旧水泥混凝土路面传统改造技术与就地再生利用技术

唐 枭

广东省交通规划设计研究院股份有限公司 广东 广州 510000

正文：

1 概述

在我国早期的道路建设工程中，水泥混凝土路面凭借其强度高、扩散荷载能力强、稳定性好等优点，在全国范围内得到了广泛的应用。自改革开放以来，中国经过了几十年经济高速发展期，大量经济开发区及城市群体的涌现，日益完善的交通路网，加强了各地区之间的联系，方便了人们的出行，人民的生活变得充裕，家庭汽车拥有量大幅增长，交通量也急剧增大，尤其是超重超限车辆的增多，上世纪修建的水泥混凝土路面，多数已开始出现不同程度断板、错板、裂缝等结构性破坏，传统的修补处理，往往投入大、成效小，存在环境影响、交通干扰、工效低、经济性差和社会影响大等问题。本文融合品质提升、综合节约、环保利用等理念，从传统修补改造及就地再生利用技术两方面对旧水泥混凝土路面改造方案进行了对比分析，可为以后的城市道路改造工程提供参考依据。

2 传统改造技术

2.1 局部挖除补强

该方法主要是针对部分水泥板断裂而采用的补救措施，通常是采用人工凿除或机械将破损的水泥板挖除，处理基层后，重新铺筑水泥面板。其特点是改造较为彻底，但对交通干扰大、养护期长、工效低、环境污染大、造价高。适用局部修理，整体效果差、寿命短。

2.2 直接罩面法

沥青路面具有抗滑性能好、路容美观、平整性好、舒适度高等优点；同时能够降低车辆在行驶过程中产生的噪音，能有效减少行车扬尘，有利于保护城市环境质量，因此越来越多的城市对水泥混凝土路面进行了黑色化提质改造。

沥青罩面通常称为“白加黑”，它是将原有水泥路面经过局部处理（纵、横缝封填、沉陷、错台等处理）作为基层，喷洒粘层油后直接加铺沥青混凝土上面层。特点是加铺速度快，基层强度高，整体效果好。缺点是对加铺层要求较高，裂缝反射快，使用寿命短，一般2～3年即发生病害。

2.3 破碎后集料再生

破碎后集料再生分为路面破碎回收和集料加工再生两个部分，采用的机械主要是破碎机和筛分机。此种方法首先利用机械将旧水泥混凝土路面破除、铲起、装运至集料处理地点，清理粘附在水泥混凝土碎块上的基层材料和泥土后，采用颚式破碎机将水泥混凝土块进行二级破碎，最后根据集料粒径的要求安装双筛网筛分机，对粒径小于76mm的再生集料进行过筛分级。再生的粗细集料加稳定料拌和后可用于修筑基层、底基层；加水泥、化学外加剂或沥青等后可用作路面面层。

3 就地再生利用改造技术

3.1 就地发裂再生技术

3.1.1 冲击压实（IC）

冲击压实技术是采用非圆多边形钢制压实轮压路机，在牵引驱动力的作用下，使压实轮周期性的对路面进行冲击夯实，进而对旧水泥混凝土路面进行破碎、夯实稳固后作为底基层，为新加铺层提供密实、均匀、稳固的支撑体系。

1995年我国首次从南非引进了蓝派冲击压实设备，进行旧水泥混凝土路面的维修处理，主要是利用机械的动力冲击及压实轮的势能冲击力，在对旧水泥混凝土路面进行快速碎裂的同时，将破裂板或碎块稳固到旧基层或土基上。旧水泥混凝土板冲压后可保持破裂板块间的嵌锁作用，并消除脱空板的竖向位移，能最大化发挥旧板的残余承载能力，对旧板底的基层及土基起到补压作用，能够提高路基强度、稳定性和均匀性，防止不均匀沉陷而造成的路面破坏。

但其缺点也较为明显，因为冲击压路机是通过三边形或五边形势能冲击和动力冲击，将水泥板块打裂，其破碎效果与行驶速度、破碎遍数有较大关系，且对周边的结构物有较大的影响，因此在施工前，应着重做好沿线各种构造物的调查与防护。

