高兴东公路水泥稳定土基层收缩裂逢的成因及防止措施

第一篇：高兴东公路水泥稳定土基层收缩裂逢的成因及防止措施

高兴东公路水泥稳定土基层收缩裂逢的成因及防止措施

南京工程学院 焦磊

摘要：在高等级路面铺筑沥青完成且经过一段时间的车辆荷载的考验后，经常发现水泥稳定土基层有很多裂缝，情况比较严重时，可能出现反射裂缝。结合高兴东公路施工实践，对基层收缩裂缝的成因机理作了分析，并提出了在施工中防治裂缝发生的有效措施。

关键词：水泥稳定土

收缩裂缝

措施

1.绪论

水泥稳定土类基层作为半刚性基层的一种是沥青路面结构的主要承重层，因其结构强度较高，荷载分部良好，水稳性可靠以及施工成本低廉，目前已成为现代高速公路、高等级道路普遍采用的路面结构形式。

水泥稳定土固有的温缩与干缩特性及水泥稳定碎石和沥青材料对温度和湿度变化的敏感性，使其在强度形成过程中以及营运期间会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝。在路面交通荷载重复作用下，水泥稳定土类基层的干缩裂缝和收缩裂缝会扩展到沥青路面面层形成反射裂缝而具有弱点。路面裂缝不仅影响路面美观﹑减低平整度，而且会削弱路面的整体平整度。特别是路面开裂后水分通过裂缝渗到路面基层﹑低基层甚至土层，削弱基层﹑土层的强度，从而加剧路面的破坏，直接影响路面的使用功能和使用寿命。这一问题已成为广大道路建设者共同关心的一个难题，从广大建设者和研究者的角度出发，目前较普遍的结论主要有：

水泥稳定土类基层容易产生收缩裂缝，其主要表现形式是在基层面出现有规则的横向裂缝。

水泥稳定土类基层过早出现收缩裂缝，容易引起沥青路面出现反射裂缝或对应裂缝。

沥青面层摊铺时，基层尚未出现有规则的横向裂缝，可以延缓和减少反射裂缝的产生，但在极端气候人条件下，路面仍有可能出现横向裂缝。

设计采取加厚沥青面层或设置隔层，在一定程度上可能推迟或减轻裂缝的产生，却不能彻底解决此问题。

加铺后的沥青面层下优质的水泥稳定碎石基层，可以保持不先裂，只有当沥青面层开始产生收缩裂缝，才会影响或可能使基层产生自上而下的裂缝。归纳一点，水泥稳定土类基层产生横向收缩裂缝，对铺筑后的沥青面层是十分不利的，因此，防治基层产生横向收缩裂缝，对提高沥青路面品质是十分重要的。为此，研究分析水泥稳定土类基层收缩缝的成因机理和防治措施有其积极意义。

2.施工背景及效果

2.1水文气象及地质地貌

高兴东公路新建道路地处内陆，属暖温带大陆性半湿润季风气候，冬季寒冷，夏季炎热，四季分明，降水量、蒸发量、气温等气候要素的年纪、年内变化明显，多年平均气温13.8摄氏度，多年平均降水量575.1mm，年降水量分配不均，雨季集中在7、8、9三个月。平均相对湿度60%；勘察深度内未发现地下水、空洞、暗滨等不良地质作用及地下不利埋藏物。2.2施工技术标准

2.2.1底基层设计厚度30cm，石灰稳定土（石灰：土=12：88）分两层铺设，每层15cm，设计强度不低于0.8mpa（7d无侧限抗压强度）。

2.2.2基层（水泥粉煤灰稳定碎石）设计厚度30cm，分上下两层各15cm施工，设计强度不小于2.5 mpa（7d无侧限抗压强度），设计混合料的基本特性是低强度、低水泥剂量。

2.2.3基层顶面采用乳化沥青封层（不计厚度），防渗及上下联结良好。2.2.4沥青面层设计总厚度12cm，其中厚密集配沥青混合料4cm（ac-13c），厚密集配沥青混合料8cm（ac-20c）；采用了较厚的沥青面层和高性能沥青混凝土。2.3基层实体质量描述

