遼寧省大粒徑抗裂型水泥穩定碎石抗裂效果評價與分析

韋洪峰

(遼寧省公路勘測設計公司 沈陽市 110006)

0 引言

遼寧省自“八五”以來，無機結合料穩定類基層開始成為典型基層型式，應用于各等級公路，以普通公路為例，全省10.6萬公里的普通公路中，99%以上公路基層為無機結合料穩定類基層。根據近年國省干線公路檢測情況分析，橫向裂縫作為無機結合料穩定類基層典型病害，覆蓋各等級道路，為分布最廣影響路網性能的主要路面病害。大粒徑抗裂型水泥穩定碎石基于無機結合料穩定類基層開裂原理，針對性調整材料組成，以7∶3粗細集料比，水泥劑量2.5%～3.0%，含水量小于4.2%，在材料組成上提出改善材料開裂的技術方案。

以六條大粒徑抗裂型水泥穩定碎石試驗路和常規級配水穩碎石基層對比段橫向裂縫病害連續觀測結果，對大粒徑抗裂型水泥穩定碎石材料橫向裂縫狀況進行評價，總結出大粒徑抗裂型水泥穩定碎石基層的抗裂效果和特點，提出技術應用建議。

1 大粒徑抗裂型水泥穩定碎石試驗路分布情況

大粒徑抗裂型水泥穩定碎石試驗路分別在遼南、遼中、遼西和遼東等遼寧省典型氣候地區，試驗路和常規級配對比段病害觀測采用定期觀測。

根據試驗路建設完成時間，路面病害調查時間、次數及區域氣候如表1所示。

表1 病害調查統計表(截止到2018年4月)

2 遼陽沈營線試驗路

遼陽沈營線試驗路路面結構為：3cm細粒式瀝青混凝土+7cm高模量瀝青混凝土+0.6cm稀漿封層+15cm水泥穩定碎石基層+20cm水泥穩定碎石底基層+舊路。試驗段水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，常規水穩碎石基層對比段為4.5%。該試驗路于2015年8月建成，12月對比段開始出現橫向裂縫，2016年1月中旬試驗段出現橫向裂縫。裂縫發展情況見圖1、圖2。

大粒徑抗裂型水泥穩定碎石基層在2015年、2016年和2017年三年寒月抗裂效果優異，貫通型裂縫間距超過120m，但自2017年2月路面邊緣裂縫急劇增加，特別是在重載的道路左幅，在重載交通荷載作用下，路肩開裂，橫向裂縫快速發展為貫通裂縫，造成裂縫加密，裂縫間距18.2m，貫通裂縫間距46m。而常規水穩碎石基層在竣工第一年的寒月，即已形成了早期較密的橫向裂縫，至2016年寒月裂縫間距即已達到20m，截止至2018年4月，裂縫間距11.7m?？沽研退€碎石基層具有一定的改善，但受重載交通影響，改善幅度低于彰武京沈線試驗段。

項目初期2年內裂縫平均間距排序為：2.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩碎石>3.0%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩碎石>3.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩碎石>4.0%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩碎石>4.5%水泥劑量常規水穩碎石。

3 朝陽朝葫線試驗路

朝陽朝葫線試驗路路面結構為：4cm細粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土+17cm水泥穩定碎石基層+20cm水泥穩定就地冷再生+舊路。試驗段水泥劑量為2.5%和3.0%，對比段常規水穩碎石為4.5%。該試驗路建成于2016年7月，首次觀測為2017年1月，首次觀測發現試驗段與對比段狀況良好，僅1條貫通裂縫。裂縫發展情況見圖3、圖4。

經過一個凍融期，2018年1月試驗段2.5%水泥劑量大粒徑抗裂型水穩碎石路段存在3條裂縫，且均為路肩裂縫，3.0%水泥劑量水穩碎石基層存在裂縫11條，其中貫通裂縫8條，至4月，2.5%抗裂型水泥穩定碎石裂縫間距為100m，抗裂效果明顯，3.0%抗裂型水泥穩定碎石裂縫間距相比1月份有明顯的增加，裂縫間距在32.3m；常規水穩碎石基層路段存在105條裂縫，其中37條為貫通裂縫，裂縫間距在13.2m。

本條試驗路大粒徑抗裂型水泥穩定碎石抗裂性能優勢較為明顯，裂縫間距改善超過2倍，2.5%劑量裂縫間距近100m，建成2年后趨于穩定，基本上無新增橫向裂縫；常規水穩碎石基層在建成1年內，橫向裂縫發展趨于穩定，后期新增裂縫數量有限，到2018年1月后，基本上趨于穩定。