3.1.2 打裂压稳（CS）

打裂压稳技术同样是利用重力势能对旧路面进行冲击破裂，也是国外常用的一种破碎设备，其特点是利用门板式破碎锤的起升下落，将巨大的冲击力作用于路面，使旧水泥板块发生断裂，以达到破碎的目的。

其可以通过调节破碎锤的抬升高度来得到不同的冲击力，并且可以通过调整行驶速度来控制落锤间距以获得合适的破碎板块，通常是每隔40～60cm进行横向打裂，使水泥路面产生紧密的微裂纹，减小混凝土板块的平面尺寸，使板块之问形成互相嵌锁结构。在确定了合适的打裂参数后，采用胶轮压路机对破裂板块进行压实，脱空的破裂板块由于支撑较弱进一步发生断裂，与旧基层密贴在一起形成更加稳固的支撑体系，从而延缓加铺层反射裂缝的出现。一般门板式破碎机的破碎宽度是1500～1800mm，打裂要求75%以上的路面不规则开裂，相邻裂缝形成0.3～0.6m2的块状。

3.1.3 挖掘机炮头

观察两组治疗依从性、血糖水平以及护理满意度。（1）治疗依从性采用调查问卷形式统计，主要包括用药依从、饮食依从、运动依从及自我监测依从。每项满分为100分，分数越高，依从性越好。（2）血糖水平包括空腹血糖水平及餐后2 h血糖水平。（3）护理满意度采用本院自制调查问卷形式进行统计，分为非常满意、满意与不满意三种，护理总满意度＝（非常满意例数＋满意例数）/总例数×100%。

由于施工方便、快捷等原因，在部分城市道路改造工程案例中有采用此类方法，把挖掘机的料斗换成炮头，采用炮头在水泥路面上打坑，通常间距为0.5m 的梅花状大坑，打裂后需要采用压路机进行碾压；此种方法的特点是坑洞较大、较深，处理后表面强度均匀性差，在打裂过程中，若旧板碎块间裂缝宽度过大，则板块松动不能形成嵌挤结构，通过碎石或石屑填补后只能作为底基层使用，且还必须得通过加铺水泥稳定基层来弥补该缺陷。因此该项技术对施工机械操控人员的要求较高，不易控制施工质量。

3.2 就地破碎再生技术

即碎石化再生利用技术，该技术起源于20世纪末的美国，最开始作为分离路面中的钢筋而使用，是通过专用设备将水泥混凝土路面一次性破碎为碎块柔性结构，之后作为旧水泥路面改造技术被提出，并得到逐步推广应用。根据弹性层状体系理论，路面结构层的弹性模量必须要上强下弱 ，方可避免反射裂缝的产生。水泥砼的弹性模量要大于沥青路面，因此在加铺沥青面层前，需要将原来的水泥路面碎化，将其转变为柔性结构层，以此来消除集中应力，达到防止反射裂缝的目的。

3.2.1 多锤头破碎机（MHB）

多锤头破碎设备，是利用设备自带得多个重锤的重力下落来对水泥混凝土路面进行锤击破碎，并配合“Z”字形花纹压路机对破碎后的路面进行震动压实。

①工作原理：

通过利用多个锤头的自重交叉起落来对水泥路面进行冲击，也是通过重锤的下落时的重力势能来对水泥路面产生瞬时、点状的物理冲击作用。在锤头的提升过程中，发动机使锤头产生势能，在锤头下落的过程中，势能转化为动能对路面产生冲击作用使原面板破碎。多锤头破碎机与门板式破碎机具有相似之处，但其克服了门板式单一性的缺点，其多个锤头可以自由调整，以实现不同的破碎宽度。且其破碎作用点分布均匀且密集，对旧路面板的锤击作用一次性完成。

②特点：

MHB破碎能量能传递到较大的深度，离重锤作用位置较远处吸收的能量占总能量的比例相对较小，产生的颗粒较大（上小下大、裂而不碎）。通过调节重锤下落高度、锤击频率和机械行走速度可以使原水泥混凝土路面板破碎后的颗粒粒径分布更合理。

