第一篇：國內外關于減小半剛性(無機結合料穩定材料)基層瀝青路面 收縮裂縫的措施和方法

《高等筑路材料》結題論文

學號：

姓名：

2013年10月

國內外關于減小半剛性（無機結合料穩定材料）基層瀝青路面

收縮裂縫的措施和方法

摘要：無機結合料穩定材料基層常被稱為半剛性基層，為我國目前使用最廣泛的路面基層類型。但無機結合穩定材料基層存在著一個較大缺點：因其本身容易產生收縮裂縫，故使路面形成反射裂縫。該文通過分析無機結合料穩定材料收縮裂縫的成因，介紹了國內外關于減少無機結合料穩定材料收縮裂縫的措施方法，以及這些措施的效果和發展趨勢，為實際工程提供參考。關鍵詞：無機結合料穩定材料；半剛性基層；收縮裂縫；

緒論

從 80 年代至今，經過“六五”、“七五”、“八五”科技攻關項目的研究，半剛性基層瀝青路面成套技術逐漸形成，成為我國高速公路的主要結構形式?，F在我國已建成的高速公路 95%以上都是半剛性基層瀝青路面，可以毫不夸張地講，我國高速公路的發展史就是半剛性基層瀝青路面的發展史。

在我國高速公路取得巨大成就的背后，我們應該清醒地看到與發達國家相比我們的高速公路尚處于較低的層次。前幾年由于受規范的限制和對規范理解上的偏差，盲目追求半剛性基層高強度、高模量，同時為追求取芯的過分完整和密實，拼命加大水泥劑量、增加細料含量，造成以懸浮結構、重型擊實成型為主的水泥穩定碎石基層裂縫嚴重。

無機結合料穩定路面在前期具有柔性路面的力學特性，當環境適宜時，其強度和剛度會隨著時間的推移而不斷增大，而且無機結合料穩定路面還具有穩定性好、抗凍性強、結構自身自成板體等特點，因此在我國無機結合料穩定材料已廣泛用于修建公路路面基層或底基層，但不足之處是抗變形能力差，對于溫度和濕度的變化比較敏感，在其強度形成的過程中，以及運營期間會產生干燥收縮裂縫和溫度收縮裂縫。而且，在交通荷載的作用下，這種收縮裂縫會擴展到瀝青面層而形成反射裂縫。其結果是破壞了路面的連續性和整體性，影響了路面的使用效果，更為嚴重的是裂縫的存在使得路表水有可能通過裂縫滲入到土基中，從而影響路基的強度和穩定性，導致路面的早期破壞。

1.什么是半剛性基層？

在粉碎的或原狀松散的土中摻入一定量的無機結合料(包括水泥、石灰或工業廢渣等)和水，經拌合得到的混合料在壓實和養生后，其抗壓強度符合規定要求的材料稱為無機結合料穩定材料，以此作為路面基層即稱為無機結合料穩定材料基層。由于無機結合料穩定材料的剛度介于柔性路面材料和剛性路面材料之間，常稱此為半剛性材料。因此也將無機結合料穩定材料基層稱為半剛性基層。

2.產生收縮裂縫的原因？

無機結合料穩定材料基層收縮裂縫分為干縮裂縫和溫度裂縫，它屬于非荷載型裂縫。(1)干縮裂縫

所謂干縮裂縫是指由于基層中的水份變化，而使材料產生收縮的現象。無機結合料穩定材料經拌和壓實后，由于蒸發和混合料內部發生水化作用，混合料的水份會不斷減少。由于水的減少而發生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化收縮作用等會引起半剛性材料產生體積收縮。例如石灰土、水泥土或水泥石灰土基層碾壓結束后，如果不及時養生或養生結束后未及時鋪筑面層，只要太陽暴曬，就可能出現干縮裂縫。隨著暴曬時間增長，裂縫會越來越嚴重，將基層切割成數平方米大小的小塊。即使是干縮性小的二灰穩定粒料和水泥穩定粒料基層，在養生結束后，如果暴曬時間過久，也會產生間距為5～10m的橫向裂縫。干縮裂縫主要是橫向裂縫，也有少數縱向裂縫，縫頂寬約0.5～3mm。如果面層是瀝青層，這種裂縫會向上反射，并導致瀝青面層形成反射裂縫。因此，提前采取措施防止無機結合料穩定基層開裂是個十分重要的問題。無機結合料穩定材料基層產生體積干縮的程度或干縮性(最大干縮性應變和平均干縮系數)的大小與下列一些因素有關：材料種類、結合料的含量、被穩定料的物理特性和礦物成份、含水量和齡期等。(2)溫度裂縫

