旧水泥混凝土路面碎石化技术应用的探讨工学论文

　　摘 要：旧水泥混凝土路面碎石化技术应用，碎石化技术是目前旧水泥混凝土路面维修改造最好的技术之一。

　　关键词：碎石化技术；施工质量标准；结构组合；使用条件

　　1 概述

　　1.1碎石化的定义

　　水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。该技术是将旧水泥混凝土路面的面板，通过专用设备一次性破碎为咬合嵌挤碎块柔性结构，可充分利用旧路残余强度，且保护环境，节约资源。这种结构不仅具有一定的承载力，而且具有有防止或限制反射裂缝发生、发展的作用，破碎后的粒径范围为2~40cm，力学模式趋向于级配碎石。

　　1.2碎石化技术的主要特点

　　通过破碎将旧水泥混凝土路面结构强度降低到一定程度，防止反射裂缝的发生，同时能实现结构强度与反射裂缝两者较好的平衡。旧水泥混凝土路面进行碎石化后具有以下特点：碎石化能使原水泥混凝土板块在平面上强度分布均匀；碎石化能保留原水泥混凝土路面的一定强度；碎石化能可以消除原水泥混凝土路面病害；碎石化后的粒径合理，不会产生应力集中现象。

　　1.3碎石化技术的主要优势

　　旧水泥混凝土路面碎石化后，可以直接作为新路面结构的基层或底基层，如果旧水泥混凝土路面碎石化后具有较高的强度，能够满足道路承载要求，可作为路面基层直接加铺路面面层，新加铺面层可以是沥青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。

　　1.4碎石化技术专用设备及特点

　　实施碎石化的主要设备为MHB（Multipe-Hed Breaker）多锤头破碎机和Z型压路机。

　　多锤头破碎机(MHB)由两部分组成，前半部分为柴油发动机动力系统，后半部分为破碎系统，中间备有2排各3对650kg的锤头，两侧各有1对865kg翼锤。每对锤头的'提升高度可以根据需要随意调节，其最大提升高度110cm。

　　MHB的破碎机理是通过重锤的下落对水泥混凝土板块产生瞬时、点状的冲击作用，其具有以下特点：整幅车道宽度单次多点破碎；锤击功可以方便调节；破碎效率很高；破碎后颗粒组成特性较好；破碎后的表面平整度较高；方便调节，作业灵活。

　　Z型压路机是一种在钢轮表面带有Z状纹理的振动式压路机，自重不小于10吨，其作用是进一步碾压碎石化后的路面，为加铺提供一个平整的表面。

　　1.5石化技术的强度形成机理

　　水泥混凝土路面碎石化后分为表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部三个层次。

　　（1）碎石化后表层约2~5cm，在压实过程中，颗粒被压密，形成嵌挤薄层，通过洒布透层油，具有较高的黏结力，并具有一定的强度和稳定性；

　　（2）碎石化层上部厚度约10cm，强度主要有：一是来源于内摩阻角，粒径越大则内摩阻角越大；二是来源于预应力，水泥混凝土面板在破碎时，混凝土产生侧向体积膨胀，混凝土颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大，产生的预应力越大；

　　（3）碎石化层下部厚度约10cm，是“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构，该结构静定且自稳，具体表现形式为各种形式的咬合梁、拱结构，在外力作用下产生咬合嵌挤作用，比普通嵌锁作用更大，提供的强度更高，具有更好的结构稳定特性。

　　2 MHB碎石化施工质量标准

　　2.1路面碎石化后的粒径范围要求

　　水泥混凝土板块一般在20~26cm之间，破碎后顶面粒径较小，下部粒径较大。路面碎石化后的粒径是控制基层强度及新加铺路面不出现早期反射裂缝的关键参数，作为控制碎石化工艺的关键指标，参照国外资料及国内研究成果，碎石化粒径应满足表要求。

　　2.2路面碎石化后顶面的当量回弹模量和回弹弯沉要求

　　水泥混凝土路面碎石化后顶面的当量回弹模量是新加铺结构设计的基本参数之一，一般情况下，对于直接加铺沥青混凝土的路面结构，回弹模量平均值宜控制在150~500MPa之间。碎石化后的回弹弯沉与回弹模量之间存在着联系，在将碎石化后的板块及其下结构层视为同种材料构成的情况下，可以参照路面补强公式得到：

　　Ez=（1000pD/l0）m1m2

　　式中：p-弯沉测定车的轮胎压力；

　　D-与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载直径；

　　l0-原路面计算弯沉；

　　m1-用标准轴载汽车在原路面上测得的弯沉值与用承载板在相同压强条件下所测得的回弹变形值之比，即轮板比，一般取1.1；

　　m2-原路面当量回弹模量扩大系数。

　　2.3 MHB碎石化施工质量标准及检测频率

　　为满足直接加铺面层的技术要求，保障加铺层施工质量，根据课题研究和实验路的测试，结合路面设计的规范要求，提出MHB碎石化施工质量标准及检测频率。

　　碎石化层作为基层直接加铺沥青路面，目前我国技术规范中没有相应规定，本技术指标要求是在参考我国现行技术标准《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）和原技术标准（JTJ034-93）的基础上，结合实验路的实际情况提出的，具体实施中可以灵活掌握。如果碎石化层的表面平整度与上述要求差异较大，在铺筑沥青路面前，必须进行处理。处理措施主要有：

