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摘要：舊水泥混凝土路面共振碎石化具有施工便捷,控制反射裂縫效果顯著，減少廢棄工程的特點，在水泥混凝土路面改建中工程有廣泛的應用前景。本文舊水泥混凝土路面改造的方法，碎石化技術的適用范圍，共振碎石化的技術原理及施工特點進行了研究，為舊水泥混凝土路面改建提供一種新的工藝。 關鍵詞：舊水泥混凝土路面，共振碎石化，適用范圍，技術原理 目前的舊水泥混凝土路面改造中，加鋪瀝青面層（白加黑）是比較常用的方法。但是，由于原水泥混凝土板接、裂縫處在荷載和溫度、濕度變化下會產生相對位移，總是無法避免出現反射裂縫。而碎石化，是最徹底的解決了反射裂縫問題的方法之一，它是從反射裂縫產生的機理和源頭出發，將水泥混凝土面板破碎后再加鋪面層。 碎石化法(簡稱共振碎石化法)是美國RMI公司研發的技術,主要用于板塊完整性與結構性較差的各種混凝土路面改建。該方法是將混凝土板碎石化成高強粒料層，對板下各層影響相對于其他碎石化方法要小，是目前最能有效防止反射裂縫的碎石化技術且是一項重要的水泥混凝土路面原位破碎利用技術。現場碎石化處理是水泥混凝土路面重建的一種方法，是過去10年到15年期間發展起來的一項新技術。美國瀝青學會將碎石化定義為：“一種將水泥混凝土路面破碎成為小碎塊的加工過程”。這些碎塊的粒徑范圍從沙粒的尺寸到20cm左右。細顆粒集中在路面上部，粗顆粒集中在路面下部。 1.舊水泥混凝土路面改造的方法 1.1先修復舊水泥混凝土板塊，然后在其上加鋪瀝青混凝土面層。 該方法適用于路面破損不嚴重，斷板率較低，且沒有脫空、錯臺等路基缺陷的情況。應該注意的是，修復不是重新修筑，它并不能完全消除水泥混凝土板塊間的差異性沉降，這種不均勻沉降容易導致瀝青面層的早期破壞，如反射裂縫。另一方面，修復后的原水泥混凝土板塊中可能存在未修補完全的區域，這些區域使得加鋪的瀝青面層的結構安全有很大隱患。除此之外，對舊水泥混凝土板塊進行修復也要花費大量的人力、物力。 1.2移除舊水泥混凝土板塊，然后加鋪新面層。 該方法適用于路面破壞過于嚴重或高程受限的情況，我國過去由于受施工機械性能的限制，混凝土板塊破碎后得到的顆粒粒徑不適合用作加鋪面層的基層或底基層。3種方法中，該法是最為徹底的方法，但其初期投入過大，移除的舊水泥混凝土又很難再加以利用，造成很大的浪費，并會造成嚴重的環境污染，社會影響較為強烈。 1.3先破碎舊水泥混凝土板塊，然后在其上加鋪瀝青混凝土面層。 該破碎工藝按破壞特性的不同分為3種：破裂壓穩、打裂壓穩和碎石化。三者的目的都是縮小舊水泥板的尺寸，但處理后的板（碎）塊尺寸不同。其中，碎石化將板的長度減小到極小值。根據國外的研究成果，經破裂壓穩和打裂壓穩技術處理后加鋪的瀝青混凝土面層也會產生反射裂縫，不過與不進行破碎的類似結構相比，其反射裂縫出現的時間要比不進行破碎時推遲2～3年，同時反射裂縫的數目相對減少20%左右。與碎石化工藝相比，破裂壓穩和打裂壓穩技術對水泥混凝土路面的結構性破碎得不夠徹底。 （1）打裂壓穩 理想狀況下，打裂壓穩處理后，板塊長度應在30～100 mm，這就可以將板塊水平方向上位移的積累減小到瀝青面層可以承受的程度，從而消除反射裂縫的產生。打裂可以在板塊中形成緊密的裂紋，從而以部分結構性的損失來換取傳荷能力的增強；另一方面，壓穩則消除板下的脫空，恢復了基層對水泥混凝土板塊的支承作用。打裂壓穩技術已經成功地用于改造結構完好，僅存在功能性破壞的普通水泥混凝土路面。使用打裂壓穩時必須考慮到板塊整體性的損失。 （2）破碎壓穩 破碎壓穩技術與打裂壓穩類似，不同點在于前者用于鋼筋混凝土路面。該技術要求破壞混凝土和鋼筋之間的聯結，從而減小工作縫和裂縫之間的差異性位移到最低限度。由于要破壞混凝土和鋼筋之間的聯結，破碎壓穩要求比打裂壓穩有更高的破碎功。同時，在瀝青面層設計時也應考慮到這種破壞造成的結構性的損失。如果路面破損情況較嚴重，路面破碎后不能保持板塊的完整性，則應考慮采用碎石化或直接移除板塊。 （3）碎石化 碎石化是通過完全破壞已有板塊來消除瀝青上覆層中的反射裂縫。碎石化后水泥混凝土顆粒的粒徑不大于40cm，且75%以上的顆粒在深度方向的分布滿足：表面最大尺寸不超過7.5cm，中間不超過22.5cm，底部不超過37.5cm。碎石化可用于板塊完整性和結構性較差的鋼筋水泥混凝土路面，它在其他類型的水泥混凝土路面的改建中也得到成功的應用。該技術將水泥混凝土板塊破碎成“高強粒料基層”，然后在上面加鋪瀝青面層補強。 2.碎石化技術的適用范圍 為了達到預期的技術和經濟效果，要對任何候選的舊有路面進行工程的前期評估以確定是否適合碎石化處理。