无机结合料基层裂缝问题研究及其解决对策

摘要： 通过研究无机结合料基层裂缝的产生机理，针对无机结合料基层配合比、无机结合料的拌合、摊铺、碾压、养护等诸多环节进行了探讨，较系统研究了影响无机结合料基层裂缝的因素，并对解决无机结合料基层裂缝问题提出通过优化配合比设计和加强拌合站均匀性控制等有效防治措施。

Abstract： Through the research ofmechanism of inorganic binderbasecracks， this paper carried outdiscussion on inorganic binder mixture ratio，inorganic binder mixing，paving，rolling and curing and other links，and studied the factors of influencing norganic binder base cracks systematically and proposed effectiveprevention and control measures， such as optimizing the mix proportion designand strengthening the uniformity control of mixing station， aiming at solving the problems in inorganic binder base cracks.

关键词： 无机结合料；基层；配合比；级配

Key words： inorganic binder；base；mixture ratio；grading

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）09-0048-03

0 引言

高速公路无机结合料基层出现裂缝质量通病将影响基层的质量，尤其是严重影响基层裂缝向沥青面层的反射，攻克基层裂缝是提高高速公路路用性能和使用寿命的前提。无机结合料基层的裂缝受诸多因素的影响，确定是那些因素起主导作用，就找到了解决无机结合料基础裂缝问题的钥匙。

1 裂缝的成因

1.1 无机结合料基层产生裂缝的机理 基层材料的干缩和温度收缩是引起基层结构产生横向裂缝的主要原因。对沥青面层的开缝特别是反射裂缝的发生有很大影响，另外一个原因是在车辆荷载作用下产生的裂缝。

干缩性裂缝：干缩性裂缝的情况主要是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩。

从基层养护期满后到施工沥青封层或透层油、摊铺沥青混凝土面层之间，如果这段时间间隔较长，自然天气从睛到雨，从雨到睛，风吹日晒雨淋，基层料从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，在薄弱地方就表现为裂缝，这种破坏在多雨的地区特别明显。养生结束后，如其上为沥青面层，应先清扫基层，立即喷洒透层或粘层沥青、在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防止基层干缩开裂。

温缩性裂缝：也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层属半刚性体，也不会例外。在水泥路面设计和施工中，设置伸缩缝的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际中得到广泛的应用，取得了显着的成效。但长期以来，在水泥稳定碎石基层的设计规范或施工技术规范中却没有提出来，这有待于进一步探索。

水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差作用中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。

基层产生纵向裂缝的原因主要是由于路基沉降尚未稳定或路基发生不均匀沉降所产生的。

1.2 无机结合料基层裂缝产生的影响因素

1.2.1 无机结合料基层配合比的影响 混合料中石灰、水泥、粉煤灰等比例偏大；集料级配中细料偏多，或石粉塑性指数偏大这些因素都增大了混合料的比表面积导致配合比设计时用水量增大。在后期的养护中随着物理和化学反应的发生水分严重损失从而催发基层开裂。

1.2.2 拌合不均匀的影响 无机结合料稳定土可以在中心站用厂拌设备进行集中拌和，对于高速公路和一级公路，应采用专用稳定土集中厂拌机械拌制混合料。目前国内大多使用的为WDB-600型稳定土搅拌站，这种拌和站采用的是连续式的生产模式，从原材料到达拌缸到加水和水泥经过短短3-5秒就完成了搅拌，搅拌过程很短，一个断面上混合料各个部位的含水量和水泥剂量都不均匀造成了局部含水量和水泥剂量的离析，通过数据分析偏差结果较大，图1为选取的无机结合料稳定土横断面。

配合比设计为含水量4.8%，水泥剂量为4.5%。从一断面选取六点所得出的含水量和水泥剂量数据为表1。

1.2.3 无机结合料摊铺和碾压对基层裂缝的影响 由于无机结合料级配偏粗，在摊铺机进行摊铺过程中很容易产生离析，造成集料窝或者细料集中碾压成镜面。

摊铺时在每台摊铺机后面安排两人负责消除粗集料离析现象，并用新拌混合料填补。

摊铺机的速度主要是根据拌和站生产能力、运输车辆载重大小、摊铺层的厚薄、摊铺宽度大小、夯锤及振捣的工作能力等确定。一般摊铺机在摊铺较宽路面（10-12m）时它的摊铺速度确定在1-1.5m/min，在摊铺较窄路面（6-8m）时速度确定为2-3m/min，如果摊铺层太厚速度就要适当调整。但是通过试验后速度一经确定就不可随意更改，振捣和夯锤也不可随意调整。

刮板料位器及螺旋料位器的调整。水稳基层的摊铺要求刮板料位与螺旋料位要比摊铺沥青路面时要大，但具体要求是供料要充足，使螺旋马达连续稳定的转动，能够保证供料充足，但料位不应超过叶片的3/4。保证摊铺效果均匀性。碾压过程中的注意要点：及时碾压，碾压时应慢起步缓刹车，由低处向高处重叠1/2轮宽，成阶梯状碾压，不在未压实的路面上转向，而应后退至起点，开始下一步碾压。

