旧水泥混凝土路面的碎石化技术在养护工程中的应用

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【摘 要】本文依据养护工程实践系统的阐述了旧水泥混凝土路面的碎石化技术基本原理，碎石化技术的分类，材料组成及应用条件，施工工艺和施工控制要点，并结合国道107养护工程的应用，表明旧水泥混凝土路面的碎石化技术具有显著的经济效益和社会效益。

【关键词】旧水泥混凝土路面；碎石化技术；施工工艺

1. 前言

水泥混凝土路面由于其承载能力高刚度大等优点，水泥混凝土路面是高等级公路路面的主要形式之一。截止于2007年底，全国水泥混凝土路面总里程已达84.88万余公里。随着路龄的增长和重载交通量得增加以及设计、养护等因素的影响，很多旧水泥混凝土路面出现裂缝、错台、断板、翻浆等路面病害，急需维修改造。传统的养护方法主要是将水泥混凝土路面进行翻新、压浆、罩面，但路面维修后的反射裂缝的发生难以避免。碎石化技术（Rubblization Technology）是近几年发展起来的旧水泥混凝土路面维修改造的新技术。该技术是通过专用设备将旧水泥混凝土面板一次性破碎为承载能力高、反射裂缝控制效果好的咬合嵌挤柔性结构层，可充分利用旧路残余强度，且保护环境，节约资源。我国近年来自引进先进碎石化设备以来，在山东。浙江、河南、安徽等省1550多公里的高速公路、国道、省干线公路改建工程中广泛应用，路用效果良好，现我国也可以生产碎石化成套设备。为国内进一步推广应用该技术创造了良好基础，为此，新乡市公路局在2010年国道107养护大修工程中采用了旧水泥混凝土路面的碎石技术及国产碎石化设备，该技术施工工艺简便、可操作性强、缩短了工期，具有较好的经济效益和社会效益。本文结合大修工程实践现将其技术原理和施工要点介绍如下。

2. 旧水泥混凝土路面碎石化类型

旧水泥混凝土路面的破碎技术种类较多，目前，国内分类方法也不尽相同，还没有统一的技术规范，一般参照国外分类方法，常见的分类方法是分成三类，即打裂压稳、打碎压稳和集料化。

2.1 混凝土路面的打裂压稳。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教细微，因此开裂的旧水泥混凝土路面层仍有较高的整体刚性，但均匀性较差，如直接加铺沥青混凝土， 仍有出现反射裂缝的可能。目前，对水泥路面进行局部打裂压稳的施工设备有各类夯锤、液压镐及路面多功能养护车，大规模打裂压稳施工的代表性机械有门（铡 ）刀式冲击破碎机和冲击式压路机两种。

2.2 混凝土路面打碎压稳。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的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前者。打碎压稳工艺的代表性机械有多锤头冲击破碎机（Multi-Head Breaker， NHB）、共振式破碎机（Resonant Breaker）等。

2.3 混凝土路面再生集料化。集料化是指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、集料加工和再生集料的利用。

还有一种分类方法是依据破碎后颗粒粒径的范围来划分，这与各种设备的破碎方式和破碎能力密切相关。综合国内外常用的破碎设备，破碎后粒径从大到小排列的设备分类如下：

（1）打裂压稳、冲击压实设备，破碎后粒径范围为50～80cm。

（2）打碎压稳设备，破碎后粒径范围为30～50cm。

（3）多锤头冲击破碎机、共振式破碎机，破碎后粒径范围为2～40cm，统称为碎石化。

3. 碎石化技术应用条件

在使用那个碎石化工艺前，要对水泥混凝土路面的使用状况（包括排水状况）进行详细调查。根据“公路养护技术规范”对水泥混凝土路面的使用状况进行评价，并与以下标准进行比较，可以初步确定是否可以使用这种工艺。根据国外资料和国内研究，碎石化再生技术应用的前提条件主要有下标准。

（1）水泥混凝土路面的承载能力（可依据路面设计规范计算其面板传荷能力）。

（2）功能性罩面上出现大量反射裂缝（接缝处、纵横及不规则裂缝处和修补处）。

（3）大量接缝破坏，如：错台、翻浆和角隅破坏，以至于超过20﹪的接缝需要修补。

（4）超过25﹪的板开裂。

（5）超过20﹪的工作长度出现纵缝缺陷，且宽度超10cm。

（6）超过10﹪的路面需要开挖修补以达到结构性能。

（7）超过20﹪的路面已经修补或需要修补。

（8）出现冻胀开裂或碱集料反应或其先兆，需要加罩面或重建。

（9）碎石化方法比其他重建方法费用低。

4. 碎石化施工工艺要点

4.1 完善排水设施。碎石化过程中会产生一些细碎颗粒，而混凝土破碎石颗粒间没有粘结力，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。在碎石化施工及其后的运营过程中，应确保路面不积水，明流排水应通畅快捷，渗透排水应不堵塞、不倒灌。排水系统应在碎石化施工前两周投入正常运营。

4.2 软弱路段进行修复处理。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。不稳定的土基和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。因此对某路段进行碎石化前，应对出现严重病害的软