　　（1）据平整度情况合理合理选择沥青混合撩的型号；

　　（2）填充级配碎石找平、碾压后洒布热沥青或乳化沥青，再进行压实；

　　（3）采用其他合适的技术措施进行找平。如果不进行找平，可能会影响沥青路面的平整度，影响路面的使用效果。

　　3 碎石化后沥青加铺层结构组合

　　3.1结构组合的原则

　　研究表明，工程中可能出现的碎石化后颗粒粒径或回弹模量的不同情况，可采用的结构组合原则有：

　　（1）碎石化施工中应尽量参照推荐的颗粒粒径和回弹模量推荐范围进行破碎，在此范围内时，沥青加铺层要求采用密级配沥青混凝土，并可考虑加铺防水封层；

　　（2）当碎石化后颗粒粒径稍偏大、回弹模量偏高时，可考虑采用开级配大粒径透水性沥青碎石（简称为LSPM）加防水封层的结构组合方式，其上沥青混凝土仍需采用密级配；

　　（3）当碎石化后颗粒粒径稍偏小、回弹模量偏低时，要保证加铺层总厚度，可考虑设置FDAC抗疲劳层，以防止疲劳开裂，其他沥青层仍需采用密级配；

　　（4）回弹模量小于120MPa时需要考虑增设补强层，按照新建路面结构设计。 3.2沥青加铺层四种机构组合方式

　　（1）作透层、封层后，直接加铺上、中、下面层的密级配沥青混凝土；

　　（2）加铺LSPM，然后采用两层两面的形式；

　　（3）加铺抗疲劳层后，再加铺沥青混凝土；

　　（4）加铺无机结合料稳定类基层，然后加铺沥青面层。

　　根据研究成果，碎石化后的回弹模量大致可分为5个级别，相应的加铺结构组合形式可按表3标准选取。

　　4 碎石化技术适用条件和注意问题

　　4.1碎石化技术的使用条件

　　4.1.1碎石化的技术条件

　　碎石化技术是旧水泥混凝土路面重建技术的主要方案之一，国内外研究和工程实践证明，只要旧水泥混凝土路面满足表4所列条件，就可以应用碎石化的技术进行重建改造。其他因素如板块断裂程度、坑洞、接缝损坏、表面裂缝与层状剥落等不是决定应用碎石化技术的必要条件。

　　4.1.2碎石化的经济条件

　　碎石化工艺应用与原路面补修存在经济平衡点，这个平衡点可用修补比率来反映，国外算例中修补比率为13%左右，山东的经济平衡点是修补面积为20%~25%时，进行破碎改造更为经济。

　　4.2直接加铺面层时的技术要求

　　水泥混凝土路面碎石化后直接加铺沥青面层时，应遵循如下原则：

　　（1）回弹模量平均值一般在150~500MPa左右，部分原路面水泥混凝土材料较好时，回弹模量会更大，现场测试中出现个别值在600MPa、700MPa的情况，进行上部结构设计时，必须将弯拉指标作为主要设计指标；

　　（2）等级较高的公路上，碎石化层上的沥青混凝土结构一般不宜小于12cm；

　　（3）实验段已用于80%（整幅路面）断板的水泥混凝土路面，80%以下断板时使用不会有问题；

　　（4）上面层必须密级配防水型沥青混合料；

　　（5）必须完善排水设施；

　　（6）在碎石化程度较高，测试回弹模量数据较小时，应注意下面层的抗疲劳特性。

　　4.3碎石化技术应用的注意问题

　　在满足技术、经济条件要求的前提下，应用MHB进行碎石化前还需要综合考虑以下因素：

　　（1）水泥混凝土路面基层的破坏程度决定了其碎石化施工的颗粒控制和工艺要求。对于损害严重的水泥混凝土路面，必须判断其基层状态。一般情况下，基层破坏程度越高。破碎后粒径越小。

　　（2）水泥混凝土路面基层的破坏程度是判断严重病害路面是否可用碎石化工艺的重要标准；当基层严重破坏时，碎石化后板块容易丧失颗粒间的嵌挤作用，导致模量下降，容易导致沥青路面层出现疲劳破坏。此时应用碎石化，应注意提高上部路面结构设计安全性。

　　（3）排水设施是碎石化的必须辅助工程。完善排水设施是防止碎石化后沥青加铺层再次发生水损坏的重要措施。

　　这里所有要求，共同构成碎石化技术的应用条件和决策依据，是确定旧水泥混凝土路面能否实施碎石化技术以及能否直接加铺沥青混凝土面层的必要条件。

　　结语：重点就碎石化使用条件、强度机理、加铺层组合、施工质量标准及检测频率的关键技术进行介绍，为旧水泥混凝土路面改造提供参考依据。

　　参考文献

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