大粒径抗裂水稳的结构性能及在公路工程中的应

发布时间：2022-10-05 10:12 热度：

摘  要：本文通过分析水泥稳定碎石的架构性能，介绍了大粒径抗裂水稳在公路工程中的实际应用。
关键词： 大粒径抗裂水稳  结构性能  公路工程  应用
水泥稳定碎石因其取材方便、施工工艺较为简单、早期强度高、养生期短等优点而成为我国目前使用最广的半刚性基层材料。但其产生的温缩裂缝、干缩裂缝等病害制约了水泥稳定碎石的发展。为了解决这一国际性难题，我市公路局早在2000年便成立课题组着手进行研究。从最初大家普遍认为的级料配合比角度入手，到摩阻理论的提出，到最后的大粒径抗裂水稳基层理念的初步形成，技术人员经历了无数次失败—研究，再失败—再研究的历练。经过几年的研究实践，终于形成了目前的“大粒径抗裂水稳”基层结构新理念。
1 水泥稳定碎石结构性能分析
水泥稳定碎石是一种由水泥、粗集料、细集料所组成的复合材料。水泥稳定类材料由于组成材料质量和数量的差异，以及各组成材料之间相互作用的特点、相对位置分布及相互联系的状况一般也分为三种不同的类型：
1.1悬浮密实结构。这种结构通常采用连续型密级配，骨料由大到小连续存在。这种结构中由于粗集料数量相对较少，不能形成有效的骨架。这种结构虽然具有较高的粘聚力 ，但摩阻角较小，其强度主要受粘结力所控制，在外部荷载和温差作用下，易产生裂纹，从而造成路面结构的破坏。     
1.2骨架空隙结构。这种结构粗骨料较多，而细料数量过少 ，混合料中细料的压实体积小于粗集料形成的空隙体积因此，虽然能够形成骨架 ，但其残余空隙较大。虽然这种结构粘聚力较低，但其内摩阻角较大，其强度主要取决于内摩阻力，粘聚力相对是次要的。其抗收缩性能较好，但由于其空隙率大，使基层的耐久性受到影响。
1.3骨架密实结构（大粒径抗裂结构）。骨架密实结构是以上两种类型组成的结构。要求混合料既有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据残余空隙的多少加入细料 ，混合料中填隙料的压实体积应约等于粗集料形成的空隙体积，从而使混合料形成较高的密实度。试验结果表明大粒径水泥稳定碎石骨料间的嵌挤作用明显,抗压强度和抗压回弹模量明显大于常规级配,有良好的承载能力;平均干缩系数和平均温缩系数小于常规级配,抗弯拉强度高于常规级配,抗裂性能有显著的提高。 根据柔性路面层状理论,对在温度和含水量变化作用下不同龄期的半刚性路面进行了接触非线形有限元分析,分析结果表明在施工状态下和使用状态下,大粒径水泥稳定碎石基层受到干缩和温缩作用产生的拉应力均小于常规级配;在施工状态下,温度收缩的影响明显,在使用状态下,路表降温对基层的影响减小,基层所受到的拉应力随着龄期的增长而增大。这种结构能很好的解决了水稳开裂问题，在我市的公路建设中逐步得到推广和应用。

2  大粒径抗裂水稳工程案例
安徽省S312线K81+600-K88+700段位于来安县境内，全长7.1KM，原有公路为二级，二灰碎石基层，沥青混凝土路面。由于交通量大、超载现象严重，路面出现了不同程度的损坏。根据老路现状的评价，需要对路面进行大修。大修后的路面类型为热再生沥青路面，采用大粒径抗裂水稳基层。
2.1设计原则
采用骨架密实结构的原则进行设计，即：利用单一粒径的粗碎石做主骨料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构；用水泥稳定石屑等做填隙料，填充主骨料形成的空隙，形成密实的混合料结构。
2.1.1主骨料设计
主骨料采用20~40mm粗碎石，形成骨架，利于机械摊铺，且其颗粒棱角较大更有利于嵌锁。
2.1.2填隙料设计
①填隙料对主骨料形成的框架的干涉应尽量减少；
②填隙料应采用连续级配，最大粒径采用9.5mm,以利于密实；
③为提高其整体稳定性，适量添加水泥，水泥