浅谈水泥稳定碎石基层干缩及温缩机理

浅谈水泥稳定碎石基层干缩及温缩机理

 郭会彬   

 山东高速工程项目管理有限公司    山东诸城    262200

摘要：水泥稳定碎石基层在道路工程中具有重要作用。然而，干缩和温缩问题一直是水泥稳定碎石基层设计与施工中的难题。本文旨在明董高速公路项目深入探讨水泥稳定碎石基层干缩和温缩的机理，以及它们对基层性能和工程质量的影响。首先，介绍了水泥稳定碎石基层的基本原理和应用情况。然后，详细讨论了干缩和温缩的概念、原因和影响因素。接下来，阐述了干缩和温缩机理，包括水泥水化反应、水分蒸发和热胀冷缩等方面的作用。在正文部分，分析了水泥稳定碎石基层干缩和温缩的影响机理，包括表面裂缝、变形、强度变化等方面。最后，通过对已有文献和实际案例的综合研究，总结了减少水泥稳定碎石基层干缩和温缩的方法和措施。本文的研究结果对于提高水泥稳定碎石基层的工程质量具有重要的参考价值。

关键词：水泥稳定碎石基层，干缩，温缩，机理，影响因素

随着交通运输的快速发展，水泥稳定碎石基层作为一种常用的路基材料在道路工程中得到了广泛应用。它具有承载能力强、稳定性好、寿命长等优点，能够满足不同类型道路的要求。然而，水泥稳定碎石基层在设计和施工过程中面临干缩和温缩等问题。干缩是指在水泥稳定碎石基层养护期间由于水分蒸发引起的体积收缩现象，而温缩则是由于温度变化引起的基层体积的变化。这两种现象会导致基层的变形、裂缝和强度变化，严重影响道路的使用寿命和安全性。了解水泥稳定碎石基层干缩和温缩的机理对于解决这些问题具有重要意义。干缩和温缩机理涉及水泥水化反应、水分蒸发、热胀冷缩等复杂过程。水泥水化反应是干缩的主要驱动力，而水分蒸发是干缩的直接原因。同时，温缩过程受基层材料的热胀冷缩特性和温度变化范围的影响。

本文旨在深入探讨水泥稳定碎石基层干缩和温缩的机理，并分析对基层性能和工程质量的影响。通过对干缩和温缩的概念、原因和影响因素进行详细论述，以及对干缩和温缩机理的阐述，我们将揭示这些现象背后的物理过程和作用机制。

一、水泥稳定碎石基层的基本原理

水泥稳定碎石基层是一种采用水泥作为胶结材料，将石子和填料与水泥充分混合后进行压实形成的道路基层结构。基于水泥的胶结作用，水泥稳定碎石基层具有良好的强度和稳定性，能够有效承受车辆荷载并分散荷载到下方的路基土层。其基本原理包括以下几个方面：①水泥水化反应：水泥与水发生水化反应，产生水化产物填充基层内部的孔隙空间，形成坚固的胶结体。水化反应过程中释放的热量也有利于基层的早期强度发展。②颗粒间的力学连接：水泥稳定碎石基层中的石子和填料通过水泥胶结体相互连接，形成颗粒间的力学联系。这种连接可以增加基层的整体强度和稳定性，并提高基层对外部荷载的承载能力。③孔隙结构的调控：水泥稳定碎石基层的孔隙结构对其性能起着重要的影响。合理调控孔隙结构可以提高基层的排水性能、抗渗性能和抗冻性能。

在实际应用中，水泥稳定碎石基层广泛用于各类道路工程，包括城市道路、乡村公路、高速公路、机场跑道等。根据不同的道路类型和设计要求，可以调整水泥的用量和配比，以满足工程的强度、稳定性和耐久性等要求。