1.2.4 养护过程对基层裂缝的影响 养护不及时、缺水或养护时洒水量过大对基层早期裂缝有很大影响。对已完成碾压并经压实度检测合格后应立即进行养生，不能延误。养生可用不透水的塑料薄膜覆盖或用湿砂覆盖进行养生，也可用沥青乳液进行养生，还可以在完成的基层上即时做下封层，利用下封层进行养生，同时也可在已完成混合料直接洒水养生。按技术规范养生期应不小于7d，在养生期间应由专人负责限制车辆行驶，除洒水车外，绝对禁止重型车辆行驶。陕西十天高速汉中段采用加盖塑料薄膜进行养生。养护膜能使水稳基层表面始终处于湿润状态，湿度均衡，膜内昼夜温差变化平缓，从而有效抑制了微裂缝的产生，保湿养生达7天。养生结束后，养护面仍处于均匀湿润状态，无发白、发干现象，颜色均一。经取芯验证，芯样完整、光洁，密实度高，耐磨度高，其优良的养生效果较好地满足了业主对项目工程的设计要求。

1.2.5 路基对无机结合料基层裂缝的影响 路基沉降不稳定或路基形成不均匀沉降容易形成纵向裂缝或龟裂。出现这种情况由于路基问题引起的裂缝，如不处理情况最为严重。需要将基层清除在问题路基上铺筑一层钢筋混凝土面板代替半刚性基层。混凝土面板厚度与基层设计厚度一致。

2 裂缝的解决路线

2.1 选取合格的材料 水分变化引起膨胀和收缩时引起基层裂缝的重要因素。无机结合料中对需水量影响最大的是细集料的质量，在相同的配合比下通过试验分析不同液限和塑性指数的细集料对无机结合料最佳含水量影响很大。

通过对比，基层用细集料的塑性指数适宜控制到在2.0以下，液限控制到20以下。使用干净含泥量小的石粉以达到尽量减小最佳含水量的目的。

2.2 无机结合料配合比的调整

2.2.1 级配的控制 传统型无机结合料级配为悬浮密室型，碾压完成后表面相对比较密实、光滑，但用水量增大，并且承重能力主要依靠水泥与集料结合的强度。通过陕西省十天高速汉中段基层级配采用骨架密实结构实践验证，无机结合料基层级配参考利用沥青SMA骨架密实结构是合理的。这种结构主要通过粗集料形成嵌挤结构，细集料进行缝隙填充。其中4.75mm以上的颗粒组成占70%～75%，细集料占其中的比例较小，这种级配使得整体的需水量减小。成型以后物理和化学反应引起的水分损失相对较小。

2.2.2 水泥剂量的控制 根据目前我国水泥的生产工艺，尤其在2009年以后普通硅酸盐水泥细度用比表面积法代替筛分法后，水泥细度进一步提高。水泥越细导致水泥需水量增加，无机结合料中在满足设计强度的前提下，尽量减少水泥剂量无论对经济效益还是工程质量都是有必要的。目前无机结合料采用震实成型的方法成型试件，能够更好的模拟现场施工，在要求设计强度为4.5MPa的无机结合料配合比中，水泥剂量为4.0～4.5%能够满足要求。水泥剂量增大必然导致用水量增大，自由水分损失后基层开裂现象很可能发生。水泥品种采用缓凝低标号水泥，强度不宜太高。

2.2.3 用水量的控制 基层裂缝主要诱因是成型后的水分损失和温度变化。所以在用水量尽可能降低的情况下来达到避免基层裂缝是一个有效措施。无机结合料配合比设计时在满足设计要求的前提下尽量减少最佳用水量是最为关键的课题，通过在湖南衡阳至炎陵高速公路和陕西十天高速汉中段的基层配合比设计和基层施工总结中来看，最佳用水量控制在4.3～5.0%为合适的。

2.3 拌和站均匀性控制 提高拌和站的精确计量系统，增强系统抗干扰能力和运行稳定可靠性，达到可以非常精确控制，及时地完成计量。搅拌机采用无衬板双卧轴强制式结构，搅拌能力强，搅拌均匀度高。加长搅拌器和拌缸长度，增加混合料的拌合时间达到搅拌均匀的目的。

3 出现裂缝后的治理措施

①可采用聚合物加特种水泥压力注入法修补水泥稳定粒料的裂缝。②加铺高抗拉强度的聚合物网。③破损严重的基层，应将原破损基层整幅开挖维修，不应横向局部或一个单向车道开挖，以避免板边受力产生的不利后果，最小维修长度一般为6m。维修半刚性基层所用材料也应是同类半刚性材料。

4 工程应用

在陕西十天高速汉中段工程施工中基层强度设计等级4.5MPa，水泥剂量为4.4%，最佳含水量为4.5%，室内标准养护试件强度为5.8MPa，室外同条件养护试件强度为5.2MPa。所有指标均满足设计需要。在后期的观察中基层裂缝问题基本未发生，取得了良好的经济效益和社会效益，赢得了业主的一致认可，被评为“优秀施工单位”称号。

5 结论

在采用合格原材料的情况下，配合比的优化就是利用最小的水泥剂量和最少的最佳含水量来满足工程的设计需求。这样对无机结合料裂缝问题的解决起着决定性的作用。当通过调整配合比起不到明显作用时，通过调整施工工艺和养护措施也可以起到明显减少无机结合料裂缝的作用。

参考文献：

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