施工过程中未发现有规则的横向收缩裂缝，包括两个越冬路段也未发现明显裂缝。基层的钻件完整，强度较好，一般在5～7d左右即可取出芯样。室内无侧限抗压强度单个样本强度在3.0 mpa以上。

3.基层裂缝成因机理分析

水泥稳定土类基层收缩裂缝发育程度，一是基于基层的温缩与干缩固有特性；二是基于施工方案与工艺水准；三是基于施工外部环境（低温、温差、暴晒、蒸发）等自然力作用。

3.1水泥稳定粒料土干缩特性及影响因素

水泥和各种粒料土加水拌合与压实后，由于水分蒸发和混合料内部发生水化作用，其含水量会不断减少，在不断失水的过程中，基层内部产生干缩应力，产生体积收缩应变，由于道路横向约束较小，体积收缩应变主要以产生横向收缩裂缝为主。干缩特性一般以干缩洗漱的大小来描述。经研究与试验分析，影响水泥稳定粒料土的干缩性主要与粒料土的含量和塑性指数、水泥剂量、制件含水量和失水率等因素有关，对比试验表明：

水泥剂量不变时，水泥粒料土的干缩应变小于水泥土的干缩应变，水泥粒料土的干缩应变随土含量增大而增大。

粒料土的塑性指数对水泥混合料的干缩应变的影响是正比关系，及塑性愈大，干缩应变也愈大。

制件含水量对水泥稳定粒料土的干缩应变明显，含水量增加，干缩应变也增加。

失水率愈大，基层内部产生收缩应力愈早，失水量愈大，混合料的收缩系数愈大。

干缩应变随集料级配和水泥剂量有很大变化，一般集料平均粒径增大，水泥剂量对干缩应变的影响减少。集料平均粒径在5.7mm以上时，水泥剂量对干缩应变的影响很小；集料平均粒径在1.2～3.3mm时，水灰比对干缩应变的影响特别明显。

龄期相同时骨架密实的水稳结构的干缩系数明显小于悬浮结构。3.2水泥稳定粒料土温度收缩特性及影响因素

组成水泥稳定粒料土的集料、水和空隙中的气体在降温过程中相互作用，使压实后的混合料产生体积收缩，即温度收缩。就组成骨架的矿物颗粒而言，原材料中砂粒以上的颗粒温度收缩系数较小，粉粒以下的颗粒温缩性较大，粘土及其它胶体颗粒温缩性大小与扩散层厚度成正比。

影响材料的温缩性质的主要因素有：含水量、集料和土含量、土的矿物成分、环境温度和龄期等。3.2.1温差裂缝成因

混凝土温度裂缝多出现于大体积中，温度应力的形成过程可分为早期、中期、晚期三个阶段。早期一般为30天，自混凝土浇筑开始至水泥放热基本结束为止。水泥水化热大量积聚，造成混凝土内部温度升高，表面温度降低，形成内外温差（在没有拆模时，正确的内外温差值是混凝土的中心温度与拆模前混凝土的表面温度之差）；中期自水泥放热基本结束时开始至混凝土冷却到稳定温度时为止；晚期是混凝土完全冷却后的运转时期，混凝土在拆模前后或受寒潮袭击，使表面温度降低很快，造成了温度陡降（骤冷）。由温度所引起混凝土的应力又可分为自生应力和约束应力两种，这两种温度应力往往和混凝土的干缩应力共同产生作用。施工中混凝土最高温度冷却到运转时期的稳定温度往往内部产生相当大的应力，有时温度应力可超过其它荷载所引起的应力产生裂缝。

在大体积钢筋混凝土中，温度裂缝较为普遍。但目前设计和施工规范还没有明确的规定，因此，在施工前，必须确定裂缝控制的有关问题，拟定相应技术措施，以尽量减少温度应力。3.2.2收缩裂缝成因

