市政道路工程中常用的二灰碎石基層

石愛民

【摘 要】通過對(duì)二灰碎石組成材料特性的分析，進(jìn)而對(duì)二灰碎石基層強(qiáng)度、穩(wěn)定性進(jìn)行分析；通過道路面層破壞實(shí)例的分析歸類，提出防止二灰碎石基層產(chǎn)生裂縫的措施。

【關(guān)鍵司】二灰碎石基層；強(qiáng)度和穩(wěn)定性；破壞類型；裂縫；預(yù)防措施

二灰碎石是由石灰、粉煤灰、碎石加水，經(jīng)拌合、碾壓和養(yǎng)生后具有一定強(qiáng)度的一種無機(jī)穩(wěn)定材料。用二灰碎石鋪筑的道路基層稱為二灰碎石基層，是市政道路工程中常見的基層結(jié)構(gòu)。二灰碎石是一種緩凝性硅酸鹽材料，在一定的溫度、濕度下，其強(qiáng)度隨齡期的延長而增長，后期強(qiáng)度高。二灰碎石基層具有良好的力學(xué)性能、板體形態(tài)、水穩(wěn)定性和抗冰凍穩(wěn)定性等特性。其缺點(diǎn)是早期強(qiáng)度低、抗變形能力小、耐磨性差，在溫度或濕度變化時(shí)易產(chǎn)生開裂。構(gòu)成二灰碎石的粉煤灰含具有活性的氧化硅和氧化鋁，氧化硅和氧化鋁在石灰的堿性激發(fā)作用下，生成含水的硅鋁酸鈣，硅鋁酸鈣具有較強(qiáng)的膠結(jié)力和穩(wěn)定性，它可把碎石顆粒膠凝在一起。二灰混合料填充在碎石孔隙中，在碾壓過程中，孔隙中的二灰混合料被碎石擠壓密實(shí)，密實(shí)的二灰碎石又進(jìn)行著復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使二灰碎石結(jié)構(gòu)層形成一個(gè)強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的板體結(jié)構(gòu)。粉煤灰是一種緩凝物質(zhì)，難溶于水，因此在二灰碎石中反應(yīng)緩慢，這就是二灰碎石早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度高的主要原因。

一、影響二灰碎石基層強(qiáng)度和穩(wěn)定性的主要因素：

（一）原材料影響

（1）石灰的質(zhì)量和劑量。石灰的質(zhì)量按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)符合三級(jí)以上生石灰或消石灰標(biāo)準(zhǔn)。要保證生石灰中氧化鈣和氧化鎂的含量大于60%；對(duì)于消石灰，其含量應(yīng)大于50%。存放時(shí)間較長的石灰，其有效鈣及氧化鎂的含量會(huì)降低，因此，石灰的存放時(shí)間不應(yīng)超過三個(gè)月。對(duì)于有效成分低的石灰，當(dāng)氧化鈣和氧化鎂的含量在30%～50%時(shí)，可通過試驗(yàn)按有效成分適當(dāng)提高二灰碎石中的石灰劑量，但其含量不宜超過30%。石灰的劑量過小無法使粉煤灰全部激活；劑量過多，多余的石灰就會(huì)自行結(jié)晶，這兩種情況均會(huì)降低二灰碎石的強(qiáng)度。一般來說，二灰碎石的強(qiáng)度隨著石灰劑量的增加而顯著增長。當(dāng)石灰：粉煤灰等于1：3時(shí)，混合料的抗壓強(qiáng)度最高，在年平均氣溫相對(duì)較低的地區(qū)，適當(dāng)增加石灰、粉煤灰膠結(jié)料中的石灰比例，可以提高二灰碎石的早期強(qiáng)度，因此選用石灰、粉煤灰配合比一般為1：2～1：3。