無機結合料穩定材料是由固相(組成其空間骨架的原材料的顆粒和其間的膠結構)、液相(存在于固相表面與空隙中的水和水溶液)和氣相（存在于空隙中的氣體)組成。半剛性材料的外觀脹縮性是三相在降溫過程中相互作用，使半剛性材料產生體積收縮，即為溫度收縮，從而形成裂縫。溫度裂縫則主要包括低溫收縮裂縫和溫度疲勞裂縫兩種。低溫收縮裂縫是指隨著冬季大氣溫度的下降，路面溫度也隨著下降，這時基層材料開始收縮，而由于基層在路面結構中處于面層與底基層之間，由于面層、基層、底基層的收縮不一樣，上下受到約束，當氣溫下降到一定極限時，基層材料中的拉應力或拉應變一旦超過材料的抗拉強度或極限抗拉強度時，而引起基層的開裂，溫度收縮裂縫主要是橫向的。而溫度疲勞裂縫主要發生在太陽照射強烈、日溫差大的地區，在這種地區，基層白天溫度與夜間溫度之差相當大，在基層中產生較大溫度應力，這種溫度應力日復一日地反復作用在基層中，使基層產生疲勞開裂，由此產生的裂縫稱為溫度疲勞裂縫。不同材料的無機結合料穩定材料基層的溫縮性質差異很大，粒料越細溫縮性越大。半剛性基層養生后，若能及時鋪上瀝青面層，特別是較厚的瀝青面層，一般不會產生溫縮裂縫。值得注意的是，要避免溫縮和干縮的同時發生、互相加強。

3.減少無機結合料收縮裂縫的措施和方法

(1)南昌市城市規劃設計研究總院的孔健提出如下建議。

針對無機結合料穩定材料基層的收縮裂縫，目前主要采取以下措施：(1)選擇收縮性小的材料。在進行半剛性路面設計時，首先應該選用抗沖刷性能好、干縮系數和溫縮系數小的和抗拉強度高的材料做基層。粉粒f小于0．075mm含量少的粒料的抗沖刷性最好，水泥穩定粒料和密實式石灰粉煤灰穩定粒料是所有無機結合料材料中收縮系數最小的材料，應該首先選用這兩種材料做瀝青路面的基層。

(2)在采用水泥或石灰粉煤灰穩定粒料(土)做瀝青路面的基層時，應盡量采用不含塑性細土的級配粒料。如果天然粒料土中含有過多的塑性細土，應篩除部分塑性細土或摻配粗集料，使其含量減到最小，以減小結合料穩定混合料的收縮性，使結合料穩定粒料基層可能產生的收縮裂縫減到最小。

(3)采用合適的無機結合料穩定材料基層混合料配合比設計。

a．保證粗集料含量?；旌狭现写旨虾吭?5％以上時，能有效減少收縮裂縫的產生。

b．使用骨架密實結構礦料的級配，密室因其碎石處于骨架結構，而其骨架中間用密實的小碎石填充，大小碎石間用結合材料粘合，這樣材料的抗溫度(或抗干燥)收縮性能都比較好采用合適的配合比設計。

