舊水泥混凝土路面碎石化改造技術的分析

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出現了大面積損壞或失去承載能力的現象，對這些道路進行維修和改造成為了一個熱門問題，目前碎石化技術在實際工程中運用較為廣泛，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的原理、優缺點、適用條件、碎石化設備和碎石化加鋪層的結構設計。

關鍵詞：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。此項技術是20世紀末期在美國最早得到應用，我國21世紀初期引進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設備將舊水泥混凝土路面面的面板破碎為柔性結構而實現的。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，同時也避免和限制了路面反射裂縫的發生和發展。至今美國運用此技術的州已經多達四十個，我國超過兩百公里的路面用此技術進行了維修和改造，實際工程證明碎石化技術在解決反射裂縫的問題上取得了顯著的效果。

2 碎石化技術的原理

溫度應力和行駛車輛的作用力會使水泥路面板產生移動，進而導致在舊水泥混凝土板的裂縫和接縫處產生反射裂縫。為了解決反射裂縫這一難題，碎石化技術就應運而生了，它的原理就是用專業的設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，避免了反射裂縫的產生和發展。碎石化后的路面可分為三個層次，從上到下依次為表面細粒散層、碎石化上部和碎石化下部，其中表面細粒散層厚度大約2—5cm，碎石化上部約10cm厚，碎石化下部厚度跟上部相差甚微。表面細粒散層通過壓實、灑布透層油之后，粘結力、強度和穩定性得到明顯提高。內摩阻力和預壓應力是構成碎石化上部強度的主要原因。預壓應力會因為混凝土面板破碎時產生的側向體積膨脹而變大。碎石化下部層結構在機械的作用下會開裂但并不會完全破碎，呈塊狀，與上部層形成很好的咬合力，出現“拱效應”，力學模型上類似于變豎向壓力為水平推力，對荷載起到擴散作用。雖碎石化結構的穩定性好，能與其它材料很好連接。通過實驗分析可知碎石化上部層模量約205MPa，在力學性質上類似于瀝青穩定粒料。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 碎石化技術的優點

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、打裂壓穩、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，該技術具有這幾類優點：

（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，這是碎石化技術最大的優點，其它的舊水泥混凝土路面的改造技術如破裂壓穩、打裂壓穩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。碎石化技術所用設備的工作效率為1.6km/h，相對于其它施工工藝有較大的優勢。

（3）路面標高增加不多。通過實際工程統計發現，水泥混凝土路面碎石化后的厚度會大大變薄，在其上鋪加15cm左右的瀝青面層后路面標高增加并不多，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 。碎石化技術所采用的施工設備產生的噪音和震動都較小，對施工場地附近的居民影響小，更不會破壞周圍的建筑物結構，相對于打裂壓穩和沖擊壓穩更為安全。

（5）環保。碎石化過程產生的粉塵少，碎石后的水泥混凝土顆粒可以直接作為路面基層，不需清理，進而既節省了砂石材料又減少了粉塵污染，施工環保經濟。

4 碎石化技術的適用條件

舊水泥混凝土路面碎石化在一定程度上也會降低路面的承載能力，因為它破壞了路面的整體結構，若只是進行路面的局部修復或罩面則可以采用此方法，若對一長段道路采用進行改造則要根據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。要采用此技術需要滿足以下的具體條件：

（1）技術條件。規范規定，要采用碎石化改造技術，板體材料不能出現松散現象，基層基本穩定，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的必要條件。

（2）經濟條件。在實際工程中，由于不同地區的材料價格差距很大，我們在選擇方法之前要對每種方法的工程造價進行預算，選擇較為經濟的方法。通過實際工程分析，在我國當舊水泥混凝土路面的修補面積占總路面的總面積20%～25%左右時，采用此方法最為經濟合理，在歐美國家占比面積約15%時最為經濟合理。美國瀝青學會指出鋼筋混凝土路面適合采用現場碎石化處理，若有以下幾種類型出現適合采用此方法：①水泥混凝土面板出現較多的D形裂縫②水泥混凝土路面受到嚴重的凍融循環破壞③水泥混凝土路面喪失結構承載能力。④水泥混凝土的修補面積大于百分之十。

5 碎石化技術設備

目前用于碎石化技術的設備主要有兩種類型，分別是多錘頭（簡稱MHB）型破碎機和共振型破碎機（簡稱RM）。其中多錘頭型的重錘質量500kg左右，分成兩排對稱安裝在整臺機器的尾部，錘頭下落產生的沖擊能可高達12Kj，機器的破碎寬度為4m，根據基層或底層的材料不同，工作效率有所變化，每臺班在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，并配有重量不小于10t的鋼輪壓路機，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。而共振型破碎機的原理完全不同，它是利用在機械與水泥路面接觸處的偏心力產生的高頻低幅的震動來進行破碎的，這種震動破碎的粒徑比重錘沖擊的粒徑更小。

6 加鋪層結構設計

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系著路面的性能和造價，我們應該對其進行嚴格控制。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，其結構可以根據現行的規范按新建路面進行系統設計。

目前施工中大多數采用瀝青加鋪層，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，其上加設水泥穩定集料基層，頂面進行防水處理。這樣就消除了碎石化層表層略松散對工程質量的影響，也避免了其表層收到水的沖刷，加強了路面的耐久性。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，這層薄層封層相當于碎石化頂層的一層保護層，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 結語

舊水泥混凝土路面碎石化改造是一項21世紀初期才在我國新興的技術。因為其能徹底解決路面反射裂縫問題、加快施工速度、縮短施工周期而受到廣泛的運用。

參考文獻：

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