舊水泥混凝土路面的再生利用探索

鄧禮兵

摘要：近年來，隨著公路的快速發(fā)展，許多早期的水泥砼路面都面臨修復(fù)與改造的難題，如何經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效地再生利用已成為公路建設(shè)單位面對(duì)的技術(shù)難題。在此背景下，本文主要分析舊水泥混凝土路面破壞后引發(fā)的問題以及再生利用的歷史和現(xiàn)狀，綜合研究舊水泥混凝土路面的再生利用技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：舊水泥混凝土路面；再生利用；案例分析

水泥砼路面具有強(qiáng)度高、剛度大、荷載擴(kuò)散能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。然而，水泥砼路面損傷后修復(fù)難度大、修復(fù)效果差、維修費(fèi)用高，一旦發(fā)生破壞，極易造成交通事故。因此，加強(qiáng)對(duì)舊水泥砼路面的修復(fù)與再生利用工作的探討，對(duì)今后的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、舊水泥混凝土路面破壞后引發(fā)的問題

水泥砼路面已達(dá)使用年限，或由于其他原因（例如，道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝不當(dāng)、超載使用、保養(yǎng)不及時(shí)等）造成損失需要重新修建，目前通常采用的方法是開挖舊水泥混凝土路面，然后進(jìn)行修復(fù)。廢棄的舊水泥混凝土常被當(dāng)作廢物處理，由此引發(fā)了很多此生問題：首先，材料廢棄。廢棄的混凝土被當(dāng)作廢物處理，產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物，因?yàn)樗鼘儆跓o機(jī)材料，耐久性好，不會(huì)像有機(jī)物質(zhì)那樣自然降解，所以造成了永久性污染。其次，新建公路需要大量的建筑集料，新建筑集料通常來自山體表面爆破出的巖石。但由此會(huì)造成大量的山體被開挖，破壞植被，水土流失，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成無法預(yù)測(cè)的損害。最后，運(yùn)輸和處置廢物造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失，集料的開采與運(yùn)輸造成了大量的人力、物力損失，不利于整體的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益提高。水泥混凝土路面常見的后期損壞狀態(tài)如圖1所示。

二、舊水泥混凝土路面再生利用的歷史和現(xiàn)狀

如果把已開挖的舊水泥混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉碎，可作為集料再利用，既有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，又有環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，可帶來顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可切實(shí)減少社會(huì)資源的浪費(fèi)。因此，回收利用舊水泥混凝土很有發(fā)展前景。第二次世界大戰(zhàn)后，很多建筑遭到破壞，歐洲開始了改造建筑，回收舊水泥混凝土。20世紀(jì)80年代，國(guó)外一些地區(qū)受自然條件的限制，在公路施工中缺少水泥原料，使得水泥的回收再利用成為熱點(diǎn)。隨著國(guó)外對(duì)水泥混凝土的研究與應(yīng)用的不斷深入，已有較為成熟的水泥混凝土回收利用技術(shù)。我國(guó)公路舊水泥砼回收利用的研究與應(yīng)用還處于初級(jí)階段，尚未在實(shí)際工程中大量使用，然而在各種資源相對(duì)短缺、環(huán)保工作繁重的今天，回收利用舊水泥混凝土顯得尤為迫切。

三、舊水泥混凝土路面的再生利用技術(shù)

（一）分類

從廣義上說，舊水泥混凝土路面的再生利用技術(shù)主要有兩種：

1.現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)

利用專用的破碎機(jī)械將舊的水泥混凝土就地粉碎、壓制，然后作為新道路結(jié)構(gòu)的基層或底基層，習(xí)慣上也常將此技術(shù)劃歸為非粘結(jié)罩面的表面處理技術(shù)范疇。目前，已有的現(xiàn)場(chǎng)破碎和壓穩(wěn)技術(shù)有多錘式碎石化、沖擊壓穩(wěn)法、門板型劈裂法等。碎石化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要包括：施工效率較高，單價(jià)較低，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，碎石化后可以鋪設(shè)白色或黑色的路面，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；完成碎石化以后可以直接用于底基層或基層，具有可直接使用的優(yōu)勢(shì)。