如果混凝土路面具有良好的結構承載力，不應該首先考慮采用碎石化處理，因為碎石化畢竟是將混凝土路面整個結構毀壞。經總結當水泥混凝土路面出現下列情況時可以采用碎石化改造技術： （1）出現大量的接縫缺陷，如：錯臺、翻漿和角隅破壞等導致超過20%的接縫需要修補；（2）超過20%的板出現開裂；（3）超過20%的路面已被修補或需要修補；（4）當50%以上的建設成本用于混凝土路面修復；（5）修復的道路使用壽命在15年以上；（6）鋼筋混凝土路面；（7）路面失去結構承載力。 但是，并不是所有的路面出現以上損壞時都可以考慮使用碎石化技術。不適合的情況如下。 有研究發現，當公路基層與面層之和少于15cm時，不能采用碎石化技術；當路基承載比CBR低于1.5%時，也不能采用碎石化技術；在基層與面層之和為15～33cm之間，路基承載比CBR為1.5%～7%之間內不太適合碎石化技術。另外，在地勢較低、地下水位較高、路基積水或者含有較濕的粘土和混入泥沙的粘土地區以及當路基材料損壞太厲害，不能承受破碎路面負荷的地區均不宜采用碎石化處理。 3.共振破碎原理及施工特點 3.1共振破碎原理 共振破碎設備振動工作錘頭與路面接觸，調節錘頭的振動頻率，通過專用激振器激發水泥混凝土產生共振，使其接近水泥面板的固有頻率，激發其共振，即可將水泥混凝土面板擊碎。工作錘頭上裝有專用傳感器，感應路面的振動反饋。由電腦自動調節振動頻率，搜尋被擊物的自有頻率，并引起水泥面板在錘頭下局部范圍內產生共振，使混凝土內部顆粒間的內摩擦阻力迅速減小而崩潰。 通過浮動式共振破碎，使舊水泥混凝土面板碎裂，形成上部嵌擠密實的碎石層，下部嵌鎖咬合的塊石層。碎石化后水泥混凝土顆粒的粒徑不大于40cm，且75%以上的顆粒在深度方向的分布滿足：表面最大尺寸不超過7.5 cm，中間不超過22.5cm，底部不超過37.5cm。 共振破碎設備GZL600型全浮動式共振破碎機是利用共振原理將舊水泥路面的剛性面層神奇地變為瀝青路面的柔性基層，達到優化路面結構層的目的，是舊水泥路面改造的重大突破。全浮動式共振機的振動頭產生的頻率為44HZ、振幅為2cm的機械波完全緊貼路面水泥板傳遞能量，使水泥板產生共振，達到碎石化舊水泥路面的目的。 3.2共振破碎施工特點 碎化上面層為0～8cm左右的碎化層，起緩沖、減振作用，還具有吸放路面滲水和層間冷凝水作用；碎化下面層為斜向嵌鎖承重層，是路面結構中最特殊的柔性基層，既具有柔性層特性又具有較強的承載能力。破碎后的碎化面與舊水泥板面等高度，所以碎化層的密實度接近100%，后期碾壓非常簡單。破碎后面層上拋灑少量石屑，以不完全覆蓋碎石塊為宜，碾壓后即可正常開放交通，只需灑水保濕就行了。開放交通期一般不超過一個月。舊水泥路面采用共振碎化石后，可直接加鋪瀝青層，不需要做任何的封層和粘層。 共振破碎是交通影響最小的施工工法，特殊地段可在24小時內完成改造路段從破碎到完成瀝青層攤鋪并重新開放交通的施工過程，在大交通流量及交通敏感路段施工具有交通影響最小的特殊優勢。共振破碎施工的震動、噪音和粉塵遠遠小于其它施工方法，是環境影響最小的破碎工法。這項技術是防止出現反射裂紋最有效的工法，白改黑道路預期使用壽命可達到15-22年，可極大的節省后期維修工作和費用。 4.結論 (1)碎石化改造是一種新型技術，同時也是一種工藝性很強的技術，中間質量控制環節比較多。任何一個小的差錯，都有可能對整個工程的質量產生影響。所以在施工過程中，必須嚴格遵循相關的施工手冊。我國目前還沒有碎石化施工的相關規范，現階段主要借鑒國外技術規范和國內已有的碎石化施工項目所積累的經驗。 (2)該技術有兩項重大突破：一是舊水泥路面板的合理利用，變廢為寶，實現了環境保護。二是在路面技術上實現了瀝青面層配柔性基層（碎化層）道路的長壽命，節約了全壽命期的總體造價，是經濟效益的體現。 參考文獻 [1]張西農水泥路面改造工程中的共振破碎技術[J].建設機械技術與管理,2005,18(2):46-50. [2]王海飛,徐京濤,王鑫水泥混凝土路面碎石化施工機械[J].筑路機械與施工機械化,2006,23(12):1-3. [3]洪斌,張靈軍,丁宇平等. 共振碎石化技術在白改黑工程中的應用[J]. 筑路機械與施工機械化,2009,(11). [4]夏紅余.共振碎石化技術與瀝青層加鋪工藝的應用研究[D].重慶交通大學,2013. [5]楊婉怡.舊水泥混凝土道面瀝青罩面改造的病害及處置技術研究[D].長安大學,2015. [6]馬艷兵.水泥混凝土路面面板脫空判定及壓漿治理方法研究[D].重慶交通大學,2010. |
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