彭 如

(河北省石家莊市晉州市交通運(yùn)輸局公路管理站，河北 晉州 052260)

水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度及干縮裂縫的防治方法

彭 如

(河北省石家莊市晉州市交通運(yùn)輸局公路管理站，河北 晉州 052260)

在簡單介紹水泥穩(wěn)定土強(qiáng)度形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，提出穩(wěn)定土強(qiáng)度形成的主要影響因素，并根據(jù)穩(wěn)定土的性質(zhì)與特點(diǎn)，總結(jié)其干縮裂縫成因及影響因素，提出相應(yīng)的防治辦法。

水泥穩(wěn)定土；強(qiáng)度形成與影響因素；干縮裂縫形成與防治

1 水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度形成機(jī)理與影響因素

1.1 形成機(jī)理

水泥穩(wěn)定土是指在土中按比例摻加水泥，然后在實(shí)際含水量達(dá)到最佳值時進(jìn)行壓實(shí)，使其內(nèi)部發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，以改善土體性質(zhì)。其強(qiáng)度形成主要和三方面作用有關(guān)：其一，骨架作用，水泥在摻加到土體中后會發(fā)生水化反應(yīng)，生成凝結(jié)物質(zhì)，成為土體強(qiáng)度來源。這些凝膠物質(zhì)會在土體孔隙當(dāng)中搭接和交替，充分包裹土石顆粒，使其塑性性質(zhì)不斷喪失，并在凝膠物質(zhì)增多的過程中，進(jìn)一步提高混合土強(qiáng)度。其二，離子交換，在水泥水化反應(yīng)后生成的凝膠物質(zhì)中，氫氧化鈣占比約25%，在其溶于水之后，會增大鈣離子含量，減小土粒間距，使土粒不斷靠攏，產(chǎn)生凝聚作用，提高強(qiáng)度。其三，碳酸化作用，水泥水化反應(yīng)后生成的氫氧化鈣與二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)會生成碳酸鈣，加之氫氧化鈣和其它物質(zhì)反應(yīng)，如氧化鋁和氧化硅等，也會生產(chǎn)具有一定強(qiáng)度的晶體，從而提高了混合土的強(qiáng)度。

1.2 影響因素

(1)土質(zhì)

土質(zhì)會對水泥穩(wěn)定土實(shí)際強(qiáng)度造成直接影響，除了有機(jī)質(zhì)含量在20%以上，硫酸鹽含量在0.25%以上，塑性指數(shù)超過17的土，其它土均能摻加水泥形成水泥穩(wěn)定土，但是不同土的效果存在很大差別。

①可作為高等級公路工程水穩(wěn)基層的材料主要包括礫石土、石屑石碴、砂粒和碎石土等。選用級配良好的碎石或砂粒，不僅能減少水泥的實(shí)際用量，還能取得良好的加強(qiáng)效果。

②礫石與碎石壓碎值在高等級公路工程中不得大于30%，而在二級及以下公路工程中不得大于35%。

③對二級以下的公路工程，其顆粒的最大粒徑需控制在37.5 mm以內(nèi)，而高等級公路工程，需控制在31.5 mm以內(nèi)。在實(shí)際施工中，應(yīng)盡量選用塑性指數(shù)在12以內(nèi)且均勻系數(shù)不小于10的土。通過對實(shí)踐結(jié)果的總結(jié)與分析，可知穩(wěn)定、加強(qiáng)效果最顯著的砂性土，粘性土與粉性土其次。

(2)水泥

①水泥成分在很一定程度上也決定了穩(wěn)定土最終強(qiáng)度，通過實(shí)踐可知，相較鋁酸鹽水泥，硅酸鹽水泥具有更高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此外，穩(wěn)定土強(qiáng)度和水泥活性、比表面積成正比，因此應(yīng)盡量選用二者均較高的水泥；同時，還要考慮水泥的終凝時間及標(biāo)高，一般優(yōu)先選擇終凝時間在6h以上的低標(biāo)號水泥。

②實(shí)驗(yàn)表明，采用水泥的穩(wěn)定類混合材料強(qiáng)度和水泥用量成正比，但這并不代表可以一味增加水泥用量，因?yàn)樗嗨饔脮懦龊艽鬅崃?，一旦溫度控制不力，將產(chǎn)生表面收縮裂縫，影響外觀和質(zhì)量。根據(jù)推算結(jié)果，每層加一倍水泥用量，裂縫將增加近24倍。因此增加水泥用量并不是保證強(qiáng)度的可用方法，通常都將其控制在4%～8%范圍內(nèi)。而若從抗裂角度講，當(dāng)水泥實(shí)際用量保持在5%～6%范圍內(nèi)時，穩(wěn)定土顆粒將具有較好的抗干縮能力與抗溫縮能力，而用量一旦超過7%或小于3%，則顆?？沽研阅軐⒚黠@降低。因此，考慮到穩(wěn)定土的抗裂性能，在實(shí)際情況中建議將水泥用量控制在4%～6%以內(nèi)。