（1）多錘頭碎石化

多錘頭碎石工藝是用MHB、Z型多錘頭破碎機(jī)，多次使用多錘粉碎水泥混凝土板，使其分層、破碎，從而形成均勻尺寸的塊狀?，F(xiàn)場(chǎng)粉碎，工序簡(jiǎn)便，一次成型，經(jīng)Z型壓路機(jī)壓實(shí)，可形成平整穩(wěn)固的基層結(jié)構(gòu)，碾壓后的路面不僅可以達(dá)到基礎(chǔ)強(qiáng)度的要求，還可以消除反射裂縫，為新鋪設(shè)的路面提供較好的支撐結(jié)構(gòu)。

（2）板式破碎法

板式破碎技術(shù)是利用門板式重型錘子將舊水泥混凝土板打碎成規(guī)整的方塊，然后用壓路機(jī)將其壓實(shí)，使其相互嵌壓成型，并在不規(guī)整的位置上調(diào)整，使其平整，并按照彎沉值和彈性系數(shù)設(shè)計(jì)合適的鋪裝層。其原理類似于錘子破碎，但破碎程度不同，可以能消除反射裂變，延長(zhǎng)修補(bǔ)后的道路使用壽命，獲得更好的效果。利用門式重型碎石機(jī)，短時(shí)間內(nèi)可以打破原有的道路，不但很有效，工作效率也很高。隨后將碎石撒在路面上，然后灑水，用壓路機(jī)壓實(shí)路面，一周后鋪設(shè)水穩(wěn)層，并考慮工期和路面養(yǎng)護(hù)期兩個(gè)因素。在水穩(wěn)層完全完工后，表面噴灑乳化瀝青進(jìn)入養(yǎng)護(hù)階段，最后覆蓋鋪筑面層，使混凝土表面的整體強(qiáng)度保持一致，從而提高路面強(qiáng)度，確保道路的使用壽命，減少維修費(fèi)用。

（3）微裂式破碎法

微裂碎法是利用破碎機(jī)錘擊道路，獲得微裂縫破碎的效果，達(dá)到不碎不穩(wěn)、不平整的程度，再用25t壓路機(jī)碾壓1～2次，以確保路面穩(wěn)定和穩(wěn)固，最后進(jìn)行鋪裝。采用專用機(jī)械對(duì)路面進(jìn)行微裂破碎，獲得路面形狀破裂、板塊嵌鎖、路面穩(wěn)定等作用，再由壓路機(jī)碾壓路面，使路面牢固穩(wěn)定，并檢測(cè)修補(bǔ)路段的彎沉值，從而設(shè)計(jì)新路面的結(jié)構(gòu)層。經(jīng)微裂縫破碎后，可直接用作路面基層，在老水泥砼路面出現(xiàn)破損或出現(xiàn)嚴(yán)重塌方時(shí)，可在路面上添加一層微調(diào)修補(bǔ)層，然后進(jìn)行基層施工，可以有效防止層間脫空和路基的加固，使已處理的路面具有與完整路面相同的承載能力，降低路面的反射裂縫，延緩道路病害的發(fā)生，延長(zhǎng)瀝青混凝土的使用壽命，降低施工費(fèi)用。

（4）共振碎石化

①適應(yīng)范圍

共振碎石化技術(shù)是指針對(duì)舊水泥混凝土路面大面積破壞并已喪失整體承載能力，通過局部的挖除、壓漿等處治方式已不能恢復(fù)其使用功能，或已不能達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下，為了解決通常情況下的加鋪方式存在反射裂縫等問題。共振碎石化技術(shù)是采用液壓錘對(duì)舊水泥砼路面進(jìn)行諧振擊打的工藝，壓碎舊路面，壓實(shí)壓緊，在原有地基上建立新地基，在施工期間，增設(shè)兩個(gè)地基。此外，還可以通過調(diào)整破碎錘的敲擊頻率和強(qiáng)度幅度，控制破碎深度及碎石顆粒大小。因破碎后其顆粒粒徑小，力學(xué)模式更趨向于級(jí)配碎石，因而將其命名為碎石化。碾壓后作為新路面結(jié)構(gòu)基層或底基層，再加鋪新的路面結(jié)構(gòu)層。