(4)為保證收縮裂縫不呈現最大值，應盡可能考慮在溫差較小的條件下施工無機結合料穩定材料基層。對于無機結合料材料尤其是無機結合料材料溫差的控制，主要考慮三個特征值：半剛性基層施工時的溫度、基層材料最高溫度、最終溫度或外界氣溫，除了從無機結合料穩定材料基層原材料、配合比等方面降低水化熱溫升之外，其它降低溫差的措施還有：

a．水泥、水及砂石等原材料在夏天施工時應有一定的遮蔽措施，防止陽光直接照射使無機結合料穩定材料基層原材料的溫度過高。

b．充分利用某些天然條件，如利用夜間或有利的低溫季節進行無機結合料穩定材料基層的施工以降低施工時溫度。

c．在拌和無機結合料穩定材料基層時可以采用冰水或摻冰以及預冷骨料等以降低施工時溫度。

d．無機結合料穩定材料基層碾壓完畢，表面應覆蓋一定保溫材料，以減少半剛性基層內外溫差，防止基層材料溫度的驟然變化及水分的迅速揮發。

(5)計量準確。基層施工中必須嚴格按試驗確定的結合料劑量進行控制，計量一定準確。

(6)拌和均勻。施工中劑量不僅要計量準確，而且要拌和充分、均勻，不出現灰條、灰團和花面，混和料色澤一致。

(7)無機結合料穩定材料基層有一共同特性，就是其干縮應變隨混合料的含水量增加而增大。施工碾壓時的含水量愈大，結構層愈容易產生干縮裂縫，因此，施工中要嚴格控制壓實含水量，不允許灑水車在工作面上停車或調頭，防止灑水不勻。由于在最佳含水量下壓實的基層材料，具有較大的收縮變形，所以應在小于最佳含水量下壓實成型。當含水量為最佳含水量的0.85～0.95倍時，施工的壓實成型并不困難，還可減少收縮裂縫。

(8)采用乳化瀝青封層保濕養生?；鶎映尚秃螅捎脼⑺B生，很容易使含水量驟高驟低，增加縮裂的可能。采用乳化瀝青保濕養生可使含水量變化均勻，防止收縮裂縫的產生。

(9)對于有較厚瀝青面層的無機結合料穩定材料基層，如果在施工過程中保證在鋪筑瀝青面層之前基層不產生收縮裂縫，在路面使用過程中，瀝青面層內的裂縫將是瀝青面層本身的溫度裂縫，由基層裂縫引起的反射裂縫所占比例將很小，甚至沒有，即可以減少瀝青面層內的裂縫總數。因此，施工過程中保證無機結合料穩定材料基層不產生收縮裂縫，應作好基層的初期養護。

a．無機結合料穩定材料基層碾壓完成后，要及時養生，保護混合料的含水量不受損失，決不能讓基層曝曬變干開裂。

b．無機結合料穩定材料層碾壓完成后最遲在養生結束后，應立即噴灑瀝青乳液，做成透層。

c．透層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。透層雖有一定的保溫保濕作用，但時間稍長，無機結合料穩定材料混合料的水份也會損失并產生干縮裂縫；在溫差大的情況下，無機結合料穩定材料基層也可能產生溫縮裂縫，為了保護基層不產生收縮裂縫，必須在5～10d內鋪筑瀝青面層。

(10)在一般道路上，無機結合料穩定材料基層上的瀝青面層較薄。在這種薄或較薄的瀝青面層下，即使在鋪筑瀝青面層前，無機結合料穩定材料基層沒有開裂，在鋪筑瀝青面層后，基層也難于避免會產生干縮裂縫（特別在干旱地區)和溫縮裂縫(特別在冰凍地區)或干縮與溫縮的綜合裂縫。因此，對于這種半剛性基層薄(或較薄)瀝青面層結構，應在無機結合料穩定材料基層碾壓完成后，按施工規范進行養生。養生結束后，在基層頂面噴灑透層瀝青，盡可能先做個下封層，然后開放交通半月以上(開放交通的時間盡可能長些)，待無機結合料穩定材料基層的收縮裂縫完成后，再鋪筑瀝青面層，這樣可明顯減少反射裂縫。