二、干缩和温缩的概念、原因和影响因素

2.1 干缩的概念和原因

干缩是指水泥稳定碎石基层在养护期间由于水分蒸发而导致的体积收缩现象。在基层养护过程中，水泥水化反应引发的收缩是干缩的主要原因。当水泥与水发生反应时，水化产物会填充基层内部的孔隙空间，导致基层体积收缩。同时，水分的蒸发也会引起基层中孔隙空间的减少，进而引发基层的干缩现象。干缩现象受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：①水泥用量和配比：水泥用量的增加会增加水泥水化引起的收缩量，而适当的配比可以调控水泥胶结体的形成，从而影响干缩程度。②基层材料特性：基层材料的性质如粒径分布、颗粒形状、孔隙结构等会影响基层的孔隙率和孔隙连通性，进而影响干缩的程度。③养护条件：充分的养护能够保持基层湿润状态，减少水分蒸发，从而降低干缩的程度。

2.2温缩的概念和原因

温缩是指水泥稳定碎石基层在温度变化作用下引起的体积变化现象。当基层受到温度升高时，水泥胶结体会因热胀而膨胀，导致基层体积增大；而当基层温度下降时，水泥胶结体会因冷缩而收缩，导致基层体积缩小。温缩现象受多个因素的影响，包括以下几个方面：①基层材料的热胀冷缩特性：不同材料具有不同的热胀冷缩系数，即在温度变化下单位温度变化引起的长度或体积变化。材料的热胀冷缩特性直接影响基层的温缩程度。常见的水泥稳定碎石基层材料如水泥、石子和填料等，它们的热胀冷缩特性差异较大。②温度变化范围：基层所处的温度变化范围是温缩现象的重要影响因素。温度的周期性变化会引起基层的周期性膨胀和收缩。较大的温度变化范围会导致较大的温缩变形。③环境温度和季节变化：环境温度对基层温度的变化起着直接影响。不同季节的气候条件和温度变化速率也会对温缩现象产生影响。

三、水泥稳定碎石基层干缩和温缩的影响机理

3.1 干缩的影响机理

水泥稳定碎石基层在养护期和使用过程中均会发生干缩现象，其影响机理可以从多个方面解释：①水泥水化收缩：水泥与水发生水化反应时会释放热量，并产生水化产物，填充基层内的孔隙。这一过程引起的水泥水化收缩是干缩的重要机理之一。②水分蒸发引起的孔隙减少：在养护期间，由于环境条件和水泥水化反应的热量释放，基层中的水分会逐渐蒸发并减少。随着水分的流失，基层内部的孔隙空间也会相应减少，导致基层的干缩。③材料颗粒间滑移：在干缩过程中，水泥稳定碎石基层中的石子和填料之间可能发生颗粒间滑移现象。这种滑移会导致基层内颗粒的重新排列和紧密度的增加，进而引起基层的收缩和变形。④水泥胶结体的收缩：水泥胶结体在干缩过程中也会发生收缩，这是由于水泥内部的晶体结构变化和水分的排空所引起的。水泥胶结体的收缩会导致基层整体的收缩。

3.2 温缩的影响机理

水泥稳定碎石基层在温度变化作用下会发生温缩现象，其影响机理主要包括以下几个方面：①热胀冷缩特性：水泥稳定碎石基层中的水泥胶结体、石子和填料等材料具有不同的热胀冷缩特性。当温度升高时，材料因热胀而膨胀，导致基层体积增大；而当温度下降时，材料因冷缩而收缩，导致基层体积减小。②温度变化引起的颗粒间力学连接变化：温度的变化会影响水泥胶结体与石子、填料等颗粒之间的力学连接状态。随着温度升高，胶结体与颗粒间的连接强度增强，导致基层的体积增大；而温度下降时，连接强度减弱，导致基层的体积减小。③温度变化引起的热应力：温度的变化会导致水泥稳定碎石基层内部产生热应力。当温度升高时，基层受到热应力的作用，可能导致基层膨胀和变形；而温度下降时，基层受到冷应力的作用，可能导致基层收缩和裂缝的形成。

四、结论

水泥稳定碎石基层干缩和温缩是道路工程中需要解决的重要问题。干缩和温缩机理涉及水泥水化反应、水分蒸发和热胀冷缩等过程。它们会导致表面裂缝、变形和强度变化，影响基层的性能和工程质量。为了减少水泥稳定碎石基层的干缩和温缩问题，可以采取控制水泥配比、充分养护、控制基层温度变化等方法和措施。通过合理的设计和施工措施，可以减轻干缩和温缩对基层的影响，提高水泥稳定碎石基层的工程质量和性能。

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