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        水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度及干縮裂縫的防治方法

        2017-03-02 02:26:50
        黑龍江交通科技 2017年11期
        關(guān)鍵詞:施工

        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。

        [1] 高化田.水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度及干縮裂縫的防治措施[J].交通世界,2016,(11):25-26.

        [2] 蔡利鵬,王靜.淺談水泥穩(wěn)定土的強(qiáng)度及干縮裂縫的防治措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,(29):232.

        [3] 葛小琴.淺析水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫的成因和防治方法[J].江西建材,2014,(8):161-162.

        U416.214

        C

        1008-3383(2017)11-0035-02

        2017-09-13

        彭如(1975-),女,助理工程師,研究方向:道路橋梁。

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