半刚性路面基层的缩裂特性

浅谈半刚性路面基层的缩裂特性
摘要：本文从路面基层设计、路基施工、养护管理及其他环节，结合本人的工程实践，分析了半刚性路面基层缩裂的特性。

关键词：半刚性；路面基层；缩裂；特性。

0前言：
随着公路建设事业的蓬勃发展，为适应现代化交通的需要，修建高等级公路势在必行。

半刚性材料具有强度高、稳定性好、刚度大等优点，故广泛用于公路路面基层，特别是高等级公路基层更是合适。

但是，半刚性基层也有不足之处，其变形能力低，在温度或湿度变化时易产生开裂，并反向到面层产生裂缝，使路面的使用性能受到严重的影响，这种反射对沥青路面的作用更加明显。

因此，对半刚性基层的缩裂特性研究，掌握其变化规律，保证基层的施工质量，提高路面使用性能及延长使用寿命等有着重要的现实意义。

一、半刚性基层材料的缩裂分类
半刚性基层材料的缩裂分为温缩与干缩两种。

温缩是由于温度变化而引起的收缩状态，用温缩系数at来表示。

干缩是由于含水量的变化，即湿度的变化而引起的收缩状态，用干缩系数aw来表示。

这两种缩裂在一定条件下对各种材料都有其自身的变化规律，研究其变化规律，利用有利条件，克服不利因素，才能更好地指导工程施工。

二、半刚性基层材料组成的缩裂特性
半刚性基层材料的缩裂特性，水泥稳定类与石灰稳定类各不相
同，其具体特点，经试验研究如下：
1.水泥稳定类
对同一水泥稳定类不同水泥剂量进行试验得到，随着水泥含量的增加，混合料的力学强度呈递增趋势，但收缩性质却不然。

起初随水泥含量的增多，温缩系数逐渐减少，当水泥含量超过5%时温缩系数基本不变，干缩系数则回升，在水泥含量为5%时温缩系数与干缩系数均为最小。

这说明一定的水泥含量能改善粒料的收缩性能。

同时，从不同温度区间来研究表明，在-10℃～0℃时，温缩系数有最大值，在0℃以上的温度，温缩系数要小得多。

因此，只要能保证水泥稳定料基层一直处于正温范围内，其温缩将减至最小。

2.石灰稳定类
在不同石灰配比中，石灰稳定类强度随石灰含量增加而增加，而温缩及干缩却大致呈现出一个规律，即初始随着石灰含量增加，温缩系数与干缩系数均减少，在石灰含量为10%时达到最小值，石灰含量进一步增加则使温缩系数与干缩系数呈上升趋势。

在0℃以上时温缩系数很小，进入负温度以后便急剧增大，多在-5℃～-10℃区间时温缩系数达最大值。

综上所述，在半刚性基层结构中，结合料相同含量不同，其温缩与干缩也不同，结合料种类不同对缩裂也有一定程度的影响。

进行结构类型选择，进行配比组成时应根据各地自然条件与周围环境来综合考虑，在潮湿和温差不大的环境中，由于水泥稳定类强度稳定性较好，因此也应优先考虑使用，但是水泥含量应控制约为5%，
使其具有较强的抗缩裂能力。

