水泥混凝土路面预防性养护碎石化技术研究

摘要：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、施工周期短等优点，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。本文简要介绍了旧水泥路面碎石化再生技术与标准，及碎石化再生技术的养护施工方法等，为今后水泥混泥土路面改造提供参考方案。

关键词：水泥混泥土路面；防护；碎石化；研究

中图分类号：U416.216文献标识码： A 文章编号：

本文以国道323线广西境内金秀头排至鹿寨水泥混凝土路面改造工程施工为例（桩号：K928+000～K967+200），结合碎石化技术的基本原理、重要特征和系列优点等内容，论述了应用碎石化技术的重要性，并提出碎石化技术的施工标准，包括碎石化技术的应用条件、碎石化施工及质量控制、加铺层设计及施工质量控制等，其中在MHB碎石化技术的应用条件中，阐述了路面现有使用质量的评价、维修改造方案的选择和碎石化技术的应用要求等内容；碎石化施工工艺及质量控制方面，给出了碎石化施工工艺流程、碎石化质量控制等内容，为今后水泥混凝土路面的改造提供了参考方案。

1 关于碎石化技术的概述

碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，在国外已有将近三十年的发展历史。它是利用破碎设备将旧水泥混凝土路面打碎、压稳后直接加铺沥青混凝土面层的施工方法。该方法不仅可以彻底解决加铺层的反射裂缝问题，而且具有经济、实用和高效的特点。

碎石化技术的基本原理是:通过专用设备对旧水泥混凝土路面进行均匀地冲击、破碎、压实，在损失一部分结构强度和整体性的情况下，把混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到新铺路面可以允许的范围内，从而彻底解决反射裂缝，为加铺路面提供坚实、安全的基础。研究表明：随结构破坏程度的增大反射裂缝的出现概率减小，而破碎后水泥路面的有效模量也减小。碎石化技术的主要优势是: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，同时能够实现两者较好的平衡。如图1所示。

图1粒径对强度及反射裂缝的影响

水泥混凝土破碎工艺按破坏特性的不同分为:打碎压稳、打裂压稳和冲击压实三种。三者的目的都是缩小旧水泥板的尺寸，但与其他方法相比较,碎石化技术具有以下特征：

（1）碎石化技术是目前解决反射裂缝问题的最有效方法。其他处理方法，如打裂压稳、冲击稳固等虽然也能减轻反射裂缝，但不能彻底地解决反射裂缝问题 。

（2）破碎的水泥混凝土路面可以原位利用，没有弃方，减少了白色污染同时也节省了砂石材料，有明显的社会效益和经济效益。

（3）破碎并压实的混凝土路面是由破碎混凝土块组成的紧密结合、内部嵌挤、高密度的材料层，可以为HMA罩面提供很高的结构强度。

（4）施工迅速，不需要完全封闭交通 。

2 碎石化技术标准

近年来，我局水泥混凝土路面损坏严重，部分严重破碎板块之间的错台高差超过3厘米，严重影响行车安全，为加强对水泥混凝土路面的预防性养护，确保我局国省干线公路行车安全，按照自治区公路管理局《公路预防性养护指导意见》，以及推广应用的《旧水泥混凝土路面多锤头碎石化技术标准》要求，制定如下标准：

2.1预防性养护严重破碎板的范围

我局对适用于碎石化处理的严重破碎板的定义为：板块被裂缝分为2块以上，破碎板块间高差3mm以上，并有松动、沉陷和唧泥等现象的水泥砼板，以及被裂缝分为4块（含4块）以上的水泥砼板。

对于板块被裂缝分为3块（含3块）以下，未发生松动和裂缝两边高差小于3mm的轻度破碎板，可采用水泥扩缝机扩缝贯入水泥砼专用填缝料的办法处理。

2.2水泥混凝土路面碎石化养护机械设备要求

2.2.1破碎设备：

目前主要设备主要有MHB(Multiple-HeadBreaker)多锤头破碎设备和(RM)共振破碎机械设备两种。两种工艺相应设备分别如图2和图3所示。MHB是一种多锤头破碎设备，它利用设备所带多个重锤的重力下落对水泥混凝土路面板进行锤击。MHB分两部分，前半部分是动力系统，以柴油机作为动力源；携带的6到8对重锤分两排成对装配在整台机械的尾部(后排重锤对角地装配在前排重锤间隙中心)，每对重锤单独立调节，在破碎时按一定规律下落。重锤质量为454～544.8kg，下落时可产生1.38～11.1 kJ的冲击能量。

共振型碎石化机械是由凸轮转动产生的偏心力在机械与水泥混凝土路面接触处产生高频低幅的振动进行破碎的，碎石化后产生的颗粒粒径相对于MHB 型设备要小，其破碎时的影响范围和深度也较小。

