水泥稳定碎土石基层沥青路面裂缝控制方法

目前，我国公路交通有两个明显的特点，即交通量的快速增长和重型车辆的不断增加。因此，对路面结构性能的要求越来越高。半刚性基层因其强度高、承载力大、抗疲劳和抗冲刷性能好，已成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。据统计，我国高等级公路沥青路面基层和底基层90%以上采用半刚性材料。但半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低，脆性大，温度或湿度变化时容易开裂，形成路面反射裂缝，成为高速公路沥青路面早期损坏的重要原因之一。
水泥稳定级配碎石是国内外应用最广泛的半刚性基层材料，其中水泥稳定碎石的性能最好。但是水泥稳定碎石基层并没有消除半刚性材料的缺点，因此如何进一步减少反射裂缝仍然是充分发挥路面结构整体性能的关键之一。考虑到我国作为水泥生产大国，原材料种类繁多，价格低廉，水泥结合料在未来很长一段时间内仍将是主要的筑路材料，因此有必要对水泥稳定碎石基层进行研究，以便为今后更广泛的应用提供经验。
1裂缝形成机理
1.1裂缝产生的原因
半刚性基层沥青路面的裂缝有多种形式，但主要原因可分为两类，即荷载性结构损伤裂缝和非荷载性裂缝，包括反射裂缝和相应的裂缝。荷载型结构破坏裂缝是由于汽车动载荷产生的竖向或水平应力，在基层产生超过材料允许拉伸极限应力的拉应力；非荷载裂缝是环境作用的结果，主要是湿度和温度的影响，由干缩、温缩和疲劳引起。在某些情况下，也可能是路基不均匀沉降引起的。此外，在冰冻地区的沥青路面上，可能会发现由路基冻胀引起的裂缝。
我国已建高速公路的半刚性路面、刚性路面、刚性组合路面，从设计上看承载力是足够的。然而，调查表明，裂缝在中国所有地区的沥青路面上都非常普遍。无论南方还是北方，最迟通车一年后第二年就出现大量裂缝。所以单纯的荷载不足以造成表面损坏，沥青路面的开裂应该是多种因素共同作用的结果。
半刚性基层沥青路面产生裂缝的可能原因有三:一是面层本身性能差；二是由于干缩、温缩导致基层开裂而反射到面层的裂缝；第三，面层与基层的相互作用。在国外，一般认为半刚性基层沥青路面的裂缝是半刚性基层引起的反射裂缝，而这种反射裂缝主要是由半刚性基层材料的收缩裂缝引起的。在我国，认为半刚性路面的裂缝包括荷载裂缝、沥青路面的温度收缩裂缝、半刚性基层的温度收缩裂缝或干缩裂缝引起的沥青路面的反射裂缝或相应裂缝。
虽然国内外的研究者对反射裂缝做了大量的研究，但仍然存在不同的认识，包括反射裂缝的机理。根本原因是路面性能受多种因素影响，如环境因素、交通因素、材料组成和结构等。，甚至包括经济因素和采用的研究方法。中国幅员辽阔，是一个多山的国家。自然因素差异很大，各地区经济水平参差不齐。因此，半刚性路面产生反射裂缝的主要原因并不一致。稳定水泥基层的干缩主要发生在完工后的初期。在基层上铺筑沥青或水泥混凝土面层时，基层含水率一般变化不大，此时收缩转化为温度收缩。对于温度收缩，当温度收缩在-1℃以上时，温度收缩变化不大。当温度低于-10℃时，温缩系数急剧增大，是-1℃的几倍甚至几十倍。因此，温度收缩裂缝多发生在东北等容易形成一定负温的地区，而在我国南方大部分地区，收缩裂缝主要是干缩引起的，低温收缩的影响可以忽略。
1.2裂缝形成过程
对于半刚性基层来说，裂缝往往不是由交通荷载引起的。由于水分蒸发和温度变化的影响，水泥稳定碎石基层容易开裂，在承受荷载之前就已经存在大量的微小裂缝和孔洞。所以实际上是在有裂缝的状态下承受交通荷载，基层的温度收缩和干缩是裂缝产生的内因。
反射裂缝是由于面层底部拉应力超过沥青混凝土的极限强度而产生的。基层开裂后，由于基层失去了抵抗拉应力的能力，应力转移到开裂位置的表层，造成裂缝处表层的应力集中。如果此时加上偏心荷载主拉应力(或剪应力)，其应力值可能超过材料的极限强度，表层会相应开裂。偏心荷载引起的主拉应力(或剪应力)是反射裂缝形成的原因。因此，路面反射裂缝主要是由基层开裂后的水平和垂直位移引起的。