增加，干缩和温缩系数减小，集料级配越粗，则干缩系数越小，配比时限制细集料、粉料用量，碎石合成级配中小于0.075 mm颗粒含量宜不大于3%，级配宜取偏粗限，合成级配曲线在中值线下方。

（3）在满足设计强度的基础上限制水泥用量，实际最大水泥剂量不能超过5.5%，一般水泥剂量应控制在4%～6%之间，如强度偏差大或达不到，应通过调整级配和水泥标号品种及严密控制施工过程碾压成型时间来达到要求。

通过优化配合比设计，同时考虑材料供应情况及施工易操作为原则，并通过试验路段的铺筑，当试验段的水泥稳定基层具备具有强度高、裂缝较少，水稳定性、抗冻性、整体性好等特性时，则采用的配合比为施工配合比。

2.4　重视施工过程的质量控制

2.4.1　严格控制含水量

水泥稳定碎石是水泥与集料的水化凝结硬化的产物。含水量的控制是影响压实度的和裂缝产生的主要因素。考虑到混合料在运输、碾压过程有部分水分蒸发，尤其是夏天施工时水分蒸发较快，生产过程中将含水量控制在比最佳含水量大1%左右。含水量过小时，基层表层松散，碾压容易起皮，难以压实；含水量过大碾压时粘轮，而且基层成型后水分散失愈多，形成的裂缝愈多。因此，混合料拌和时应严格控制好最佳含水量。施工温度高时材料干燥，水分蒸发快，应注意增加用水量，下雨或所进砂砾材料偏湿时应减少用水量。

2.4.2　精心组织，避免偶然因素增大基层的干缩

施工中从加水拌和到碾压终了的延迟时间不得超过水泥的终凝时间，否则混合料难以碾压密实，强度降低，容易引起干燥开裂；因此，施工现场必须合理布置，各工序衔接必须紧凑。混合料应拌和均匀，出现粗细分离现象应在摊铺时清底重新拌和；保证基层湿润，避免下部混合料水分流失。

2.4.3　拌和

混合料应采用厂拌法施工。开始拌和前，拌和场的备料至少应能满足5~7d的摊铺用料。在正式生产混合料之前，首先调试好所用的设备，使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求，原集料的颗粒组成发生变化时，则重新调试设备。拌和时应做到配料准确，拌和均匀。出料时应取样检查是否符合设计的配合比，每天定时检查拌和情况，抽检其配合比、含水量是否变化。高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化、风速大小及时调整。料仓的加料应有足够数量的装载机，以确保拌和楼各仓集料充足并且相互之间数量协调。在拌和过程中应随时观察混合料拌和后的颜色，防止水泥堵塞不流动。拌和机出料不应采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料运输的办法。应配备带活门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车运输，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。从拌和机内加水拌和到完成压实工作的时间一般不超过2h，严禁超过初凝时间。

2.4.4　摊铺

在水泥稳定碎石基层边缘打好厚度控制线支架，根据松铺系数计算松铺厚度，决定控制线高度，挂好控制线。摊铺前应清除下承层表面的浮土、积水等，表面适当洒水湿润。对于下基层表面，应喷洒水泥净浆，按水泥质量计，不少于1.0～1.5kg/m2。水泥净浆稠度以能洒布均匀为宜，洒布长度以不大于摊铺机前30～40m为宜。条件不具备时也可采用先撒布水泥，后洒水的方式。待等候卸料的混合料运输车多于5辆后开始摊铺，并应保持连续摊铺。现场摊铺时，宜采用两台摊铺机梯队作业，当单台大功率摊铺机抗离析效果较好时，也可采用单机全断面摊铺作业。采用双机梯队作业时，两台摊铺机型号应相同，前后相距5～10m，前台摊铺机采用路侧钢丝和设置在路中的导梁控制路面高程，后台摊铺机路侧采用钢丝、路中采用滑靴控制高程和厚度。前后两台摊铺机重叠50～100mm，中缝辅以人工修整。采用单机摊铺时应采用两侧走钢丝的方法控制高程。

摊铺机的摊铺速度宜控制在1m/min左右。摊铺过程中应根据拌和能力和运输能力确定摊铺速度，避免摊铺机停机待料的情况。摊铺前及摊铺过程中应检查摊铺机各部分运转情况。调整好传感器臂与导向控制线的关系；严格控制基层厚度和高程，保证横坡满足设计要求。摊铺机的螺旋布料器应有三分之二埋入混合料中。摊铺机在安装、操作时应采取降低布料器前挡板的离地高度等混合料防离析措施，摊铺机后应设专人消除离析现象，铲除局部粗集料集中部位，并用新拌混合料填补。

2.4.5　碾压

在摊铺、修整后，立即用压路机跟在摊铺机后在全宽范围内进行碾压。碾压应遵循“先轻后重、先慢后快、从低到高”的原则。每台摊铺机后，压路机应紧跟碾压，碾压段落长度一般为50～80m。碾压段落必须层次分明，设置明显的分界标志。碾压应遵循试验段确定的程序与工艺。碾压宜在水泥初凝前及试验确定的延迟时间内完成，并达到要求的压实度。压路机碾压时应重叠1/3轮宽。压路机换挡要轻且平顺，不要拉动铺面，在第一遍初步稳压时，倒车后尽量原路返回，换挡位置应在已压好的段落上，在未碾压的一头换挡倒车位置应错开，成齿状，出现个别拥包时，应进行铲平处理。压路机停机应错开，相互间距约3m，且停在已碾压好的路段上。严禁压路机在正在碾压的路段或刚完成的路段上调头和急刹车。为保证抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层边缘压实度，应有100mm的超宽压实；对用方木或型钢模板支撑时，超宽可适当减小。

为了给压实提供质量保证，自检组紧跟工作面后，对形成的路面基层及时检测，包括厚度、宽度、压实度、含水量、平整度以及集料的级配等，需要调整时，立即通知工地负责人进行调整。压实度应达到重型击实标准的98%以上，尤其要注意水泥稳定碎石层常出现下部3～5cm压不密实的现象，要及时解决，一般是用增大振动压路机的吨位和增加碾压遍数的措施即可。

2.5　养生

每一段碾压完成且自检压实度合格后，立即进行养生。养生采用不透水薄膜覆盖养生，在覆盖前，先对自检合格的基层洒足量水养生，而后铺设薄膜。不透水薄膜覆盖不宜少于7d，在这期间封闭交通，严禁车辆通行；覆盖薄膜时纵、横向压砂或废料(不允许使用泥土)，做成1m间隔，压实不能有缝隙，保证密实，才能起到保湿养生作用。在施工中，特别应注意对两个侧边的养生，一定要将薄膜铺设到位，防止干燥或忽干忽湿，确保整个养生期间半刚性基层表面始终保持潮湿状态。养生期结束后应立即清除薄膜，清扫浮土杂物。

2.6　锯缝

为了防止由于温度、湿度的变化而引起基层裂缝，要求养生4～5天后沿线纵向锯缝，每条缝间距20m，锯缝宽5mm，深50mm，锯缝完成后用空压机清洗缝干净，再用热沥青饱满灌粉。

3　结束语

工程实践表明，水泥稳定碎石是以以其良好的力学性能和板体性、水稳性以及抗冻性等优点，被广泛用于修建各级公路路面基层或底基层。但是施工质量却受到人员、机械、材料、气候、施工工艺等多种因素的综合影响，在实际使用中效果有所降低。通过以上控制措施，水泥稳定碎石在实际施工中可以有效地减少裂缝的发生发展，从而全面提高施工质量。

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［责任编辑：刘展］