2.2.2专用的压实设备

Z型钢轮压路机(见图4)为单钢轮振动压路机，钢轮外包Z型钢箍并通过螺栓固定在压实轮表面。这种条纹有以下两方面的作用：（1）保证轮下颗粒不至于向外挤出；（2）对表面颗粒有更好的压碎效果，有利于表面平整。压路机约10t。

2.2.3其它设备

还有小型乳化沥青洒布机、20吨以上钢轮压路机，以及碎石机材料筛（碎石材料筛分用的15mm、5mm、和3mm三种规格的筛子）的使用。

图2和3分别为：MHB型重锤破碎机和共振型破碎机

2.3水泥混凝土路面碎石化养护材料要求

1、中裂型阴离子乳化沥青（沥青含量必须大于57%）；

2、乳化沥青两油三料层铺法碎石粗集料必须满足以下要求：1）碎石质量技术要求满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）表4.8.2 沥青混合料用粗集料质量技术要求；2）满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）表4.8.3沥青混合料用粗集料规格要求：即第一层碎石料为S11（5～15mm）；第二层碎石料为S14（3～5mm）；第三层碎石嵌缝料粒径规格为0.3mm～3mm。

3、水泥混凝土路面碎石化后各层骨料规格要求：

1）面层骨料控制在S4（25－50mm）级配区间附近，最大粒径不得超过63mm，小于10mm的细集料含量不得超过10%。2）中层骨料最大粒径不得超过225mm；3）底层骨料最大粒径不得超过375mm；

2.4水泥混凝土路面碎石化养护质量控制要点

1、多锤头破碎机行驶速度及锤头提升高度应满足旧砼路面碎石化后要形成表层深度应不少于60mm、颗粒不大于75mm，中间层不大于225mm，底层不大于375mm的要求；一般行驶速度控制在60～65米/h，锤头提升高度控制在1.1米。

2、采用Z型（20-25T）压路机碾压破碎表面时，一般振动压实控制在2～3遍，满足表面透油层骨料粒径在S4（25～50mm）级配区间附近，最大粒径不得超过63mm，小于10mm的细集料含量不得超过10%的要求。

3、水泥混凝土路面碎石化养护新路面结构类型：

原水泥砼路面基层+最大块径不超过375mm的旧水泥混凝土板块碎裂上基层+60mm厚乳化沥青贯入式透油层+20mm厚乳化沥青表处面层。

4、透层油施工，乳化沥青用油量控制在(5～6.5)kg/m2范围内。

2.5水泥混凝土路面碎石化养护施工条件与准备

2.5.1条件

当混凝土路面出现以下情况时，可以考虑用碎石化技术进行改造：

(1)基层或板块在强度较低、积水或破碎软弱的情况下,通过碎石化虽能部分消除强度差异,但这些局部病害仍然存在,并可能在碎石化后继续发展,从而缩短了加铺路面结构的使用寿命。故对局部基层和板块严重断裂、破碎、沉陷,并伴有雨后的明显唧泥、积水等状况,应采取挖补换填等措施处理。

(2)板块碎石化后将作为新路面结构的底基层或基层,已成为相对松散的粒料层。如果板块材料强度普遍大幅度下降,则破碎后的颗粒仍可能在荷载的作用下进一步被压碎,改变其密实程度和嵌锁状态,这时其强度会明显下降,不能作为承重层承担面层传递来的竖向应力,从而使加铺结构的基础变薄弱,而可能更早产生病害。因此,板块材料强度是决定该结构层强度的重要因素。

(3)板底脱空、裂缝、断板、板角断裂等包括基层的局部断裂随着板块的破碎而不再起作用。最终通过路基土干湿类型、CBR指标及原基层的稳定性和面板材料的强度这几项指标上来反映新路面结构各层的材料要求,水稳性及指标偏差等因素。

根据项目成功经验总结,碎石化技术可行性应用应满足以下要求:①土基CBR值应大于5。②路基土含水量应小于最佳含水量2%左右。③基层稳定,板体材料未出现中度以上的破碎。④板体材料仍具有足够的强度。

