水泥混凝土路面碎石化技术浅析

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摘要：介绍了水泥混凝土路面碎石化技术的类型，讨论了路面碎石化质量的控制方法和评价指标；最后分析了碎石化方法中的关键因素。

关键词：道路工程；水泥混凝土路面；碎石化；加铺层

水泥混凝土路面是目前道路工程中所广泛使用的路面结构类型中的一种，分布极为广泛。水泥混凝土有其自身的优点，如：材料来源广泛、施工工艺及设备相对简单、建成初期养护管理费用较低等。水泥混凝土路面虽然有不少优点，但是在我国较高等级道路上新建路面采用刚性路面结构的越来越少，对水泥混凝土路面人们存在着一个看法，认为其破坏后很难修复或重建。而沥青混凝土路面则在出现破损或要承担未来更大的交通量时，可以通过加铺来方便地解决。水泥混凝土路面被认为出现损害后难以处理有以下原因：（1）水泥混凝土路面刚度较大，处理起来比较麻烦；（2）水泥混凝土路面的修补工艺复杂且耗费巨大；（3）水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土层时，如果处理不当会产生反射裂缝；（4）水泥混凝土路面在损害发生前较难发现其潜在隐患。基于以上原因，水泥混凝土路面在新建高等级公路中所占比例越来越小。然而，刚性路面作为路面结构主要形式中的一种，有着其不可替代的作用。只要能妥善处理损害发生前的防治工作，并对已发生病害的板块进行及时而合理的修补，水泥混凝土路面仍有其特殊的优势。根据路面破损的不同程度及路基、土基状况可以采用不同的路面修复方法。这些方法包括：局部修补、功能性沥青罩面（较薄、用于改善行驶性能的加铺层）、结合式双层板、分离式双层板等。

1、碎石化技术的类型

（1）打裂压稳。打裂压稳是指在旧水泥混凝土路面上施加高能量低频冲击外力，使旧水泥混凝土路面板开裂而丧失板体性；随后，用压实机械进行碾压，从而形成稳定均匀的结构层。高能量低频冲击外力的作用使旧水泥混凝土路面板裂缝不规则且较细微，因此，开裂的旧水泥混凝土路面层仍有较高的整体刚性，但均匀性稍差，如直接加铺薄层沥青混凝土，仍有出现反射裂缝的可能。打裂压稳工艺的代表性机械有冲击式压路机、铡刀式冲击破碎机两种。

（2）打碎压稳。打碎压稳是指采用落锤而低频振动等方式使旧水泥混凝土路面碎裂；进而，用专用压实机械碾压形成下粗上细的碎石结构层。打碎压稳工艺形成的结构层均匀性优于打裂压稳工艺形成的结构层的均匀性，但整体刚度明显低于后者。打碎压稳工艺的代表性机械有多锤头冲击破碎机、共振式破碎机等。

（3）集料化。集料化是一种最彻底的重建手段，是将旧水泥混凝土路面再生为集料；然后，再用于修筑基层、底基层或垫层。集料化再生利用技术的主要工艺分为三个过程。路面破碎和清运：先将旧水泥混凝土路面破碎、挖掘、装运至集料处理场。集料加工：①清筛粘附在水泥混凝土碎块上的基层材料和泥土。②一级破碎：一般采用颚式破碎机（反击式破碎机扬尘大）将水泥混凝土块破碎为粒径为152 mm以下的碎块，并利用电磁铁剔除原路面板内的钢筋。③二级破碎：将粒径大于76 mm的碎块循环破碎，并吸走残余钢筋。④分筛：在一级破碎和二级破碎过程中，根据集料粒径的要求安装双筛网筛分机，对小于76 mm粒径的再生集料进行过筛分级。再生集料的利用：再生集料主要用于修筑基层（贫混凝土、水泥处治粒料基层的骨料）、底基层（级配碎石、水泥处治砂砾）和垫层（砂砾）等。

2、碎石化质量控制和效果评定

将旧水泥混凝土路面碎石化的目的是消除旧水泥混凝土路面的板体性，以及由路面结构破损所带来的路面结构整体刚度的不均匀性，以保证新罩面结构有一均匀稳定的承重层，否则，旧水泥混凝土路面的接、裂缝将很快反射至罩面层，从而造成罩面层的结构破坏。水泥混凝土路面的板体性主要表现在：