由于原材料不均匀、水灰比不稳定及运输浇筑过程中混凝土的离析现象，在同一块混凝土板中其抗拉强度也是不均匀的，存在许多抗拉能力较低、易出现裂缝的薄弱部位。如现浇楼板的板角处等，这些部位设计中都要求不出现拉应力或只允许有很小的拉应力。

混凝土收缩分为湿度收缩（即干缩）和自收缩。湿度收缩，是混凝土中多余水分的蒸发，随湿度降低、体积减小雨产生的收缩，其收缩量占整个收缩量的80％～90％。自收缩，是水泥水化作用引起的体积收缩，即水泥水化作用使形成的水泥骨架不断紧密，造成体积减小。收缩发展规律是早期快、后期慢。影响收缩的因素很多，主要是水泥掺合料品种与质量、混凝土配合比、化学添加剂以及养护条件等。与温度裂缝一样，收缩裂缝的形成，也必须同时存在收缩变形和约束2个条件。

通过近年来笔者施工过的不同道路水泥稳定基层原材料的分析，在环境因素相同的情况下，可以得出几点结论：

水泥稳定集料的收缩特性优于其它半刚性材料。

材料组成是关键，要选择合适的原材料，严格控制混合料中的土含量，含土量大，塑性指数高，材料抗收缩特性差。骨架嵌挤密实结构能提高结构强度，也能提高抗收缩能力。

控制好混合料的最佳含水量，既能得到良好的压实度，获取最大的压实干密度，还能有效降低混合料的收缩性。

控制好水泥剂量，在满足设计强度要求的情况下尽可能采用较低的水泥剂量，能减少混合料的收缩性。

4.施工中防治水泥稳定基层产生收缩裂缝的措施

实践证明，施工质量的好坏，直接影响基层的质量。避免和减少基层过早地产生横向收缩裂缝，有以下几方面防治措施： 4.1选择好原材料

使其符合施工技术规范中各项质量指标。水泥稳定土类基层宜采用缓凝型强度等级较低的水泥；水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求；要求水泥初凝时间3h以上，终凝时间不小于6h。集料碎石压碎值不大于28%，粗集料针片状含量不大于15%，集料中小于0.6mm颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9。

4.2认真做好混合料的组成设计和生产配合比验证

按重型标准击实试验求的可靠的标准密度。生产过程中按规定检查频率检验混合料各项质量指标，在满足设计强度要求的情况下尽可能降低的水泥用量，以最佳含水量掌握好施工含水量，施工含水量一般不宜超过最佳含水量的1%。4.3采用拌和楼集中拌和

投料应有符合要求的自动计量装置，减少混合料的离散性，拌和的混合料要均匀一致，具有良好的和易性。4.4尽量采用大型摊铺机摊铺混合料

按设计标高控制好摊铺厚度及平整度，保证压实后的基层结构厚度一致，平整度良好。

4.5在规定时间内一次压实成型

必须控制在水泥的初凝时间内，一般不超过3h。4.6确定压路机的类型

通过试铺，确定压路机的类型（宜用大吨位压路机）、碾压组合方式和压实工艺，接缝和边角部位要加压，尽可能提高压实密度。4.7充分洒水保湿养生

压实成型后有条件的及时用透水土工布覆盖，充分洒水保湿养生，防止基层在终凝前失水影响强度。4.8及时施工下封层和面层

早期强度形成后经检验合格，宜立即施工下封层和面层，以防暴露时间过长而失水，这对减少路面各结构层的施工污染、提高层间结合力、防止基层出现早期干缩裂缝十分有效。4.9掌握好施工季节

地表温度低于2～3摄氏度时尽量不施工，严防霜冻。夏天高温强度形成较快，表面蒸发和水化作用吸水量均较大，摊铺前应对下层洒水湿润，摊铺压实施工要连续、紧凑，压实后要及时覆盖、洒水养生要充分。4.10未经封层严禁在基层上通车施工

