公路工程二灰碎石基层缩裂的防治措施
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摘要: 近年来,城市化水平的不断提高,公路的建设成为开拓城市的前锋,简述了半刚性基层的概念,以及半刚性基层的常见类型及其适用情况,本文重点介绍了二灰碎石基层产生缩裂的两种情况及产生的原因,主要针对这两种缩裂类型提出了防止缩裂的具体措施,以尽量减少裂缝的产生，可供同行借鉴。
1.引言
在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰或工业废渣等)和水,经拌和得到的混合料在压实与养生后,其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料,由于此类材料的刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间,常称为半刚性材料。这类材料的特点是稳定性好,抗冻性能强、结构本身自成板体等,但其耐磨性差,因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。
基层材料的类型主要有石灰稳定类、水泥稳定类和工业废渣稳定类等,石灰土和水泥土由于其水稳定性较差,不能作为高速公路或一级公路的基层,必要时可作为底基层使用。“二灰”主要是指石灰和粉煤灰,二灰碎石基层是用石灰、粉煤灰和标准碎石按一定配比,加水拌和、摊铺、碾压及养生而成型的基层。二灰碎石具有强度高、水稳定性好、抗冲刷能力强、施工工艺相对简单等优点,得到了广泛的应用。目前,我国大部分高等级公路路面基层均采用二灰碎石基层。但是,在实际应用中,也暴露出该类材料的一些不足,其中最为突出的是二灰碎石基层的缩裂问题。二灰碎石所固有的温缩和干缩特性易使二灰碎石基层产生收缩裂缝,并导致沥青面层反射裂缝或对应裂缝的产生。由于收缩裂缝的产生使道路使用性能和耐久性下降,工程投资和维护费用增加,成为当前路面工程建设中急需解决的重大难题。
2.缩裂产生的原因
二灰碎石基层的缩裂分为“干缩”和“温缩”。根据其强度形成的机理分析,缩裂的原因主要有以下几个方面。
2.1干缩
二灰碎石由固、液、汽三相构成,其“干缩”是由液相、固相体积变化而引起的。(1)由于水分蒸发使稳定土颗粒表面的水膜变薄,颗粒间由于毛细作用而引力增大,引起体积收缩,随着颗粒间距变小,颗粒间因分子引力增大,体积进一步收缩;(2)由于二灰碎石中含有H2O,Ca(OH)2 ,水化硅酸钙和水化铝酸钙等,在施工及养生过程中,其内部的结晶水化物由于风化失去结晶水,导致体积减小;(3)Ca(OH)2 与空气中的CO2 发生碳化反应,析出水分而引起体积收缩;这些都将促使其产生“干缩”现象。
2.2温缩
“温缩”主要是由于昼夜温度变化或者是季节性的温度变化,二灰碎石疲劳破坏,导致温度裂缝的产生。
3.缩裂的防治措施
对于二灰碎石基层缩裂的防治,应该从材料的选择、施工质量控制以及养生条件等多方面来进行。
3.1材料的选择
在材料的选择上,应该选用合格的建筑材料。其中,石灰应是消石灰粉或生石灰粉,对高速公路或一级公路宜用磨细的生石灰粉。石灰质量应符合Ⅲ级以上的技术标准,并要尽量缩短石灰的存放时间。在同等石灰剂量下,质量好的石灰稳定效果好。粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣,主要成分是SiO2 和Al2 O ３其总含量一般要求超过,70%。粉煤灰的烧失量一般要小于20%,粒径变化在0.001 mm~0.3 mm之间,其比表面积一般在2 000 cm2／ g~3 500 cm2／ /g之间,如达不到上述要求,应通过试验后,才能采用。干粉煤灰和湿粉煤灰都可以使用。干粉煤灰堆放时应洒水以防飞扬。湿粉煤灰堆放时,含水量不宜超过35%。粉煤灰不应含有团块、腐殖质及有害杂质。使用时应将凝固的粉煤灰块打碎或过筛。
为了防止裂缝,采用石灰与粉煤灰的配比为1∶3~1∶4,集料含量为80%~85%左右为最佳,既可抗干缩又可抗温缩。不少地区在修筑高级或次高级路面时选用这种基层和底基层,既减少了因基层反射裂缝而引起的面层开裂问题,还减轻了沥青路面的车辙现象。
3.2控制施工质量
(1)控制细集料所占比例,避免使用有机质含量高的集料。细集料增加导致混合料的最佳含水量偏高,压实后液相体积大,待二灰碎石固化后,其干缩变形和温缩变形较大,从而产生较大缩裂。有机质含量高的集料呈酸性,不利于火山灰反应,导致土体强度下降。(2)控制压实含水量,施工含水量不超过最佳含水量1%,运料车加盖毡布,避免运输途中因蒸发而引起水分损失。(3)二灰碎石混合料应用拌合机械集中拌和,不得采用路拌;用摊铺机铺筑,防止水分蒸发和产生离析;碾压和整型的全部操作应在当天完成。最好采用振动压路机碾压,压实度应达到规定的要求。
3.3创造合适的养生条件
施工完成后,对养生阶段要引起足够的重视。创造良好的养生条件,尽量减少裂缝的产生。主要应注意:1)半刚性基层碾压完后,应及时地进行养生,以保护混合料的含水量不受损失,避免基层曝晒而变干开裂。养生期一般为7 d,养生期结束,应立即浇洒透层油。(2)高温保湿养生。养生温度越高,二灰碎石的水化反应越剧烈,混合料的强度就越高。但不能在其上洒过多的水,否则表面结晶水化物溶解流失,就会在基层与底基层之间形成素土的夹泥软弱层,致使通车后沥青混凝土路面出现局部网裂。(3)养生时要采用适当的方式覆盖,以免基层表面因曝晒而产生开裂。
综合来看,二灰碎石的“干缩”和“温缩”不是独立的,而是同时发生的,“干缩”较“温缩”对二灰碎石基层的负面影响较大,在工程实践中要予以高度重视。以上介绍的几种缩裂防治措施也不是相互独立的,需要贯穿于工程从设计到养生结束的全过程。
参考文献:
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