碎石化技术在水泥混凝土路面改建中的应用

谢中友

（1.铜陵学院，安徽 铜陵 244000；2.中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

碎石化技术在水泥混凝土路面改建中的应用

谢中友1，2

（1.铜陵学院，安徽 铜陵 244000；2.中国科学技术大学，安徽 合肥 230027）

在旧水泥混凝土(PCC)路面上加铺热拌沥青混合料(HMA)是一种经济耐久的改建方案，可以很好地恢复路面行车质量，提高现有道路的结构承载性能。但如果在现有的旧路上直接加铺HMA面层，HAM面层内容易产生反射裂缝。碎石化技术通过把现有PCC面板破碎成碎块，可以消除HMA加铺层内的反射裂缝。

碎石化技术；旧路改建；HMA加铺层

图1 反射裂缝形成示意图

1.引言

旧PCC路面的改建方案主要有修复现有混凝土路面、重建混凝土路面或加铺其它面层。在旧PCC路面上加铺HMA面层是一种经济耐久的改建方案，可以很好地恢复路面行车质量，提高现有道路的结构承载性能。该方案施工简便，改造周期短，施工期间不需全部封闭对向交通，对交通通行影响较小。

然而，如果在旧PCC路面上直接加铺HMA面层，当PCC面板产生水平和垂直运动时，将会在接缝或裂缝附近的HMA面层内产生反射裂缝。碎石化技术通过把现有PCC面板破碎成碎块，可以有效消除HMA加铺层内的反射裂缝，从而提高整个道路的使用寿命和承载性能[1]。另外，碎石化技术不必把破损的水泥面板打碎搬走，节约了路基材料及运输成本，提高了工程进度，大大降低了工程的总费用。因此旧PCC路面碎石化后加铺HMA面层是一个优选的改建方案。

2.HMA加铺层反射裂缝产生的机理

反射裂缝产生在PCC面板接缝或裂缝上方的HMA面层，如图1所示。PCC面板会随外界温度变化而热胀冷缩，由此引起HMA面层底部应力逐渐增加。当应力超过HMA材料的容许值时将在HMA面层底部产生微裂纹，并进而发展传播到HMA面层表面。随着环境载荷和车辆载荷反复作用，HMA面层内将形成多条裂纹并最终导致HMA表面出现明显的损坏。

有多种技术方案可以用来消除HMA面层里的反射裂缝，主要包括：在HMA面层里锯缝或粘缝；采用较厚的HMA面层；增加裂纹缓冲层；选用改性沥青HMA面层，以及碎石化技术[2]。碎石化技术不需要在沥青面层里锯缝，也不需要额外增加沥青面层厚度，是最经济最成功的方法。

3.碎石化技术的基本原理、优点及适用条件

3.1 碎石化技术的基本原理

碎石化的基本原理是通过把面板破碎成小块，显著减小面板的有效长度，这样将大大减小接缝和裂缝因温度变化产生的水平位移，由此降低HMA面层底部的拉应力和剪应力，从而消除反射裂缝。另一方面，破碎PCC面板的等效模量是碎块尺寸的函数，对加铺HMA面层的承载性能有着重要的影响。当PCC破碎程度提高、等效模量减小时，HMA面层里产生反射裂缝的可能性显著降低，但同时也会降低HMA面层的承载性能。因此，面板等效模量存在一个临界值，确保HMA不会产生反射裂缝，同时又不会使HMA面层的承载性能降低过多[3]。

3.2 碎石化技术的优点

碎石化技术是把破坏的PCC路面转化为高质量的集料，为HMA路面的提供优良的支撑基层。其优点主要有[4]：

（1）消除了反射裂缝；

（2）消除了PCC里存在的碱硅相互反应问题；

（3）与重建PCC相比显著减少了施工时间；

（4）与重建PCC相比降低了工程造价；

（5）增加了HMA面层的使用寿命

3.3 碎石化技术的适用条件

并不是每一个破坏的PCC路面都适合碎石化后加铺HMA面层，如高湿度弱路基上的薄PCC路面就不适合采用碎石化技术[5]。重点对交通量以及下列因素进行综合分析评价后确定是否采用碎石化技术。

（1）现有路面病害，包括裂纹、接缝缺陷、路表缺陷等。区分现有道路的病害类型及其破坏程度，同时合理预测到施工之前可能发生的变化。

（2）现有路面结构，包括路面各层类型和厚度以及路肩状况。通过钻芯取样和拉伸实验检测现有道路的结构，确定各层厚度和材料类型。由于施工时路肩需要承担交通载荷，因此还需要评估路肩是否满足需要。

（3）路基条件，包括土基类型，承载能力及干湿类型。在钻芯取样和拉伸试验完成后，通过实验测定土基材料是否满足承载需要，同时为设计者提供必要的数据。如果路基是软土，有必要限制碎石化的范围，在某些情况改成其他的改建方案。

4.碎石化技术的施工过程及质量控制

4.1 碎石化技术的施工过程

碎石化技术的施工过程主要包括：

（1）现有路面的准备工作。如果PCC路面上已有HMA面层，应在破碎PCC之前加以清除。路面上的其他松软材料，如松软的修补材料、接缝填料和膨胀材料都应先行清除。另外，应将碎石化的PCC路面里的传荷设施都必须与相邻不改建的PCC路面完全割断。

