遼寧省大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石抗裂效果評價與分析

韋洪峰

(遼寧省公路勘測設(shè)計(jì)公司 沈陽市 110006)

0 引言

遼寧省自“八五”以來，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層開始成為典型基層型式，應(yīng)用于各等級公路，以普通公路為例，全省10.6萬公里的普通公路中，99%以上公路基層為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層。根據(jù)近年國省干線公路檢測情況分析，橫向裂縫作為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層典型病害，覆蓋各等級道路，為分布最廣影響路網(wǎng)性能的主要路面病害。大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層開裂原理，針對性調(diào)整材料組成，以7∶3粗細(xì)集料比，水泥劑量2.5%～3.0%，含水量小于4.2%，在材料組成上提出改善材料開裂的技術(shù)方案。

以六條大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)路和常規(guī)級配水穩(wěn)碎石基層對比段橫向裂縫病害連續(xù)觀測結(jié)果，對大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石材料橫向裂縫狀況進(jìn)行評價，總結(jié)出大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂效果和特點(diǎn)，提出技術(shù)應(yīng)用建議。

1 大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)路分布情況

大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)路分別在遼南、遼中、遼西和遼東等遼寧省典型氣候地區(qū)，試驗(yàn)路和常規(guī)級配對比段病害觀測采用定期觀測。

根據(jù)試驗(yàn)路建設(shè)完成時間，路面病害調(diào)查時間、次數(shù)及區(qū)域氣候如表1所示。

表1 病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)表(截止到2018年4月)

2 遼陽沈營線試驗(yàn)路

遼陽沈營線試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)為：3cm細(xì)粒式瀝青混凝土+7cm高模量瀝青混凝土+0.6cm稀漿封層+15cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm水泥穩(wěn)定碎石底基層+舊路。試驗(yàn)段水泥劑量為2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，常規(guī)水穩(wěn)碎石基層對比段為4.5%。該試驗(yàn)路于2015年8月建成，12月對比段開始出現(xiàn)橫向裂縫，2016年1月中旬試驗(yàn)段出現(xiàn)橫向裂縫。裂縫發(fā)展情況見圖1、圖2。

大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層在2015年、2016年和2017年三年寒月抗裂效果優(yōu)異，貫通型裂縫間距超過120m，但自2017年2月路面邊緣裂縫急劇增加，特別是在重載的道路左幅，在重載交通荷載作用下，路肩開裂，橫向裂縫快速發(fā)展為貫通裂縫，造成裂縫加密，裂縫間距18.2m，貫通裂縫間距46m。而常規(guī)水穩(wěn)碎石基層在竣工第一年的寒月，即已形成了早期較密的橫向裂縫，至2016年寒月裂縫間距即已達(dá)到20m，截止至2018年4月，裂縫間距11.7m?？沽研退€(wěn)碎石基層具有一定的改善，但受重載交通影響，改善幅度低于彰武京沈線試驗(yàn)段。

項(xiàng)目初期2年內(nèi)裂縫平均間距排序?yàn)椋?.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石>3.0%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石>3.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石>4.0%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石>4.5%水泥劑量常規(guī)水穩(wěn)碎石。

3 朝陽朝葫線試驗(yàn)路

朝陽朝葫線試驗(yàn)路路面結(jié)構(gòu)為：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土+17cm水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm水泥穩(wěn)定就地冷再生+舊路。試驗(yàn)段水泥劑量為2.5%和3.0%，對比段常規(guī)水穩(wěn)碎石為4.5%。該試驗(yàn)路建成于2016年7月，首次觀測為2017年1月，首次觀測發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)段與對比段狀況良好，僅1條貫通裂縫。裂縫發(fā)展情況見圖3、圖4。

經(jīng)過一個凍融期，2018年1月試驗(yàn)段2.5%水泥劑量大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石路段存在3條裂縫，且均為路肩裂縫，3.0%水泥劑量水穩(wěn)碎石基層存在裂縫11條，其中貫通裂縫8條，至4月，2.5%抗裂型水泥穩(wěn)定碎石裂縫間距為100m，抗裂效果明顯，3.0%抗裂型水泥穩(wěn)定碎石裂縫間距相比1月份有明顯的增加，裂縫間距在32.3m；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層路段存在105條裂縫，其中37條為貫通裂縫，裂縫間距在13.2m。

本條試驗(yàn)路大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能優(yōu)勢較為明顯，裂縫間距改善超過2倍，2.5%劑量裂縫間距近100m，建成2年后趨于穩(wěn)定，基本上無新增橫向裂縫；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層在建成1年內(nèi)，橫向裂縫發(fā)展趨于穩(wěn)定，后期新增裂縫數(shù)量有限，到2018年1月后，基本上趨于穩(wěn)定。

4 營口莊西線試驗(yàn)路

營口莊西線試驗(yàn)路于2016年8月建成，路面結(jié)構(gòu)為：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm中粒式高模量瀝青混凝土+40cm抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層。試驗(yàn)段水泥劑量為2.5%和3.0%，對比段常規(guī)水穩(wěn)碎石基層為4.5%。該試驗(yàn)路首次觀測為2017年1月，試驗(yàn)段2.5%水泥劑量路段僅有1條非貫通裂縫，3.0%水泥劑量路段存在7條非貫通裂縫，均為路肩裂縫；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層路段存在22條裂縫，其中7條為貫通裂縫。裂縫發(fā)展情況見圖5、圖6。

