探討抗裂性水泥穩定碎石

張光寧

摘 要：本文從四個方面闡述了影響水泥穩定碎石抗裂性能的因素。從水泥穩定碎石基層抗裂性的材料組成因素分析有兩個：基層的級配和水泥劑量。從水泥穩定碎石基層抗裂性的工藝環境因素分析也有兩個：溫度和含水量。

關鍵詞：抗裂性;溫度;級配;收縮;裂縫;優化;水泥穩定碎石

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A

公路路面施工中，水泥穩定碎石將級配碎石作為主材，由膠凝材料和灰漿填充內部，在工程建設和施工中主要采用嵌擠的方法達到壓實施工的效果。這里膠凝材料與灰漿在壓實度和密實度方面相似性較強，為保證結構強度，需要利用碎石間的嵌擠鎖結優勢。另外，利用灰漿填充框架結構中的空隙。工程施工中，受水泥穩定碎石強度的影響，結構的強度也會隨著時間的推移而有所增加。

1 水泥穩定碎石工藝特點

水泥穩定碎石工藝具有鮮明的特點。首先，水泥穩定碎石原材料來源較廣，取材便捷，可廣泛應用于市政道路工程中。其次，水泥穩定碎石強度較大，尤其是工程施工初期，凝結速度較快，5～7天的強度可超過20 MPa。再次，水泥穩定碎石工藝簡單易行，施工人員只需做好攪拌、攤鋪和壓實施工，基于機械化施工可有效提高施工效率，控制工程工期，也可有效改進工程質量，推動施工現代化的建設與發展。另外，水泥穩定碎石的穩定性優勢較為明顯，由于水泥穩定碎石的結構相對特殊，與其他材料相比，結構的通透性較強。最后，在工程建設和施工中，施工人員可根據工程設計和施工的要求合理調整水泥穩定碎石的結構和配合比，因此材料的靈活性較強，可有效控制材料的強度。

與此同時，水泥穩定碎石工藝本身也存在著明顯的不足，如高強度和高壓作用下，材料表面的磨損、消耗和剝離現象較為明顯。此外，在水泥穩定碎石施工中，干縮裂縫發生率較高，阻礙了該技術和工藝的廣泛應用。且該工藝對工程施工的時間要求十分嚴格，材料凝結時間較短，所有流程均需在材料凝結前完成，工程施工時間十分緊張。

2 抗裂性水泥穩定碎石

近幾年來，江蘇省修建了大量的高速公路，對水泥穩定碎石的基層結構也提出了越來越高的要求，省內很多工程實踐表明，水泥穩定碎石承載力高，工藝簡單，但缺點是容易產生干縮裂縫和溫縮裂縫。為了提高他的路用性能、延長使用壽命，抗裂性水泥穩定碎石應運而生，越來越受到重視，并且一些科研機構也相應展開了大量的研究。從水泥穩定碎石基層抗裂性的材料組成因素分析有兩個：基層的級配和水泥劑量。從水泥穩定碎石基層抗裂性的工藝環境因素分析也有兩個：溫度和含水量。本文主要這四個方面淺析影響抗裂性能的因素。

2.1 集料級配的影響

從抗裂型水穩出發，對基層規范級配進行優化，以達到抗裂的目的。公路設計規范中所規定的級配范圍比較寬，級配一般都能符合要求。因此，在具體應用中并不是只要在這個范圍內的級配就能滿足抗裂性能，要合理優化級配才能達到抗裂性能的要求。

水泥穩定碎石的收縮，重點從礦料級配出發，降低集料的總表面積，一方面在滿足強度的前提下，降低2.36 mm、0.6 mm、0.075 mm篩孔的集料比例;另一方面在滿足規范級配的形式上，提出優化的水泥穩定碎石級配。

從工程實踐出發，結合規范要求，本文作者認為4.75 mm篩孔通過率控制在32%～35%，0.075 mm篩孔通過率控制在2.5%～4.0%，水泥穩定碎石基層能在不影響強度的前提下，降低集料的總表面積，達到了抗裂性能的要求。

2.2 水泥劑量的影響

水泥劑量太小，水泥穩定碎石強度不能滿足承載力的要求，水泥劑量太大時既浪費材料，又會使基層產生裂縫，對面層構成局部破壞，從而引起瀝青面層相對應的反射裂縫。所以必須嚴格控制水泥劑量做到合理、精益求精以確保工程質量。