(3)含水量

①若穩(wěn)定土中含水量較少，則水泥和土就會產(chǎn)生“爭水”的現(xiàn)象，此時如果土體具有較高水親和力，則水泥會因缺水而無法充分水化或水解，對強(qiáng)度的形成造成影響。此外，當(dāng)穩(wěn)定土混合料中含水量不足時，將無法達(dá)到可保證壓實(shí)度的最佳含水量。

②水泥在發(fā)生水化作用時大約要消耗自身體積2%的水。因此，在對穩(wěn)定土混合料實(shí)施拌和的過程中，應(yīng)適當(dāng)提高其實(shí)際含水量，以超出設(shè)計最佳含水量0.5%～1.0%為宜(相對普通土體而言，其它土體，如細(xì)粒粘土等，需在超出量上稍作調(diào)整，細(xì)粒粘土應(yīng)超出1%～2%)，以確保水泥可以充分水化。

(4)施工工藝

①穩(wěn)定土混合料的拌和與碾壓。如果穩(wěn)定土混合料拌和的足夠均勻，則穩(wěn)定土將會形成較高的強(qiáng)度與穩(wěn)定性；相反，如果拌和不夠均勻，則水泥相對較少的部分不僅強(qiáng)度較低，而且還容易產(chǎn)生裂縫。穩(wěn)定土混合料自完成拌和至碾壓開始的間隔時間與碾壓的壓實(shí)度也會對穩(wěn)定土強(qiáng)度帶來影響。一般情況下，穩(wěn)定土混合料自完成拌和至碾壓開始的間隔時間不會少于2 h，所以要避免使用快硬與早強(qiáng)水泥。碾壓時嚴(yán)格控制施工參數(shù)，如在達(dá)到最佳含水量時進(jìn)行碾壓，保證碾壓質(zhì)量。

②養(yǎng)生。穩(wěn)定土碾壓成型后，其強(qiáng)度隨著養(yǎng)生時間的延長而不斷增加，在早期的1～2個月中，穩(wěn)定土抗壓強(qiáng)度與混合料齡期保持對數(shù)關(guān)系。在養(yǎng)生過程中，要嚴(yán)格控制養(yǎng)生的溫度與濕度，施工時最低氣溫不能低于5 ℃，而且要在冰凍期到來前完工。資料顯示，相比在常規(guī)環(huán)境下，在潮濕環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)生的試塊，其強(qiáng)度增長速度較快?；诖?，應(yīng)在實(shí)際的養(yǎng)生過程中，采取有效措施保持穩(wěn)定土表面濕潤，確保水泥可以充分發(fā)揮出固化作用?？捎玫酿B(yǎng)生措施有許多種，如覆蓋草席、粉土等。

2 水泥穩(wěn)定土干縮裂縫產(chǎn)生因素與防治方法

(1)穩(wěn)定土的混合料在拌和、碾壓的過程中其內(nèi)部水分不斷蒸發(fā)、散失，使混合料所含水分明顯減少。因水分的不斷減少會發(fā)生吸附、毛細(xì)管等作用，致使材料體積不同程度的收縮。研究表明，由于水泥水化等作用使水分減少而引發(fā)的收縮約占混合料收縮總量17%，超出其它任何一種原因引發(fā)的收縮，所以這也是產(chǎn)生收縮裂縫的重要因素。針對這一問題，在施工中必須對混合料含水量進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是在碾壓過程中的含水量。

(2)穩(wěn)定土混合料在完成攤鋪和碾壓之后，若未進(jìn)行有效覆蓋，加之高溫、大風(fēng)天氣影響，或長時間暴曬，會使其表面水分快速流失，產(chǎn)生裂縫。由這些原因產(chǎn)生的裂縫在實(shí)際情況中最為常見，應(yīng)從以下幾個方面入手，做好防治工作：①混合料完成拌和后對其含水量等一系列關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行檢查，確認(rèn)合格后再送往施工現(xiàn)場，同時混合料進(jìn)場前還需進(jìn)行抽檢，抽檢合格的方可進(jìn)場使用，未經(jīng)抽檢或抽檢不合格的禁止入場；②務(wù)必要在混合料達(dá)到最佳含水量時進(jìn)行碾壓，并確保壓實(shí)度，避免少壓和漏壓；③穩(wěn)定土完成碾壓且經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)合格后，及時進(jìn)行養(yǎng)生，先覆蓋一層塑料膜保水，再根據(jù)混合料性質(zhì)確定是否需要采取其它養(yǎng)生措施，以及養(yǎng)生的持續(xù)時間，最后根據(jù)氣候情況定期灑水，避免其表面過快失水。

(3)若在施工時混合料的含水量較大，超出最佳含水量，則即使在碾壓后采用鋪筑瀝青面層的方式進(jìn)行保護(hù)，也會有很大的幾率產(chǎn)生裂縫，并且這些裂縫一旦產(chǎn)生，還會在很短的時間內(nèi)反映至瀝青面層，造成整體損壞。這就要求施工中必須做好現(xiàn)場檢測和管理，通過有效的管控，確保施工處在最佳工況以內(nèi)，從而有效避免上述問題的發(fā)生。

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U416.214

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2017-09-13

彭如(1975-)，女，助理工程師，研究方向：道路橋梁。