石灰稳定类，抗干缩和温缩能力都较差，宜采用水泥石灰综合稳定，以部分水泥代替部分石灰，提高其抗干缩能力，减轻缩裂程度，特别对稳定土时，更应注意土的含量与土的特性。

研究表明：若以最佳含水量状态下各种半刚性基层按温缩系数的大小排序是：石灰土＞石灰砂砾＞水泥砂砾。

对于含土较多的半刚性基层材料，以干缩为主，对于含集料较多的材料，以温缩为主。

半刚性基层的干缩主要发生在施工养护期阶段，当基层铺上面层以后，基层的含水量一般变化不大，此时其缩裂转化为以温缩为主。

半刚性基层材料的抗裂性能是以温缩抗裂系数与干缩抗裂系数来评价的，抗裂系数愈大，表明材料的抗裂性能愈强，在同样的条件下，能承受较大的温度或湿度的变化而不开裂。

按半刚性材料的温缩抗裂系数的大小（按最佳状态）排序为：水泥砂砾＞石灰砂砾＞石灰土。

按干缩抗裂系数的大小排序为：水泥砂砾＞石灰砂砾＞石灰土。

因此，在材料结构类型选择、配比设计时，应适当考虑采用抗裂系数大的材料组成。

在材料组成中，骨料含量对基层缩裂程度也有很大影响，骨料含量增多，其缩裂程度减少，经工程实践，半刚性基层骨料含量在70%～75%范围，可以满足基层的整体性，具有较好的缓裂作用。

因此在配比设计中应综合考虑稳定类型、配比含量、骨料情况，在保证基层有足够的强度和稳定性条件下，尽量减少缩裂程度。

三、半刚性基层缩裂的极限性与方向性
1.缩裂的极限性
极限性是指当缩裂的裂距达到一定程度时，新的收缩裂缝就不再发生了，这个终止的缝距称为缩裂的极限性。

缩裂的极限性与结构类型、温度、湿度及路幅有关，一般建成后初期开裂较小，以后逐年加密，也有部分结构类型，初期开裂快，以后速度缓慢。

不同的材料其缩裂的速度与密度各不相同，为提高使用性能及延长使用寿命，应避免缩裂在较短时间内达到极限状态。

根据工程实践，在一年期限稳定材料的裂距如下表：
2.缩裂的方向性
低温缩裂有明显的方向性，路幅宽度相当于横向自由端距离，纵向距离可视无限大。

在基层各个受力方向均匀作用下，横向缩裂应力可以传到自由端，而纵向缩裂长距离传递而形成破坏趋势，其破坏趋势，其破坏方向应沿纵向法线方向，即横向裂缝，然而，当缩裂距离小于路幅宽度时，产生纵向裂缝也有可能发生。

如果在施工过程中，混合料产生不均匀作用情况，缩缝方向性不明显，造成路面不规则损坏，这种混合料不均匀应采取措施予以克服。

四、施工工艺对基层缩裂的影响
半刚性基层铺筑时，由于温度和湿度变化的影响，而相应地产生温缩与干缩，这两个方面在施工期间应注意控制，特别是混合料含水量对基层缩裂较为明显。

工程实践表明，干硬性混合料可以明显降低路面缩裂的密度，在拌和时含水量应根据气候条件及工艺具
体情况进行调整，在碾压成型时的含水量应控制在最佳含水量的附近，使干缩程度减少，但是，片面追求减少干缩裂变，使混合料过干，从而造成碾压不够密实，降低强度，这是不科学的方法。

在施工中，为了准确控制含水量和配合比，半刚性基层混合料应采用机械场拌，并严格操作规程，碾压方式由静压与振动相结合。

拌和不均匀或运输及铺筑过程中混合料出现离析现象也将影响基层裂变，混合料离析很容易造成结构层内骨料集中，形成不规则裂变。

在半刚性基层养护期间，根据半刚性基层发生在施工初期阶段干缩较大的特点，在未铺筑面层之前应特别注意保持混合料具备足够的湿度，以免混合料失水，造成强度低，同时干缩裂缝密度大。

五结束语
为了综合发挥半刚性基层的优点，克服缺点，在结构组合、结构层类型选择、材料配比、施工工艺等方面应综合考虑。

然而，半刚性基层的缩裂内容不止这些，在此仅对一点内容进行探讨。

总之，半刚性基层结构是一个比较复杂的问题，对其缩裂的探讨仅只一点，并且其缩裂特性对路面的影响很容易被面层的现象所遮盖，进一步探求其规律，应对其进行大量长期观察、实践、分析和研究。

参考文献：
【1】《公路工程质量通病防治指南》人民交通出版社
【2】《公路工程通病分析与防治》人民交通出版社
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。