舊水泥混凝土路面碎石化改造技術(shù)的分析

武春峰

摘 要：水泥混凝土路面在我國公路和城市道路中占有很大的比重，目前有許多舊水泥混凝土路面已經(jīng)出現(xiàn)了大面積損壞或失去承載能力的現(xiàn)象，對這些道路進(jìn)行維修和改造成為了一個(gè)熱門問題，目前碎石化技術(shù)在實(shí)際工程中運(yùn)用較為廣泛，在消除路面反射裂縫方面也取得了很好的效果，本文簡單介紹了碎石化技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件、碎石化設(shè)備和碎石化加鋪層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：水泥混凝土；路面碎石化；反射裂縫

1 前言

水泥混凝土路面碎石化是指用人為手段將舊路面進(jìn)行破碎處理，是維修或改造舊水泥混凝土路面的重要手段之一。此項(xiàng)技術(shù)是20世紀(jì)末期在美國最早得到應(yīng)用，我國21世紀(jì)初期引進(jìn)過來并在路面維修或改造中取得了很好的效果。碎石化這一過程是通過專業(yè)設(shè)備將舊水泥混凝土路面面的面板破碎為柔性結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的。破碎后形成的顆粒直徑較小，類似于人工的級配碎石。提高了道路的承載能力變形能力，同時(shí)也避免和限制了路面反射裂縫的發(fā)生和發(fā)展。至今美國運(yùn)用此技術(shù)的州已經(jīng)多達(dá)四十個(gè)，我國超過兩百公里的路面用此技術(shù)進(jìn)行了維修和改造，實(shí)際工程證明碎石化技術(shù)在解決反射裂縫的問題上取得了顯著的效果。

2 碎石化技術(shù)的原理

溫度應(yīng)力和行駛車輛的作用力會(huì)使水泥路面板產(chǎn)生移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致在舊水泥混凝土板的裂縫和接縫處產(chǎn)生反射裂縫。為了解決反射裂縫這一難題，碎石化技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了，它的原理就是用專業(yè)的設(shè)備把舊水泥混凝土板破碎成碎石基層，然后在其上鋪加路面層，從而有效地解決了混凝土板的移動(dòng)，避免了反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。碎石化后的路面可分為三個(gè)層次，從上到下依次為表面細(xì)粒散層、碎石化上部和碎石化下部，其中表面細(xì)粒散層厚度大約2—5cm，碎石化上部約10cm厚，碎石化下部厚度跟上部相差甚微。表面細(xì)粒散層通過壓實(shí)、灑布透層油之后，粘結(jié)力、強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到明顯提高。內(nèi)摩阻力和預(yù)壓應(yīng)力是構(gòu)成碎石化上部強(qiáng)度的主要原因。預(yù)壓應(yīng)力會(huì)因?yàn)榛炷撩姘迤扑闀r(shí)產(chǎn)生的側(cè)向體積膨脹而變大。碎石化下部層結(jié)構(gòu)在機(jī)械的作用下會(huì)開裂但并不會(huì)完全破碎，呈塊狀，與上部層形成很好的咬合力，出現(xiàn)“拱效應(yīng)”，力學(xué)模型上類似于變豎向壓力為水平推力，對荷載起到擴(kuò)散作用。雖碎石化結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，能與其它材料很好連接。通過實(shí)驗(yàn)分析可知碎石化上部層模量約205MPa，在力學(xué)性質(zhì)上類似于瀝青穩(wěn)定粒料。碎石化下部層的模量約為3450MPa，其水泥混凝土塊未完全斷開，有利于作為路面的碎石基層。

3 碎石化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

水泥混凝土路面按破碎層度的不同可分為以下三類：破裂壓穩(wěn)、打裂壓穩(wěn)、碎石化。它們的共同目的都是將舊水泥混凝土路面板破碎成更小尺寸的路面基層，其中碎石化對水泥混凝土路面的破壞程度更加徹底，對于解決反射裂縫問題的效果更為明顯。通過對比分析，該技術(shù)具有這幾類優(yōu)點(diǎn)：

（1）解決反射裂縫問題更為徹底。碎石化后的水泥混凝土路面的碎塊具有很高的穩(wěn)定性，在其上可以直接鋪加瀝青罩面層，避免的反射裂縫的出現(xiàn)，這是碎石化技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)，其它的舊水泥混凝土路面的改造技術(shù)如破裂壓穩(wěn)、打裂壓穩(wěn)等都不能徹底解決反射裂縫這一難題。

（2）加快施工速度，縮短施工周期。碎石化技術(shù)所用設(shè)備的工作效率為1.6km/h，相對于其它施工工藝有較大的優(yōu)勢。

（3）路面標(biāo)高增加不多。通過實(shí)際工程統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土路面碎石化后的厚度會(huì)大大變薄，在其上鋪加15cm左右的瀝青面層后路面標(biāo)高增加并不多，這樣就對道路沿線的居民、道路邊坡和路基寬度都沒多大的影響，城市道路的改造就適合采用此方法。