结束语

水泥稳定土越来越普遍地用于高等级公路路面中，我们不应片面地追求大水泥剂量、猛洒水，而应当适当减小水泥剂量，控制好碾压含水量，对已成型基层采取良好的保护措施。把水分和温度保持一定范围内，这样就减少了收缩裂缝，也减少了反射裂缝，提高了半刚性基层的质量，延长了路面的使用寿命。

参考文献

[1] 迟长玉,王力艳.浅析水泥对水泥稳定土的影响[J].北方交通.2006(03)[2] 张亚娟.浅析水泥稳定土应用于公路工程的特点[J].科学之友(学术版).2006(07)[3] 李仕玲.水泥稳定土半刚性基层裂缝成因及处理[J].公路与汽运.2006(04)[4] 李华.公路工程大体积混凝土裂缝产生的原因及防治措施[J].西部探矿工程.2006(S1)[5] 慕元禄.防止沥青路面裂缝的措施[J].油气田地面工程.1996(03)[6] 董波.水泥稳定基层的裂缝成因及防治[J].西部探矿工程.2008(01)

致谢：

在本次论文设计过程中，XXX老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

第二篇：施工中减少水泥稳定土收缩裂缝的措施

在高等级公路路面施工中

减少水泥稳定土收缩裂缝的措施 谭斌1，孙春阳1，田志峰2（1.山东省潍坊市公路工程监理处；2.山东省潍坊市公路管理局）

摘要：在高等级路面铺筑沥青面层前，经常发现水泥稳定土基层有很多裂缝，特别是跨工程，经过冬季后，水泥稳定土基层裂缝更多。情况比较严重时，可能出现反射裂缝。将沥青面层拉裂，甚至产生透水唧浆现象,减少了沥青面层的寿命，为此对收缩裂缝的研究越来越引起同行们的重视。

关键词：水泥稳定土；收缩裂缝；措施

水泥稳定土一般用于高级及次高级路面的基层,我国约有80%的高速公路采用了水泥稳定级配集料做为主要承重层。这类材料所固有的温缩和干缩特性易使半刚性基层产生收缩裂缝，并导致了沥青混凝土面层反射裂缝的产生。

1、裂缝类型 1.1干缩裂缝

水泥与各种细粒土（中粒土、粗粒土）和水经拌合压实后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料水分会不断减少而发生的毛细管作用、分子间力的作用、矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等会引起半刚性材料体积收缩。当失水量为2.5％以上，且较长时间暴露（5d～10d以上）时，就会产生间距3m～10m的横向干缩裂缝，也有少数纵向裂缝，缝顶宽为0.5mm～3mm。1.2温缩裂缝

组成半刚性材料的三个相（即不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相），在降温过程中相护作用使半刚性材料产生体积收缩叫做温缩。在水泥稳定土基层养生期后如不及时铺筑面层，长时间曝晒；或在严重冰冻地区，冬季气温急剧降低时，半刚性基层会产生温度收缩裂缝。间距一般为：10m～30m，冬季缝宽约3mm～30mm，夏季不足1mm。1.3干缩与温缩的比较

同样材料的干缩系数是温缩系数若干倍（见表1），故应着重研究水泥稳定土的干缩性质。干缩系数与温缩系数的比较表一

干缩系数（＊10-6）／％

温缩系数（＊10-6）／℃

1/2最大失水量

最大失水量

-5℃

-15℃ 水泥土

465.50

344.00

25.80

33.80

水泥粒料

6.65 62.0 8.50

13.00

2、影响干缩裂缝与温缩裂缝的主要因素 2.1干缩

影响温度收缩的主要因素有：成品混合料碾压时的含水量、结合料的剂量（主要是水泥剂量）、被稳定土的类别（细粒土、中粒土、粗粒土）、粒料的含量、小于0.5mm的细土含量和塑性指数、小于0.002mm的粘粒含量等。2.1.1水泥稳定土的碾压含水量