(11)設預留縫。在無機結合料穩定材料基層中每隔一段距離設一道收縮縫f基層成型后，用混凝土切縫機切割即可)，能起到較好的止裂作用，縫的間距將隨所用半剛性材料類型、瀝青質量和當地氣溫條件而變，具體需要通過試驗路確定。一般情況下，間距為8～12m。如在預留縫上鋪一幅寬3m的玻璃纖維布效果更好。[1]

(2)國內外學者還提出了以下的解決方法：

1．長安大學蔣應軍在水泥穩定碎石收縮裂縫防治研究中提出骨架密實結構的水泥穩定碎石混合料，通過研究得出如下結論：

水泥穩定碎石混合料的干縮主要是通過毛細管張力作用、吸附水及分子間力作用、層間水作用及碳化收縮作用四個過程引起的宏觀體積收縮。其干燥收縮值與材料剛度成反比，與含水量成正比。同樣材料組成下，用粉煤灰代替一定量的水泥可以改善水泥碎石混合料的路用性能。

2．長安大學張嘎吱等進行了“考慮抗裂性的水泥穩定類材料的配合比設計方法研究”，得出如下結論：

相同級配的水泥穩定碎石混合料存在一相應于最小溫縮系數的最佳水泥劑量。水泥穩定類材料干縮率隨含水量變化是一近似拋物線的發展過程。水泥穩定碎石混合料中0.075mm 以下的細集料含量越多，混合料抵抗收縮能力越差。水泥穩定類材料整體級配越細，干燥收縮越大；級配接近于懸浮結構，干縮性越大，且干縮破壞主要發生在早期。

3．長安大學楊紅輝等進行了。水泥穩定碎石抗裂機理及評價方法。的研究，得出研究成果如下：

應用均勻試驗研究了水泥、膨脹劑及纖維等對水泥穩定碎石混合料抗裂性能的作用規律。試驗表明，水泥含量對混合料的路用性能具有顯著影響，水泥含量越大，水泥碎石混合料抗裂能力越差。膨脹劑提高了水泥碎石材料的強度和剛度，能有效抑制水泥穩定碎石混合料產生早期干燥收縮裂縫。

4．江蘇省交通科學研究院進行了“水泥穩定碎石抗裂設計方法”的研究，得出如下研究成果：

過高的水泥用量會導致抗裂能力的下降。室內研究表明適量的外加劑能顯著降低水泥穩定碎石混合料的干縮應變?；旌狭霞壟溥^粗（4.75mm 通過率 29%）時基層彎沉值較大，級配較細（規范中值）時由于細集料偏多容易導致裂縫，因此建議集料級配宜控制 4.75mm 通過率為 34%左右。

5．長安大學李美江等通過“道路材料振動壓實研究”采用振動成型方式對水泥穩定碎石材料進行了初步研究，得出如下研究結論： 水泥穩定碎石混合料振動壓實時響應頻率在35Hz左右，最佳振幅在1.3mm－1.7mm之間。振動壓實成型方式極大的提高了試件的抗壓強度，而混合料最大干密度提高相對較小。對級配良好的易于振動壓實的水泥穩定碎石混合料，靜面壓力、激振力等振動參數對達到標準震實狀態所需的振動時間影響很大。

6．美國 K.P.喬治等人研究了水泥穩定土的干縮特性，并論述了影響水泥穩定土收縮的因素：

在其它條件相同的情況下，土中粘粒含量愈多水泥穩定土收縮能力越強。試件含水量越大，試件干縮應變越大，所以在基層施工中要嚴格控制含水量。密實度越大，試件干縮應變越小，故而減小基層開裂可以用增加壓實功能來改善。[2]

7.針對基層材料本身的抗裂措施，實際上就是采取措施減小半剛性材料的收縮性能，增強其抗拉性能，可以通過摻加添加劑或者是加筋材料來限制其收縮，也可以通過改善半剛性基層材料各組成成分的性能來增強基層的抗裂性能。

（1）在半剛性基層材料中摻入短纖維可有效地提高穩定土的抗裂性能，蘇州科技學院的董蘇波等人對玻璃纖維二灰穩定碎石的強度和剛度進行了試驗，結果表明，玻璃纖維可提高二灰碎石半剛性基層的強度，降低其剛度，并且可有效改善二灰碎石基層的韌性。