（4）施工安全，噪音小 。碎石化技術(shù)所采用的施工設(shè)備產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)都較小，對施工場地附近的居民影響小，更不會(huì)破壞周圍的建筑物結(jié)構(gòu)，相對于打裂壓穩(wěn)和沖擊壓穩(wěn)更為安全。

（5）環(huán)保。碎石化過程產(chǎn)生的粉塵少，碎石后的水泥混凝土顆?？梢灾苯幼鳛槁访婊鶎?，不需清理，進(jìn)而既節(jié)省了砂石材料又減少了粉塵污染，施工環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

4 碎石化技術(shù)的適用條件

舊水泥混凝土路面碎石化在一定程度上也會(huì)降低路面的承載能力，因?yàn)樗茐牧寺访娴恼w結(jié)構(gòu)，若只是進(jìn)行路面的局部修復(fù)或罩面則可以采用此方法，若對一長段道路采用進(jìn)行改造則要根據(jù)舊水泥混凝土路面的損壞程度、類型和原因等選擇合適的方法。要采用此技術(shù)需要滿足以下的具體條件：

（1）技術(shù)條件。規(guī)范規(guī)定，要采用碎石化改造技術(shù)，板體材料不能出現(xiàn)松散現(xiàn)象，基層基本穩(wěn)定，土基的CBR值要大于5。板塊的斷裂程度、接縫損壞、坑洞、表面裂縫和層狀剝落等因素并不是決定是否采用此技術(shù)的必要條件。

（2）經(jīng)濟(jì)條件。在實(shí)際工程中，由于不同地區(qū)的材料價(jià)格差距很大，我們在選擇方法之前要對每種方法的工程造價(jià)進(jìn)行預(yù)算，選擇較為經(jīng)濟(jì)的方法。通過實(shí)際工程分析，在我國當(dāng)舊水泥混凝土路面的修補(bǔ)面積占總路面的總面積20%～25%左右時(shí)，采用此方法最為經(jīng)濟(jì)合理，在歐美國家占比面積約15%時(shí)最為經(jīng)濟(jì)合理。美國瀝青學(xué)會(huì)指出鋼筋混凝土路面適合采用現(xiàn)場碎石化處理，若有以下幾種類型出現(xiàn)適合采用此方法：①水泥混凝土面板出現(xiàn)較多的D形裂縫②水泥混凝土路面受到嚴(yán)重的凍融循環(huán)破壞③水泥混凝土路面喪失結(jié)構(gòu)承載能力。④水泥混凝土的修補(bǔ)面積大于百分之十。

5 碎石化技術(shù)設(shè)備

目前用于碎石化技術(shù)的設(shè)備主要有兩種類型，分別是多錘頭（簡稱MHB）型破碎機(jī)和共振型破碎機(jī)（簡稱RM）。其中多錘頭型的重錘質(zhì)量500kg左右，分成兩排對稱安裝在整臺(tái)機(jī)器的尾部，錘頭下落產(chǎn)生的沖擊能可高達(dá)12Kj，機(jī)器的破碎寬度為4m，根據(jù)基層或底層的材料不同，工作效率有所變化，每臺(tái)班在1.6到2.0km之間。破碎后顆粒直徑的大小可以通過重錘的下落高度來控制，一般要求小于37.5cm即可。輪胎采用橡膠材質(zhì)，并配有重量不小于10t的鋼輪壓路機(jī)，為保證輪下的碎石顆粒不向外擠出，使得壓碎更加徹底，表面更加平整，鋼輪上必須帶有斜向的條紋。而共振型破碎機(jī)的原理完全不同，它是利用在機(jī)械與水泥路面接觸處的偏心力產(chǎn)生的高頻低幅的震動(dòng)來進(jìn)行破碎的，這種震動(dòng)破碎的粒徑比重錘沖擊的粒徑更小。

6 加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

碎石化后的路面可以加鋪瀝青或者水泥，加鋪的瀝青層厚度和水泥層厚度關(guān)系著路面的性能和造價(jià)，我們應(yīng)該對其進(jìn)行嚴(yán)格控制。破碎后的水泥混凝土路面作為中下基層，加鋪層作為混凝土路面面層，其結(jié)構(gòu)可以根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范按新建路面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

目前施工中大多數(shù)采用瀝青加鋪層，具體加鋪方式有以下兩種：①把碎石化后的水泥混凝土路面作為基底層，其上加設(shè)水泥穩(wěn)定集料基層，頂面進(jìn)行防水處理。這樣就消除了碎石化層表層略松散對工程質(zhì)量的影響，也避免了其表層收到水的沖刷，加強(qiáng)了路面的耐久性。②把布透層油和黏層油撒在碎石化層頂面，然后在其上再加鋪薄層封層，這層薄層封層相當(dāng)于碎石化頂層的一層保護(hù)層，最后再鋪筑路面，這樣就有效防止了下滲水對碎石化層造成的影響。

7 結(jié)語

舊水泥混凝土路面碎石化改造是一項(xiàng)21世紀(jì)初期才在我國新興的技術(shù)。因?yàn)槠淠軓氐捉鉀Q路面反射裂縫問題、加快施工速度、縮短施工周期而受到廣泛的運(yùn)用。

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