（1）路面板的收缩与膨胀均以板块为单位进行，从而造成接、裂缝的张开和闭合运动；

（2）车辆荷载作用下的路面板各点的弯沉不尽相同，板角弯沉较板中弯沉大数倍；

（3）接、裂缝两侧的弯沉有明显差异。旧路面接、裂缝的张开和闭合运动，主要是由温、湿度的变化引起的，当接、裂缝张开时，接、裂缝上部的罩面结构处于撕拉的状态下，若罩面结构的抗拉强度不足，就会出现张开型裂缝。旧路面各点弯沉的不均匀性，会使罩面层的弯拉应力增加和罩面层与旧路面的层间产生过大的拉剪应力，造成层间分离和结构拉裂或剪断。接、裂缝两侧的弯沉差对罩面层结构的危害最大，它使罩面层结构内产生很大的剪切力，以及使罩面层与旧路面的界面处遭受撕拉作用，而且，由于这种弯沉差是呈现波动特性，车辆驶过一次，这种弯沉差将重复多次。

旧水泥混凝土路面的结构破损，如，板体断裂、板底脱空、错台、接缝破损等病害，均会加剧上述3种现象，使罩面层结构很容易被破坏。因此，碎石化的质量控制应围绕消除和控制上述3种现象为目标，因此，相应的质量指标为： ①破碎后水泥混凝土块的最大尺寸； ②接、裂缝两侧的弯沉差； ③处治后的旧路面弯沉的离散程度。

3、碎石化方法中的关键因素

（1）排水要求。碎石化过程中会产生一些细碎的颗粒，而混凝土破碎后的颗粒之间没有粘结力，在这种情况下，如果有水渗入该层，将会带来很大的安全隐患。所以在正式进行碎石化施工前，要先建成和完善排水设施。排水可采用碎石盲沟的形式。在排水层设置好之后才可以进行正式的碎石化施工，提前建成排水设施的目的是为了路基在完善的排水条件下更充分地稳定下来，土基和基层可能因此而更加可靠。如果不能在碎石化之前设置和完善排水通道，也要在碎石化过后尽量短的时间内完成。排水设施关系到碎石化以后，原水泥混凝土板块破碎层的长期稳定，是必须加以重视和采取的配套工程。

（2）对土基和基层的要求。破碎过程中产生的低频高幅振动可以传递到路面结构的较大深度范围内，也就是说，土基和基层在破碎过程中也会受到影响。原土基和基层是否具有较好的稳定性至关重要。不稳定的土基或基层在破碎重锤下落时受到冲击力作用会产生一定程度的破坏，局部强度会降低，特别是地下水位较高时，这种情况发生的可能性更大。对某路段进行碎石化前，先要了解该路段土基和基层的含水量情况，最好能通过取样测试的方式来确定。通过测试的含水量能推测土基和基层在碎石化过程中的稳定性。如果含水量较高，则该路段在碎石化并加铺上面层后仍容易产生局部强度不足造成的破坏，如：车辙等。这时，水泥混凝土破碎后己失去整体性，会随其下沉陷的土基和基层一起变形，这对加铺层就很不利了。国外一般要求土基层的CBR值大于7。

（3）破碎后颗粒组成特性。破碎机械不同，所产生的冲击能量形式也有区别。MHB是通过重锤下落产生的低频高幅的波动冲击力来进行破碎的。相对于高频低幅的波动冲击力，MHB破碎时的能量会传递到较大的深度范围内，同时，离重锤作用位置较近处吸收的能量占总能量的比例相对较小，因此MHB相对倾向于产生较大的颗粒。

4、结语

旧水泥混凝土路面碎石化技术是一种重要的水泥混凝土路面原位破碎利用技术。国外在这项技术的应用方面已经有了多年的实践，在国内尚是一项新技术，具有较彻底的解决反射裂缝问题，环保等优点，但它是对原路面的破坏性处理方式，在应用过程中需结合工程实际情况灵活采用。

参考文献

[1]美国国家科学研究院.王瞭，查旭东，韩春华，译.水泥混凝土公路技术实践与展望[M].北京：人民交通出版社，2000.