水泥作為穩定劑，其質量也至關重要。尤其是對基層的干縮裂縫、溫縮裂縫而言，除了盡量使用不化熱低、終凝時間長的水泥外，來要選用抗折強度大的水泥，因為抗折強度越大，混合料抵抗內部溫度應力的抗拉強度越大就越不容易產生溫縮裂縫。

在施工過程要做好水泥劑量控制，一方面要根據制定的滴定曲線對混合料進行EDTA滴定跟蹤檢測控制水泥劑量，另一方面每天對水泥總量進行校核，并每周或每月進行一次總校核。兩方面相結合，從而形成水泥劑量的雙控制。在實際施工過程中，由于水泥不同批號、礦料級配的變化等客觀因素會對滴定曲線產生一定的影響，因此在EDTA滴定控制時應根據實際情況，每周或幾周對EDTA滴定曲線進行驗證，并結合總量校核的結果進一步驗證，從而更好的控制水泥劑量。

2.3 溫度的影響

半剛性材料基層一般在高溫季節修建，成型初期基層內部含水量大，高溫使基層內部水份必然要蒸發，從而發生由表及里的干燥收縮。另一方面溫差大的季節施工時，成型初期強度上升慢，基層本身產生的強度不足以克服溫差產生的收縮應力造成溫度收縮。由此可見，施工溫度對水泥穩定碎石的抗裂性能有著極其重要的影響。

冬季可施工的時間段，溫度較為平均，溫差小，而且含水量蒸發慢，碾壓的最佳含水量容易達到，干燥收縮和溫度收縮不易產生，達到了抗裂的目的。低溫施工時，厚的覆蓋養生及延長養生時間是冬季施工抗裂的關鍵技術措施。因此，冬季施工是控制基層水泥穩定碎石產生裂縫的有效途徑之一。

2.4 含水量的影響

收縮裂縫的發生與發展和含水量有密切關系。含水量增大，干縮明顯呈線性增大;含水量小，混合料不但難以碾壓成型，而且因水泥的物理、化學反應不全面而造成結構層強度難以形成，造成板體松散。

從微觀角度分析，水泥穩定碎石混合料的干縮是由水分的散失引起的，失水越多，收縮愈大。這是因為混合料水分蒸發時毛細孔內水面下降，彎月面的曲率變大，在表面張力作用下水的內部壓力比外部壓力小，隨著毛細孔水的不斷蒸發，毛細孔中負壓逐漸增大，產生收縮力使混合料收縮。干縮另一個原因是水化物層間水的脫出，水化硅酸鈣的層間水分子具有吸水膨脹和脫水收縮的特征。

從控制干縮變形的角度考慮，施工工程中碾壓含水量應控制在最佳含水量。但實際情況又不能按預期的設想行事，運輸距離的長短，原材料含水量的不一致，天氣情況都是影響施工含水量控制難度的因素。

混合料拌和后場，每天由后場專職試驗人員在早上、中午、下午分別測定各種集料的含水量，根據施工配合比設計的最佳含水量指標，結合當時的氣溫、運距情況，后場原材料含水量情況，確定混合料拌和時的含水量。由于水穩拌和樓是連續式拌和機，含水量應根據實際情況隨時調整，在前場負責檢測壓實度的專職試驗人員，在混合料攤鋪整型過程中，也要及時測定混合料的含水量，及時與壓路機碾壓班長聯系，力求在最佳含水量條件下碾壓，盡量避免由于含水量過大，出現“彈簧”、“波浪”等現象，影響混合料達到壓實度和強度，增大混合料的干縮性，使結構層容易產生干縮裂縫，或由于含水量偏小，使混合料容易松散，不易碾壓成型，也會影響到壓實度和強度，因此只有嚴格控制施工含水量，加強各個環節的質量控制，才能保證施工質量。因此施工中必須嚴格控制含水量。

綜上所述，從以上論述分析的集料級配、水泥劑量、溫度、含水量四個方面采取控制措施，對于控制水穩級配碎石的裂縫產生，達到抗裂性能要求，能取得了良好的效果。

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