3.2.2 共振碎石机（RMI）

共振式（单锤）破碎机是利用振动梁带动工作锤头振动，锤头与路面接触，通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，将水泥混凝土面板击碎。

①工作原理：

其原理是锤头与路面撞击产生共振使混凝土加速破碎。破碎机械由凸轮旋转产生的偏心力使振动粱带动工作锤头振动，一般频率约为42～46Hz、振幅为20mm。这种高频低幅的振动能量大部分被水泥混凝土板吸收，从而造成水泥混凝土的解体碎裂。

②特点：

假如混凝土破碎后能保持最大的模量和最大分散表面负荷的能力，那么，当路面的完整性被破坏后，繁重的交通负荷就不会引起路面反射，造成沥青罩面出现裂纹。要获得最大模量，要求混凝土沿其剪切面破裂，即成45°角斜向的嵌锁结构，共振碎石化恰能满足此要求。由于共振破碎冲击力很小，不同于物理冲击，这种高频低幅共振产生的裂纹在穿透水泥混凝土面板时就消散了，既不会损坏原有的路面基层，也不会对现状的地下管线造成影响。随着路面结构深度的增加，振动能量逐渐减弱，因此，路面的破碎程度也呈上细下粗形态，水泥混凝土碎块的最大粒径可控制在200mm，经压实后可形成稳定的基层。

3.2.3 适用条件

由此可见，碎化的目的就是通过破碎，将水泥砼由刚性层转化为柔性层，在损失原混凝土面板一定整体强度的条件下，消除了混凝土板内部的应力集中，起到了防止反射裂缝发生的作用。但并非一经破碎就是合格的柔性基层。如果粒石尺寸太大，或者大小不均，反射裂纹仍然会产生；如果破碎的尺寸过小，或者相互没有嵌锁，整个破碎后的水泥砼层就会因缺乏强度而失效。因此碎石化施工要做的事情就是寻求结构强度与防止反射裂缝结合的最佳粒径区域。

实践证明，最佳碎石尺寸应该在3～20cm间，既能确保无反射裂缝，又避免结构失效。

综上所述，碎石化方案的采用应结合项目特点、资金情况、旧路条件等方面综合考虑；当旧水泥路面满足以下条件时，即可考虑采用碎石化再生技术：

a.水泥路面板块裂缝、唧浆、错台和角隅损坏率等达到路面总接缝长度的20%以上；

b.板块出现开裂或下沉，需要修补的面积达到路面总面积的15～20%；

c. 路面平整度平均每公里双向随机检测100m，其平均值大于1.2mm的路段；

d.旧水泥路面基层与面层总厚度需满足33cm以上；

e. 路基CBR值大于5%。

4 技术对比

表1 各类改造方案的优缺点对比

5 结语

水泥混凝土路面结构因其具有耐高温、耐磨耗、强度高、稳定性好、使用寿命长等优势，在世界范围内得到了广泛应用。目前，我国的水泥混凝土路面总里程已经达到了约200万公里，高居世界首位，且随着交通运输的发展，水泥混凝土路面所占的比例还有增加的趋势。

我国自引进碎石化技术以来，经过不断的学习与探索，已经初步形成了一套较为系统的碎石化施工工艺，且已在多地的建设工程中得到了实际应用，与其他改造工艺相比，该技术出现的强度偏差较小，水泥路面的改造效果要远远好于其他设备。但由于我国的水泥路面就地再生利用技术的相关研究起步较晚，随着经济全球化的进一步发展以及近年来中东局势的持续动乱，我国的沥青缺口形势越来越严峻，在我国未来的交通系统中，水泥混凝土路面在仍旧会扮演重要角色。因此，做好对水泥混凝土路面的改造技术研究对提高我国的交通运输能力和道路水平具有非常重要的意义。在实际的工程应用中，应结合项目特点，深化相关研究，不断探索和创新，以进一步推广完善碎石化再生利用技术。