大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層在建成初期，2.5%水泥劑量時抗裂性能優(yōu)勢明顯，整條試驗(yàn)路無橫向裂縫，直到經(jīng)過一個冬季后出現(xiàn)1條貫通裂縫，全部裂縫平均間距為30m；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層平均裂縫間距為20m左右，與常規(guī)水穩(wěn)碎石基層相比，2.5%水泥劑量的大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層裂縫間距提高幅度接近150%。

至2018年1月第5次觀測時，2.5%水泥劑量路段存在21條裂縫，其中貫通裂縫僅有1條，3.0%水泥劑量路段存在30條裂縫，其中貫通裂縫為2條；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層路段裂縫總數(shù)81條，其中貫通裂縫20條。4月觀測期間，裂縫快速由路肩開裂發(fā)展為貫通裂縫，但抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層以路肩開裂為主，貫通型裂縫間距2.5%水泥劑量段為125m，3.0%水泥劑量段為83.3m，而常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石基層以貫通型裂縫為主，表明抗裂型水泥穩(wěn)定碎石抑制開裂性能明顯。

大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層的橫向裂縫在建成初期抗裂性能優(yōu)勢較為明顯，但隨著運(yùn)行時間的推移，大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層裂縫數(shù)量發(fā)展較快，直到1年半后，基本上無新增橫向裂縫；常規(guī)水穩(wěn)碎石基層在建成初期裂縫發(fā)展較快，在建成1年內(nèi)橫向裂縫發(fā)展趨于穩(wěn)定，到2018年1月后基本上趨于穩(wěn)定。

5 裂縫發(fā)展時間研究

根據(jù)已有研究成果，水泥穩(wěn)定碎石基層的橫向裂縫主要受溫度收縮影響，而溫度收縮系數(shù)在低溫條件下較大，說明無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料低溫條件下，溫度變化對其收縮變形影響較大。根據(jù)病害調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，裂縫主要出現(xiàn)在寒冷冬季，具體數(shù)據(jù)見表2。

路面橫向裂縫的出現(xiàn)主要集中在冬季的12月至次年2月份，在此月份出現(xiàn)的裂縫占裂縫總數(shù)的比例最低為50%，最高達(dá)100%。裂縫的出現(xiàn)時間與項(xiàng)目所在區(qū)域也存在顯著聯(lián)系：撫順平桓線為遼寧省氣溫最低且溫差最大的地區(qū)之一，該區(qū)域試驗(yàn)路裂縫90%以上出現(xiàn)在12月至次年1月份之間，且基本上經(jīng)過一個冬季，裂縫發(fā)展均趨于穩(wěn)定；遼陽沈營線處于遼寧中部，溫度相對較高，且溫差相對較低，該區(qū)域試驗(yàn)路30%～50%的裂縫為此時間段產(chǎn)生?？傮w趨勢為隨著區(qū)域溫度的降低，溫差的增加，裂縫發(fā)展的時間越集中，且發(fā)展時間越短。

6 結(jié)論

根據(jù)各條試驗(yàn)路與對比段橫向裂縫開裂狀況分析，大粒徑抗裂型水泥穩(wěn)定碎石在抗裂性能上在部分區(qū)域取得較為明顯的抗裂效果?？傮w結(jié)論如下：

(1)水泥穩(wěn)定碎石基層橫向裂縫主要呈現(xiàn)早期路肩開裂，在交通荷載和溫度應(yīng)力共同作用下，快速形成貫通型裂縫。

(2)面層材料的低溫性能對路面結(jié)構(gòu)橫向開裂影響應(yīng)予以重視和提高，特別是重視并提高下面層材料的低溫性能要求。

(3)大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層的裂縫間距整體上相對于常規(guī)水穩(wěn)碎石基層具有一定的改善優(yōu)勢，對改善基層收縮裂縫具有一定作用。在溫度較低地區(qū)大粒徑抗裂型水穩(wěn)碎石基層的改善效果不明顯，應(yīng)用時應(yīng)針對不同區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)完善。

(4)抗裂型水穩(wěn)基層的裂縫在路面建成2～3年內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定，且在該時間段內(nèi)抗開裂效果明顯；中、輕交通條件下，長期道路開裂改善明顯，重載交通改善效果不明顯。

表2 試驗(yàn)段寒月新增橫向裂縫比例統(tǒng)計(jì)表

(5)橫向裂縫病害65%以上為冬季1、2月份最寒月集中出現(xiàn)，溫縮影響是遼寧省橫向裂縫病害的主要誘因，對于撫順、昌圖等遼寧省低溫區(qū)域，低溫收縮影響更為顯著。

(6)抗裂型水穩(wěn)基層的裂縫間距隨水泥劑量的增加而減小，因此建議在滿足性能要求的前提下，宜采用較低水泥劑量。

(7)抗裂型水穩(wěn)碎石基層的應(yīng)用需結(jié)合建設(shè)功能需求進(jìn)行決策，遼寧省北部寒冷區(qū)和其他地區(qū)的重載交通路段，抗裂型水穩(wěn)碎石基層的應(yīng)用側(cè)重于改善基層的材料性能，提高承載力和抗疲勞能力，其他地區(qū)中、輕交通，可明顯改善橫向裂縫病害和提升基層材料的路用性能。