②技術(shù)特點(diǎn)

第一，碎石化能使原水泥混凝土板塊在平面上強(qiáng)度分布均勻。

第二，碎石化后仍能保留原水泥混凝土路面的一定強(qiáng)度。

第三，碎石化可以消除原水泥混凝土路面與基層脫空的病害。

第四，碎石化后的粒徑合理，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。

③工藝流程

施工工藝流程如下：第一，共振破碎機(jī)粉碎一次。第二，輪式壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)1～2次。第三，噴灑乳化瀝青。第四，撒石屑，用光輪壓路機(jī)靜壓1～2次。第五，8～12h后鋪上瀝青混凝土面層。

2.集料再生技術(shù)

在原位破碎后，將水泥混凝土送到集料廠，再次集中破碎、篩分、剔除雜質(zhì)，從而得到高質(zhì)量的集料，然后生產(chǎn)出水泥混凝土、水泥穩(wěn)定碎石、二灰土等混凝土的集料。

集料再生技術(shù)的核心是集料處理，集料處理會(huì)影響集料的質(zhì)量，雖然集料的加工方法千差萬別，但主要工序相同，包括進(jìn)料、破碎、篩分、輸送四大環(huán)節(jié)。破碎機(jī)通常包括一級(jí)破碎機(jī)1臺(tái)、二級(jí)破碎機(jī)l臺(tái)、篩分設(shè)備1臺(tái)。篩分設(shè)備主要有1臺(tái)輥式破碎機(jī)、1臺(tái)小型顎式破碎機(jī)、篩分板。工藝過程包括：首先，在粉碎之前，篩出攜帶的底層材料和灰塵。其次，利用顎式破碎機(jī)進(jìn)行初步粉碎，粉碎后的最大顆粒直徑為76～152m，并由輸送機(jī)集中堆放。最后，利用破碎機(jī)進(jìn)行二次粉碎，使顆粒尺寸在76mm以上的混凝土塊進(jìn)行循環(huán)破碎，而直徑在76mm以下的混凝土則被輸送至滾筒破碎機(jī)，粉碎至所需的顆粒，這里用4.75mm的方孔篩分選顆粒尺寸大于或小于4.75mm的粗集料，用沙篩控制顆粒直徑小于75mm的細(xì)集料。在水泥穩(wěn)定碎石基層中使用的再生集料，顆粒直徑為75pm的粉體應(yīng)該在0%～7%之間。

（二）比較分析

舊水泥混凝土路面的再生利用技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)和不足。首先，破碎穩(wěn)定技術(shù)機(jī)械化程度高、施工速度快、占地少、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著對(duì)專業(yè)機(jī)械的依賴性以及設(shè)備的投資成本過高等問題。采用壓實(shí)或壓實(shí)處理的基層，因其彎沉分布較大，破碎板接頭處的差異沉降引起的應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，從而出現(xiàn)反射裂縫。而增設(shè)水穩(wěn)層只能減輕裂縫的發(fā)生，也會(huì)使道路高程升高，從而影響穿越城市路段道路兩側(cè)的居住環(huán)境。其次，粉碎法是一種從沖壓工藝發(fā)展而來的更加徹底的水泥混凝土破碎工藝，目標(biāo)是將水泥混凝土板粉碎為10～20cm的顆粒，也就是將水泥混凝土板粉碎為高強(qiáng)度粉體。需要注意的是，碎化處理技術(shù)雖能徹底解決瀝青加鋪的反射裂縫問題，但作用深度僅局限在水泥砼面層，一般采用乳化瀝青處理后，再加鋪瀝青面層，因而更適合在原有路面條件良好的白改黑改造中使用。針對(duì)該項(xiàng)目原有路面條件不佳，主要以斷裂型病害為主，基礎(chǔ)層的強(qiáng)度與厚度均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，還存在大量的彎沉量的情況，必須慎重采用碎石技術(shù)，防止因原有路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠而造成的后續(xù)安全隱患。最后，集料再生技術(shù)主要由原材原位粉碎、送到集料廠進(jìn)行篩選、再利用三個(gè)階段進(jìn)行集料回收，此工藝由傳統(tǒng)的破碎設(shè)備實(shí)現(xiàn)，成本低廉，且能解決反射裂紋問題。通過對(duì)再生集料進(jìn)行篩分分級(jí)，可以獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級(jí)配。此外，在物理機(jī)械性能上，集料的壓碎值、密度、針狀粒子的含量等指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)。采用水泥、石灰、粉煤灰等無機(jī)粘結(jié)料，采用可再生骨料作為路面材料，可獲得較好的路用特性，主要指標(biāo)（例如，強(qiáng)度、抗凍性、回彈模量、干縮性等）均可達(dá)到目前規(guī)范對(duì)高等級(jí)公路基層的要求。與原始集料相比，采用再生骨料作為基礎(chǔ)材料，可以直接節(jié)省20%的投資，既有經(jīng)濟(jì)效益，又有環(huán)境效益。綜合比較分析，在此工程中，可利用集料再生技術(shù)粉碎、篩分舊板材，并將其應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石的基層中。