4 營口莊西線試驗路

營口莊西線試驗路于2016年8月建成，路面結構為：4cm細粒式瀝青混凝土+6cm中粒式高模量瀝青混凝土+40cm抗裂型水泥穩定碎石基層。試驗段水泥劑量為2.5%和3.0%，對比段常規水穩碎石基層為4.5%。該試驗路首次觀測為2017年1月，試驗段2.5%水泥劑量路段僅有1條非貫通裂縫，3.0%水泥劑量路段存在7條非貫通裂縫，均為路肩裂縫；常規水穩碎石基層路段存在22條裂縫，其中7條為貫通裂縫。裂縫發展情況見圖5、圖6。

大粒徑抗裂型水穩碎石基層在建成初期，2.5%水泥劑量時抗裂性能優勢明顯，整條試驗路無橫向裂縫，直到經過一個冬季后出現1條貫通裂縫，全部裂縫平均間距為30m；常規水穩碎石基層平均裂縫間距為20m左右，與常規水穩碎石基層相比，2.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩碎石基層裂縫間距提高幅度接近150%。

至2018年1月第5次觀測時，2.5%水泥劑量路段存在21條裂縫，其中貫通裂縫僅有1條，3.0%水泥劑量路段存在30條裂縫，其中貫通裂縫為2條；常規水穩碎石基層路段裂縫總數81條，其中貫通裂縫20條。4月觀測期間，裂縫快速由路肩開裂發展為貫通裂縫，但抗裂型水泥穩定碎石基層以路肩開裂為主，貫通型裂縫間距2.5%水泥劑量段為125m，3.0%水泥劑量段為83.3m，而常規水泥穩定碎石基層以貫通型裂縫為主，表明抗裂型水泥穩定碎石抑制開裂性能明顯。

大粒徑抗裂型水穩碎石基層的橫向裂縫在建成初期抗裂性能優勢較為明顯，但隨著運行時間的推移，大粒徑抗裂型水穩碎石基層裂縫數量發展較快，直到1年半后，基本上無新增橫向裂縫；常規水穩碎石基層在建成初期裂縫發展較快，在建成1年內橫向裂縫發展趨于穩定，到2018年1月后基本上趨于穩定。

5 裂縫發展時間研究

根據已有研究成果，水泥穩定碎石基層的橫向裂縫主要受溫度收縮影響，而溫度收縮系數在低溫條件下較大，說明無機結合料穩定類材料低溫條件下，溫度變化對其收縮變形影響較大。根據病害調查統計結果，裂縫主要出現在寒冷冬季，具體數據見表2。

路面橫向裂縫的出現主要集中在冬季的12月至次年2月份，在此月份出現的裂縫占裂縫總數的比例最低為50%，最高達100%。裂縫的出現時間與項目所在區域也存在顯著聯系：撫順平桓線為遼寧省氣溫最低且溫差最大的地區之一，該區域試驗路裂縫90%以上出現在12月至次年1月份之間，且基本上經過一個冬季，裂縫發展均趨于穩定；遼陽沈營線處于遼寧中部，溫度相對較高，且溫差相對較低，該區域試驗路30%～50%的裂縫為此時間段產生。總體趨勢為隨著區域溫度的降低，溫差的增加，裂縫發展的時間越集中，且發展時間越短。

6 結論

根據各條試驗路與對比段橫向裂縫開裂狀況分析，大粒徑抗裂型水泥穩定碎石在抗裂性能上在部分區域取得較為明顯的抗裂效果?？傮w結論如下：

(1)水泥穩定碎石基層橫向裂縫主要呈現早期路肩開裂，在交通荷載和溫度應力共同作用下，快速形成貫通型裂縫。

(2)面層材料的低溫性能對路面結構橫向開裂影響應予以重視和提高，特別是重視并提高下面層材料的低溫性能要求。

(3)大粒徑抗裂型水穩碎石基層的裂縫間距整體上相對于常規水穩碎石基層具有一定的改善優勢，對改善基層收縮裂縫具有一定作用。在溫度較低地區大粒徑抗裂型水穩碎石基層的改善效果不明顯，應用時應針對不同區域進行單獨完善。

(4)抗裂型水穩基層的裂縫在路面建成2～3年內逐漸趨于穩定，且在該時間段內抗開裂效果明顯；中、輕交通條件下，長期道路開裂改善明顯，重載交通改善效果不明顯。

表2 試驗段寒月新增橫向裂縫比例統計表

(5)橫向裂縫病害65%以上為冬季1、2月份最寒月集中出現，溫縮影響是遼寧省橫向裂縫病害的主要誘因，對于撫順、昌圖等遼寧省低溫區域，低溫收縮影響更為顯著。

(6)抗裂型水穩基層的裂縫間距隨水泥劑量的增加而減小，因此建議在滿足性能要求的前提下，宜采用較低水泥劑量。

(7)抗裂型水穩碎石基層的應用需結合建設功能需求進行決策，遼寧省北部寒冷區和其他地區的重載交通路段，抗裂型水穩碎石基層的應用側重于改善基層的材料性能，提高承載力和抗疲勞能力，其他地區中、輕交通，可明顯改善橫向裂縫病害和提升基層材料的路用性能。