2.5.2准备

1、调查碎石化路段的水泥混凝土板块下是否有涵洞、管线等设施。

2、沿需破碎的水泥混凝土板块边缘挖一条盲沟，并延伸到路肩外缘，排除路面结构内部积水，要求积水排干后方可将旧混凝土路面碎石化。

3、清除覆盖水泥混凝土板块表面的沥青碎石修补层。

4、根据修补面积计算碎石材料用量，按《公路养护安全作业规程》要求，现场堆放不同规格的碎石料。

5、按《公路养护安全作业规程》 (JTG H30―2004)规定设置安全施工标志。

3水泥混凝土路面碎石化养护施工方法

1、对确定碎石化处理的水泥混凝土板进行多锤头锤碎，破碎时应从水泥混凝土板块的高处往低处进行破碎，要求破碎的宽度在2.35左右，搭接宽度在10 cm以上。

2、对出现100mm直径以上的漏锤板块，应采用人工锤碎。

3、水泥混凝土路面板破碎后，应采用Z型（20-25T）凸轮振动压路进行碾压，一般振动压实控制在2～3遍、后人工检平，对出现细集料和粉料集中的区域，应人工铲除细集料和粉料，同时人工耙平，使碎石化后骨料粒径级配均匀，其粒径控制在S4（25～50mm）级配区间附近，然后用（10t以上）钢轮（最好是双钢轮）振动压路机先静压一遍后振动碾压2遍。

4、按(5～6.5)kg/m2要求，均匀喷洒乳化沥青，满足乳化沥青渗透深度不少于40mm，碎石化骨料颗粒乳化沥青裹覆率大于2/3要求。

5、然后，按二油三料的施工工艺，铺筑第一层S11（5mm～15mm）集料，用量控制在（18～22） m3/km2，以能覆盖不见底面为适，检平后，立即用（6～10）t双钢轮压路机碾压，碾压时每次轮迹重叠约30cm，碾压一遍定义为：对于半幅路面，从靠路肩边缘一侧沿公路纵向的正方向驶入碾压区碾压，驶出碾压区后，从靠路中一侧沿公路纵向的反方向，倒车驶入碾压区碾压，驶出碾压区的一个来回计为碾压一遍，宜碾压3～4遍。碾压速度开始不宜超过2km/h，以后适当增加。

6、在辗压过程中，应用三米直尺检查，如检查发现局部碎石层偏薄，应及时补足料并做补充辗压，使第一层碎石主骨料密实，层面平整，这是确保铺筑平整度的关键措施。

7、接着喷洒第一层中裂型乳化沥青（沥青含量必须大于57%），用量为1.2～1.8kg/m2，操作时要控制好喷洒的速度，使喷洒均匀。由于乳化沥青受气温、集料粗细、干湿的影响较大，因此，在施工时使乳液能完全渗入底层又不外溢为适，确保每一粒料的乳液裹覆率超过2/3。

8、紧接着进行第二层石料的撒铺：使用粒径为S14（3～5mm）的碎石撒铺在经乳化处理的铺筑层上，用量为7～10 m3/km2，要求铺撒均匀，以能完全覆盖表面，不见乳液为度。本工序的目的是对第一层主骨料进行嵌缝，改善平整度和密实性。

9、第二次辗压：用8～10t压路面作3～4遍的辗压，使第二层碎石料充分地嵌入主骨料层中，提高密实性并改善铺筑层的平整度。

10、第二层乳化沥青的喷洒，用相同的乳化沥青均匀地喷洒在经第二次辗压的铺筑层上，用量为0.8～1.0kg/m2,以乳液完全覆盖铺筑层为适.其目的是使两层乳化沥青充分融合,并与石料结合,增强铺筑层的粘性。

11、第三次石料的撒铺：用粒径为0.3mm～3mm的细石料均匀的撒铺在第二次乳液处理的铺筑层面上，用量为2～4 m3/km2，以能完全覆盖表面，不见层面乳液为适。其目的是作二次嵌缝，并吸收部分乳液，防止行车粘带乳液造成面料脱粒或松散，从而提高沥青面层的密实度及孔隙率。

12、第三次辗压：完成上述工序后，即用8～10T压路机再作3～4遍的最后辗压，施工操作即告完成。

13、保养工作：由于中裂阴离乳化沥青需要经过一定的时间才能破乳而稳定，因此，施工操作完成后，应对所铺筑的路面作封闭交通2～4小时的保养，使用有效的防护物，设专人指挥交通，防止车辆提前进入，待乳化沥青完全破乳后方可开放交通。

14.效果检测：按照《公路养护技术规范》（JTG H80-2009）及《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）执行，重点检查病害修补区与原路面水泥混凝土板块的衔接高差不得超过5mm。

4 结语：

碎石化技术铺筑沥青混凝土路面能够快速、有效地修建路面工程，施工周期短，环境污染少，节省投资，节约资源。共振破碎机正常作业每台班破碎一条车道1800-3000m，采用流水作业法施工3-5天即可完成单车道铺筑沥青混凝土路面，开放交通。若采用挖除旧水泥混凝土路面板块，重新修筑基、面层，施工周期长，挖除的水泥混凝土板块废弃，极易造成环境污染。在碎石化后加铺补强基层是近年来旧水泥混凝土路面设计的趋势，但是对基层厚度、层数及沥青结构层的确定还需根据当地交通组成，水文地质状况，并结合本地情况进行设计验算确定。

参考文献：

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