四、案例分析

以麻城閔集—白果普通公路S206老水泥路面共振碎石化改造為例，S206是麻城市的石材專用道路，途經(jīng)閔集鎮(zhèn)和白果鎮(zhèn)，是麻城石材工業(yè)園內(nèi)數(shù)百個(gè)石材加工企業(yè)、上萬臺(tái)重型汽車的主要運(yùn)輸線路。從閔集石材園區(qū)交叉路口到白果鎮(zhèn)，全長(zhǎng)9.281公里，目前的水泥路寬度9.0m，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，采用2層18cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm水泥混凝土面板，于2000年建成通車。自通車以來，因長(zhǎng)時(shí)間的重載運(yùn)輸，以及大量的灑水降塵作用，出現(xiàn)了大面積網(wǎng)裂、塌陷、斷板斷裂，完好率僅為60%。為了更好地服務(wù)麻城石材工業(yè)園區(qū)，提升道路通行能力，麻城市公路管理局決定對(duì)閔集石材園區(qū)與S206交叉路口—白果段水泥路面進(jìn)行大修。

施工方案如下：

方案一：當(dāng)斷板率≤5%，可以認(rèn)為水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，板底脫空較少。

方案二：當(dāng)5%＜斷板率≤80%，路面破碎嚴(yán)重，板塊小而碎，易產(chǎn)生豎向剪應(yīng)力，要消散應(yīng)力集中，采用共振碎石化。

第一，借助共振碎石化技術(shù)對(duì)舊道路進(jìn)行破碎碾壓。第二，碎石化完成以后撒上不乳化瀝青。第三，鋪上8cm密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石ATB－25。第四，利用瀝青纖維碎石封層。第五，鋪上4cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC－13。有的地段通車半年，效果還是很不錯(cuò)，能承受重載運(yùn)輸?shù)慕煌▔毫Α?/p>

施工步驟：第一，共振碎石化破碎碾壓。第二，碎石化后灑布乳化瀝青。第三，攤鋪8cm密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石ATB－25。第四，熱熔復(fù)合改性瀝青纖維碎石封層。第五，攤鋪4cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土AC－13。

五、結(jié)語

綜上所述，隨著交通行業(yè)飛速發(fā)展，對(duì)道路路面的質(zhì)量提出了更高的要求。隨著環(huán)保理念的推行，舊水泥混凝土路面的再生利用工作也越來越重要。舊水泥混凝土路面的再生利用技術(shù)主要有兩大類：現(xiàn)場(chǎng)再生技術(shù)和集料再生技術(shù)。應(yīng)用再生利用技術(shù)，能緩解改造舊水泥混凝土路面工作中造成的交通擁堵問題和環(huán)境污染問題，節(jié)約施工成本。在應(yīng)用舊水泥混凝土路面再生利用技術(shù)的過程中，相關(guān)部門和人員要充分認(rèn)識(shí)每項(xiàng)技術(shù)的工藝要點(diǎn)，保障舊水泥混凝土路面再生利用的有效性，確保道路的使用壽命。

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