碾压时拌和料的含水量超过最佳含水量越大，竣工后水泥稳定土的干缩裂缝也愈严重。含水量每增加1％，干缩应变相应增加23.5×10-6～80.1×10-6。2.1.2水泥剂量

水泥剂量一般为4％～6％，水泥剂量增加1％，干缩裂缝增加25×10-6，其影响程度明显小于含水量增加1％。

2.1.3土含量、土中粘粒含量、土的塑性指数

土中小于0.002mm粘粒含量愈多，水泥土的收缩性愈大。水泥粒料土的干缩应变又随土的含量增加而增大，粒料土的塑性对水泥混合料的干缩应变是正比关系，即塑性愈大，干缩应变愈大。水泥粒料90天的干缩应变S与塑性指数Z的回归方程为：S＝3.70Z+50.92（r=0.957）。2.1.4集料的平均粒径

以3％、5％、7％三种水泥剂量来稳定平均粒径分别为1.2mm、3.3mm和5.7mm的集料进行干缩试验。由试验结果（见表二）可以看出：在集料平均粒径大于3.3mm时，干缩应变明显变小。对于水泥剂量的影响，由试验结果（见表二）也可以看出：随集料平均粒径增大而减小，对于平均粒径5.7mm的集料，水泥剂量的影响很小。2.2温缩

影响温度收缩的主要因素是集料或土的含量、含水量、温度。2.2.1土含量

随着拌合料中的含土量的增加，混合料的温缩系数随温度降低的变化幅度越来越大。温度越低，含土量对温缩系数的影响愈大。稳定细粒土的温差系数大于稳定中粒土和稳定粗粒土。2.2.2含水量

通过对比试验得知：饱水、风干和干燥状态下温缩系数较小，在最佳含水量左右水泥稳定土的温缩系数最大。2.2.3温度

在接近最佳含水量和0℃～10℃时，温度收缩最为强烈，若不采取有效的保温措施，则会出现较大温缩裂缝。

例：济青高速公路五合同92年施工的水泥稳定砂砾基层未采用保温措施，每隔10m～15m出现与路线方向接近45°的温缩裂缝，缝宽3mm～5mm，深5～10mm。日竹高速公路十合同99年施工的水泥稳定砂掺碎石基层、水泥稳定碎石基层采用了塑料布、5cm以上麦秸、10cm以上土覆盖，只出现了少量轻微裂缝，间距30m～50m，缝宽1～2mm。

3、减轻收缩裂缝的措施

3.1施工配比设计中，不应掺土，通过0.075m筛孔的细料含量控制在5％～7％，适当增加10mm～30mm碎石（砾石）的含量，尽量不采用水泥稳定细粒土。

3.2在满足强度要求的前提下，尽量采用较小的水泥剂量，建议采用水泥剂量范围：4.5％～5.5％。

3.2控制施工碾压时的含水量不超过基层施工规范所规定的含水量，即使天气炎热，也不能超过最佳含水量2％；另外要及时补充碾压过程中的水分损失，失水量控制在2％以内。3.4加强覆盖养生，水泥稳定土基层经7天养生结束后，最好立即喷洒透层沥青，尽快铺筑沥青面层。如有必要也可适当延长养生期，但是决不能让基层曝晒变干开裂。

3.5对经过冬季的基层应采取覆盖措施，没有必要覆盖透层油过冬，因为来年春季透层油一般会开裂并脱落。

4、结语

水泥稳定土越来越普遍地用于高等级公路路面中，我们不应片面地追求大水泥剂量、猛洒水，而应当适当减小水泥剂量，控制好碾压含水量，对已成型基层采取良好的保护措施。把水分和温度保持一定范围内，这样就减少了收缩裂缝，也减少了反射裂缝，提高了半刚性基层的质量，延长了路面的使用寿命。参考文献：［1］JTJ 071-98 公路工程质量检验评定标准 ［2］山东省公路工程招标文件（通用本）［3］高等级公路半刚性基层沥青路面沙庆林著