（2）長沙交通學院的陳嘩在試驗的基礎上探討了聚丙烯短纖維增強二灰穩定土的性能，而徐劍則通過在水泥穩定土中摻加格網碎片來增強基層的抗裂性能。

（3）在日本，用水泥和特殊瀝青乳劑綜合穩定使水泥與瀝青混合以防水分的蒸發，而瀝青乳劑中的水分則供給水泥硬化，使收縮系數隨瀝青劑量的增加而減小。

（4）長安大學的戴經梁和蔣應軍等通過大量試驗認為，改善半剛性材料的級配，采用骨架密實結構能顯著減小半剛性基層的收縮量，增強基層的抗裂性。對于組成半剛性基層的材料來說，諸多的研究都表明:在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量，并且盡量選用低標號、水化熱小、干縮性小的水泥，適當加入緩凝減水劑、緩凝阻裂劑、減縮劑等外加劑，為提高后期強度，減少收縮裂縫可用粉煤灰代替部分水泥劑量等。

（5）在我國高等級公路基層穩定材料中，二灰穩定粒料要比水泥穩定粒料抗收縮開裂能力強，而且，能大量利用工業廢料(粉煤灰)，經濟性好，因而應用非常廣泛。但是，由于二灰穩定粒料早期強度低，施工進度受到限制，且表面松散，不利于層間結合，逐漸被水泥穩定粒料基層所代替。

8.在基層施工中所采取的一個重要的防止裂縫產生的措施就是對基層采取預裂措施，在瀝青面層鋪筑之前，人為地制造規則的裂縫或不規則的裂紋網。

（1）德國1986年新規范規定，當瀝青罩面層的厚度小于或等于14cm時，不管基層厚度多大，只要基層抗壓強度超過12MPa，基層必須預先切縱縫和橫縫。

（2）前蘇聯有關規范指出，為了減少裂縫的破壞作用，避免薄瀝青面層下水泥穩定土基層產生不規則的裂縫反射到瀝青面層上，建議基層每隔8一12m做一假縫，縫深6一8cm，縫寬10一12mm。鋸縫后立即用瀝青馬蹄脂填縫，并對瀝青面層產生的規則且較整齊反射裂縫也采用瀝青馬蹄脂填縫。目前，在我國該工藝已得到廣泛應用，許多實際應用的工程實例都表明此項工藝對防治半剛性基層的收縮裂縫確有成效。許多研究者針對不同半剛性材料基層設置預劇縫的計算以及具體工藝過程都進行了一定的研究探討。

9.國外很多學者認為微細裂縫的傳荷能力好，會大大減輕甚至完全消除寬縫的出現，如捷克斯洛伐克在水泥穩定材料硬結過程中，用反復碾壓的方法人為地創造微細裂縫網;科威特在新鋪的水泥土基層上用重型鋼輪壓路機碾壓，故意使水泥土基層預先開裂?；鶎拥氖┕べ|量是決定基層是否開裂的關鍵，要保證基層有足夠的壓實度，嚴格控制基層的含水量，并且為降低溫差適當安排基層施工的[3]季節和時間。

4.結論

以上就是國內外關于減小無機結合料穩定材料基層瀝青路面收縮裂縫的措施和方法。雖然無機結合料穩定材料基層瀝青路面因容易產生裂縫而限制其廣泛應用。但是，在設計合理、施工質量保證前提下，采用一些措施和方法可有效地減少無機結合料穩定基層的裂縫產生。

參考文獻 【1】 孔??；減小無機結合料穩定材料基層瀝青路面收縮裂縫的措施和方法[J]；城市道橋與防洪；2011年01期

【2】 張紅春；半剛性基層瀝青路面綜合抗裂技術研究[D];長安大學；2008年 【3】 張鵬；高等級公路半剛性基層材料的抗裂性能研究[D];大連理工大學；2007年