水泥穩(wěn)定土的強度及干縮裂縫的防治方法

彭 如

(河北省石家莊市晉州市交通運輸局公路管理站，河北 晉州 052260)

水泥穩(wěn)定土的強度及干縮裂縫的防治方法

彭 如

(河北省石家莊市晉州市交通運輸局公路管理站，河北 晉州 052260)

在簡單介紹水泥穩(wěn)定土強度形成機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，提出穩(wěn)定土強度形成的主要影響因素，并根據(jù)穩(wěn)定土的性質(zhì)與特點，總結(jié)其干縮裂縫成因及影響因素，提出相應的防治辦法。

水泥穩(wěn)定土；強度形成與影響因素；干縮裂縫形成與防治

1 水泥穩(wěn)定土的強度形成機理與影響因素

1.1 形成機理

水泥穩(wěn)定土是指在土中按比例摻加水泥，然后在實際含水量達到最佳值時進行壓實，使其內(nèi)部發(fā)生物理化學反應，以改善土體性質(zhì)。其強度形成主要和三方面作用有關(guān)：其一，骨架作用，水泥在摻加到土體中后會發(fā)生水化反應，生成凝結(jié)物質(zhì)，成為土體強度來源。這些凝膠物質(zhì)會在土體孔隙當中搭接和交替，充分包裹土石顆粒，使其塑性性質(zhì)不斷喪失，并在凝膠物質(zhì)增多的過程中，進一步提高混合土強度。其二，離子交換，在水泥水化反應后生成的凝膠物質(zhì)中，氫氧化鈣占比約25%，在其溶于水之后，會增大鈣離子含量，減小土粒間距，使土粒不斷靠攏，產(chǎn)生凝聚作用，提高強度。其三，碳酸化作用，水泥水化反應后生成的氫氧化鈣與二氧化碳氣體反應會生成碳酸鈣，加之氫氧化鈣和其它物質(zhì)反應，如氧化鋁和氧化硅等，也會生產(chǎn)具有一定強度的晶體，從而提高了混合土的強度。

1.2 影響因素

(1)土質(zhì)

土質(zhì)會對水泥穩(wěn)定土實際強度造成直接影響，除了有機質(zhì)含量在20%以上，硫酸鹽含量在0.25%以上，塑性指數(shù)超過17的土，其它土均能摻加水泥形成水泥穩(wěn)定土，但是不同土的效果存在很大差別。

①可作為高等級公路工程水穩(wěn)基層的材料主要包括礫石土、石屑石碴、砂粒和碎石土等。選用級配良好的碎石或砂粒，不僅能減少水泥的實際用量，還能取得良好的加強效果。

②礫石與碎石壓碎值在高等級公路工程中不得大于30%，而在二級及以下公路工程中不得大于35%。

③對二級以下的公路工程，其顆粒的最大粒徑需控制在37.5 mm以內(nèi)，而高等級公路工程，需控制在31.5 mm以內(nèi)。在實際施工中，應盡量選用塑性指數(shù)在12以內(nèi)且均勻系數(shù)不小于10的土。通過對實踐結(jié)果的總結(jié)與分析，可知穩(wěn)定、加強效果最顯著的砂性土，粘性土與粉性土其次。

(2)水泥

①水泥成分在很一定程度上也決定了穩(wěn)定土最終強度，通過實踐可知，相較鋁酸鹽水泥，硅酸鹽水泥具有更高的穩(wěn)定性和強度。此外，穩(wěn)定土強度和水泥活性、比表面積成正比，因此應盡量選用二者均較高的水泥；同時，還要考慮水泥的終凝時間及標高，一般優(yōu)先選擇終凝時間在6h以上的低標號水泥。

②實驗表明，采用水泥的穩(wěn)定類混合材料強度和水泥用量成正比，但這并不代表可以一味增加水泥用量，因為水泥水化作用會放出很大熱量，一旦溫度控制不力，將產(chǎn)生表面收縮裂縫，影響外觀和質(zhì)量。根據(jù)推算結(jié)果，每層加一倍水泥用量，裂縫將增加近24倍。因此增加水泥用量并不是保證強度的可用方法，通常都將其控制在4%～8%范圍內(nèi)。而若從抗裂角度講，當水泥實際用量保持在5%～6%范圍內(nèi)時，穩(wěn)定土顆粒將具有較好的抗干縮能力與抗溫縮能力，而用量一旦超過7%或小于3%，則顆粒抗裂性能將明顯降低。因此，考慮到穩(wěn)定土的抗裂性能，在實際情況中建議將水泥用量控制在4%～6%以內(nèi)。