（2）设置排水系统。必须在碎石化之前设置好地下排水系统，对于软弱路基或地下水位较高的地区，应尽量提前排除路基含水，使路基保持稳定。施工过程中排水系统应能有效排除PCC路面、基层以及路基的水流。

（3）确定地下公共设施位置及结构。在路面碎石化之前明确标出地下公共设施的位置和结构类型。在敏感的公共设施附近施工时应降低破碎能量以免造成损伤。

（4）选取破碎机械。破碎机械主要有共振式破碎机(RFB)和多头式破碎机(MHB)。当基层与面板的总厚度较薄或路基较软时一般采用RFB型破碎机，反之采用MHB型破碎机。[6-7]

（5）破碎后压实。压实的目的是确保混凝土碎块具有足够的稳定性，同时给HMA面层提供一个压实的支撑面。压实时采用Z型轮压路机振动压实2-3遍后，再用YZ18吨振动压路机振动压实2-3遍。

（6）铺筑HMA面层。经过碎石化过程，PCC变成无粘结基层，承载力大大降低。在破碎并压实的PCC表面铺筑HMA面层与在压实的粒料基层上铺筑HMA面层类似。需要注意的是：在铺筑之前都要保持PCC表面的压实状态，另外要控制好直接铺筑在破碎路面上的沥青下面层厚度。下面层必须要有足够的厚度以覆盖破碎的PCC表面并承受临时车辆载荷。在最小厚度的HMA面层施工之前不允许车辆在碎石化的路面上行驶。

4.2 碎石化技术的质量控制

碎石化施工的质量控制是一项复杂而困难的事，一般采用观察表面可见裂纹的方法，但表面裂纹有时很难真实反映碎石化的效果。为更好地确定碎石化的效果可以采用现场挖孔法，实验孔必须用材料修补并压实。规范一般要求碎石化路面表面颗粒尺寸不大于22-25cm，下半部分不小于30cm[8]。经验表明，面板下半部分里30-45cm的碎块不会对减少反射裂缝产生不利影响[9]。

碎石化路面内部的加强钢筋可以不需处理，但暴露在表面的钢筋必须截断并移走。

5.结语

碎石化技术是一种经济耐久的PCC路面改建方法，可以把受损严重的PCC路面很快改建成使用寿命长、承载性能良好的HMA路面。

［1］Fitts,G.L.Performance observations of rubblized PCC pavements[C].Proc.,2nd Int.Symp.on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control,Center for Advanced Infrastructure Technology of the Univ.of Mississippi,Auburn,Miss，2001.

［2］Decker,D.S.,and Hansen,K.R.Design and construction of HMA overlays on rubblized PCC pavements:State of the practice.Transportation Research Circular No.E-CO87[M].Transportation Research Board,2006，1-19.

［3］Rubblizing PCC Pavement and Placing a Bituminous Concrete Overlay,Construction Memorandum No.01-40[Z].Illinois Department of Transportation,2001.

［4］Illinois Department of Transportation.Special Provision for Rubblizing PCC Pavement[Z].2001.

［5］Kirk,P.Answer PCC failure with rubblization,asphalt overlay.Pavement Maintenance Techniques,(www.asphalt.com/mainpave.html)，2001，(1).

［6］Fitts,G.L.“Rubblization using resonant frequency equipment.”Transportation Research Circular No.E-C087[M].Transportation Research Board,2006，20-30.

［7］Thompson,M.R. “Rubblization using multi-head breaker equipment.”Transportation Research Circular No.E-C087[M].Transportation Research Board,2006，31-41.

［8］Illinois Department of Transportation.Guidelines for Rubblizing PCC Pavement and Designing a Bituminous Concrete Overlay[Z].2001.

［9］Chen,D.H.,Q.L.Huang,et al.(2008).Shanghai's Experience on Utilizing the Rubblization for Jointed Concrete Pavement Rehabilitation[J].Journal of Performance of Constructed Facilities 2008，22(6):398-407.

Application of Rubblization in the Rehabilitation of Cement Concrete Pavement

Xie Zhong-you1,2
（1.Tongling University,Tongling Anhui 244000，China；2.University of Science and Technology of China,Anhui Hefei 230027，China）

The use of hot-mix asphalt(HMA)overlays presents a long-term and economical solution to the existing Portland cement concrete(PCC)pavement rehabilitation problem.HMA overlays restore rideability,improve the long-term functional pavement performance as well as increase the structural capacity of the existing pavement system.However,directly placing an HMA overlay on the exiting PCC pavement would cause reflection cracking in the HMA overlay.Rubblization,by destroying the existing PCC slab into fragments,could eliminate the reflection cracking within the HMA overlay.In the paper,the mechanism of reflection cracking in the HMA overlay was analyzed,and the basic principle,advantage,construction process and quality control of rubblization were thoroughly addressed.

Rubblization;Rehabilitation of the existing pavement;HMA overlay.

U416.2

A

1672-0547（2011）03-0107-02

2011-03-15

谢中友（1976-），男，安徽怀宁人，铜陵学院土木建筑系讲师，中国科学技术大学博士研究生在读，研究方向：新型复合结构，新型路面结构。