（2）粉煤灰的燒失量和細(xì)度。用來修筑道路的粉煤灰中的三氧化二硅和三氧化二鋁的含量宜大于70%，在溫度為700℃時(shí)的燒失量不宜超過10%；燒失量過大將明顯降低二灰碎石的強(qiáng)度。從粉煤灰細(xì)度來看，細(xì)顆粒粉煤灰具有較好的活性， 有利于二灰碎石的加固。但它對(duì)水較為敏感，粉煤灰用量過多時(shí)，給施工帶來困難。所以市政工程大多都使用顆粒偏粗的材料。

（3）碎石質(zhì)量。碎石是二灰碎石中的骨料，可以提高二灰碎石的早期機(jī)械強(qiáng)度和變形能力。碎石的最大粒徑一般不超過40mm。用于快速路和主干路的碎石壓碎值不大于30%；用于次干路的碎石壓碎值不大于35%；而用于支路的壓碎值不大于40%，并且不應(yīng)含有粒徑小于0.075 mm的細(xì)粒。如果碎石中大粒徑的碎石過少而小粒徑的碎石過多，則需要的二灰量就較多，導(dǎo)致二灰碎石的收縮量較大，易發(fā)生干縮裂縫。

（二）施工工藝的影響。

（1）施工過程中的摻水量。在拌合過程中，若加水量過少，將使二灰反應(yīng)不徹底，影響強(qiáng)度；水量過多，易使二灰流失，降低二灰的膠結(jié)強(qiáng)度。因此，在施工碾壓前的含水量應(yīng)控制在最佳含量水量之內(nèi)。

（2）壓實(shí)度。二灰碎石的壓實(shí)程度對(duì)提高其強(qiáng)度，減少塑性變形，增加其穩(wěn)定性有極大的作用。二灰碎石在完成拌合后應(yīng)盡快進(jìn)行鋪筑壓實(shí)，以使二灰碎石強(qiáng)度全部形成于板體結(jié)構(gòu)中，要注意碾壓不能過度，否則會(huì)在該層靠近頂部出現(xiàn)剪切面，有可能對(duì)該面出現(xiàn)早期破壞。

（3）齡期。二灰碎石的強(qiáng)度隨齡期延長而增長，一般六個(gè)月齡期的抗壓強(qiáng)度是三個(gè)月的1.6～2.1倍。施工中保證凍前齡期至關(guān)重要，一月在8月末前竣工的二灰碎石結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度最好，它不但保證凍前有三個(gè)月的齡期 ，而且養(yǎng)生期間溫度較高，強(qiáng)度增長快。

（4）養(yǎng)生。二灰碎石在成型階段需要一定的養(yǎng)生條件。養(yǎng)生條件不同，其強(qiáng)度變有較大差別。氣溫高時(shí)，硬化快，強(qiáng)度增長快；反之，強(qiáng)度增長就緩慢，在負(fù)溫度下甚至不增長。工程實(shí)踐證明：熱季施工的二灰碎石一般很少損壞。所以，為保證道路基層的的施工質(zhì)量，應(yīng)盡量選擇有利的施工季節(jié)。工程盡量在第一次冰凍前的1～1.5個(gè)月完成。

二、二灰碎石基層的破壞類型和成因分析

通過對(duì)路面破壞實(shí)例的分析，二灰碎石破壞的主要類型有如下幾種：

（一）二灰碎石基層收縮產(chǎn)生裂縫，引起瀝青混凝土面層對(duì)應(yīng)出現(xiàn)裂縫。

二灰碎石屬半剛性材料，因受干燥或冰凍等氣候環(huán)境的影響，易發(fā)生一定程度的收縮，從而產(chǎn)生收縮裂縫。使瀝青混凝土面層出現(xiàn)反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。道路工程多在夏季施工，一般在秋季或上凍前竣工，當(dāng)遇到溫度大幅下降直接與大氣接觸的瀝青混凝土面層溫度下降較快，表面的溫度和面層底部的溫差，使上下面層溫縮不一致，引發(fā)基層開裂。