(3)含水量

①若穩(wěn)定土中含水量較少，則水泥和土就會產(chǎn)生“爭水”的現(xiàn)象，此時如果土體具有較高水親和力，則水泥會因缺水而無法充分水化或水解，對強度的形成造成影響。此外，當穩(wěn)定土混合料中含水量不足時，將無法達到可保證壓實度的最佳含水量。

②水泥在發(fā)生水化作用時大約要消耗自身體積2%的水。因此，在對穩(wěn)定土混合料實施拌和的過程中，應適當提高其實際含水量，以超出設(shè)計最佳含水量0.5%～1.0%為宜(相對普通土體而言，其它土體，如細粒粘土等，需在超出量上稍作調(diào)整，細粒粘土應超出1%～2%)，以確保水泥可以充分水化。

(4)施工工藝

①穩(wěn)定土混合料的拌和與碾壓。如果穩(wěn)定土混合料拌和的足夠均勻，則穩(wěn)定土將會形成較高的強度與穩(wěn)定性；相反，如果拌和不夠均勻，則水泥相對較少的部分不僅強度較低，而且還容易產(chǎn)生裂縫。穩(wěn)定土混合料自完成拌和至碾壓開始的間隔時間與碾壓的壓實度也會對穩(wěn)定土強度帶來影響。一般情況下，穩(wěn)定土混合料自完成拌和至碾壓開始的間隔時間不會少于2 h，所以要避免使用快硬與早強水泥。碾壓時嚴格控制施工參數(shù)，如在達到最佳含水量時進行碾壓，保證碾壓質(zhì)量。

②養(yǎng)生。穩(wěn)定土碾壓成型后，其強度隨著養(yǎng)生時間的延長而不斷增加，在早期的1～2個月中，穩(wěn)定土抗壓強度與混合料齡期保持對數(shù)關(guān)系。在養(yǎng)生過程中，要嚴格控制養(yǎng)生的溫度與濕度，施工時最低氣溫不能低于5 ℃，而且要在冰凍期到來前完工。資料顯示，相比在常規(guī)環(huán)境下，在潮濕環(huán)境下進行養(yǎng)生的試塊，其強度增長速度較快。基于此，應在實際的養(yǎng)生過程中，采取有效措施保持穩(wěn)定土表面濕潤，確保水泥可以充分發(fā)揮出固化作用。可用的養(yǎng)生措施有許多種，如覆蓋草席、粉土等。

2 水泥穩(wěn)定土干縮裂縫產(chǎn)生因素與防治方法

(1)穩(wěn)定土的混合料在拌和、碾壓的過程中其內(nèi)部水分不斷蒸發(fā)、散失，使混合料所含水分明顯減少。因水分的不斷減少會發(fā)生吸附、毛細管等作用，致使材料體積不同程度的收縮。研究表明，由于水泥水化等作用使水分減少而引發(fā)的收縮約占混合料收縮總量17%，超出其它任何一種原因引發(fā)的收縮，所以這也是產(chǎn)生收縮裂縫的重要因素。針對這一問題，在施工中必須對混合料含水量進行嚴格控制，尤其是在碾壓過程中的含水量。

(2)穩(wěn)定土混合料在完成攤鋪和碾壓之后，若未進行有效覆蓋，加之高溫、大風天氣影響，或長時間暴曬，會使其表面水分快速流失，產(chǎn)生裂縫。由這些原因產(chǎn)生的裂縫在實際情況中最為常見，應從以下幾個方面入手，做好防治工作：①混合料完成拌和后對其含水量等一系列關(guān)鍵指標進行檢查，確認合格后再送往施工現(xiàn)場，同時混合料進場前還需進行抽檢，抽檢合格的方可進場使用，未經(jīng)抽檢或抽檢不合格的禁止入場；②務必要在混合料達到最佳含水量時進行碾壓，并確保壓實度，避免少壓和漏壓；③穩(wěn)定土完成碾壓且經(jīng)檢驗確認合格后，及時進行養(yǎng)生，先覆蓋一層塑料膜保水，再根據(jù)混合料性質(zhì)確定是否需要采取其它養(yǎng)生措施，以及養(yǎng)生的持續(xù)時間，最后根據(jù)氣候情況定期灑水，避免其表面過快失水。

(3)若在施工時混合料的含水量較大，超出最佳含水量，則即使在碾壓后采用鋪筑瀝青面層的方式進行保護，也會有很大的幾率產(chǎn)生裂縫，并且這些裂縫一旦產(chǎn)生，還會在很短的時間內(nèi)反映至瀝青面層，造成整體損壞。這就要求施工中必須做好現(xiàn)場檢測和管理，通過有效的管控，確保施工處在最佳工況以內(nèi)，從而有效避免上述問題的發(fā)生。

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U416.214

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1008-3383(2017)11-0035-02

2017-09-13

彭如(1975-)，女，助理工程師，研究方向：道路橋梁。