（二）二灰碎石基層下沉，致使瀝青混凝土面層出現(xiàn)塌陷、坑槽等破壞現(xiàn)象。如二灰碎石基層強(qiáng)度不足，在長期反復(fù)荷載的作用下，就會(huì)發(fā)生基層下沉，產(chǎn)生裂縫等現(xiàn)象，一旦面層出現(xiàn)開裂，雨水就會(huì)滲入基層，逐漸形成唧漿現(xiàn)象，裂縫周邊面層就會(huì)出現(xiàn)新的裂縫甚至破碎，促使面層進(jìn)一步產(chǎn)生坑槽。

（三）二灰碎石基層表面形成軟弱層，致使路面出現(xiàn)龜裂、推移、破壞現(xiàn)象。

主要原因?yàn)椋?/p>

（1）二灰碎石基層強(qiáng)度不足，使得基層表面薄弱，形成軟弱層。石灰劑量不足或質(zhì)量不好，使粉煤灰未能全部被激活；拌和不均勻，局部有未形成膠結(jié)料的二灰，使基層強(qiáng)度形成不好，基層壓實(shí)度不好，致使混合料未板結(jié)；施工季節(jié)較晚，環(huán)境氣溫較低，使強(qiáng)度上升過慢或養(yǎng)生條件不好等等，都會(huì)導(dǎo)致基層強(qiáng)度不足。

（2）施工措施不當(dāng)。導(dǎo)致二灰碎石基層表面薄弱形成軟弱層。在鋪筑混合料過程中，粗平壓實(shí)后，進(jìn)行找平，若在已壓實(shí)的低洼地處貼上一薄層，當(dāng)時(shí)看來，基層表面是平整的，無脫皮現(xiàn)象，便實(shí)際上后來帖上的薄層與原先的材料不能板結(jié)成一體，開放交通后在行車荷載作用下，后帖的那層會(huì)逐漸被推動(dòng)，壓碎，并與下層脫落，瀝青混凝土面層也隨之推移、脫落。另外，施工碾壓過程中基層表面碾壓過度，使基層產(chǎn)生許多薄的剪切面，越接近表面的地方，其密實(shí)度越小。在行車荷載作用下，剪切面內(nèi)的穩(wěn)定土逐漸被壓實(shí)、導(dǎo)致瀝青混凝土面層松散、推移、甚至脫落。

（四）二灰碎石基層松散，不成板體，致使面層碎裂。

主要原因是混合料在拌和、養(yǎng)生過程中含水量不足；石灰質(zhì)量較差且劑量不足，致使結(jié)合料沒有充分地進(jìn)行水化作用，不能發(fā)揮其應(yīng)有的膠結(jié)作用。或者是碾壓完畢后未及時(shí)養(yǎng)護(hù)遇雨雪天氣表面受到冰凍所致。

三、防止二灰碎石基層產(chǎn)生裂縫的措施

（一）控制養(yǎng)生時(shí)間和含量水量，盡量保持初期濕養(yǎng)時(shí)間長一些，這樣可以減少基層體積變化，初期濕養(yǎng)時(shí)間越長，干后的收縮越小。

（二）沖擊荷載作用下的試件所產(chǎn)生的收縮，明顯高于靜荷載或滾動(dòng)壓實(shí)條件下試件所產(chǎn)生的收縮。所以，對(duì)于可能產(chǎn)生反射裂縫的路段，采用輪胎式壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。

（三）保證二灰碎石材料的質(zhì)量和配合比，并使混合料拌和均勻；保證石灰進(jìn)行充分消解，并防止石灰堆放時(shí)間長而失效；適當(dāng)加大碎石用量。但也要注意不要盲目加大碎石用量，試驗(yàn)表明當(dāng)石灰劑量為10%時(shí)，宜采用60%～70%的碎石，若碎石含量超過70%時(shí)，其抗凍性較差。