旧水泥混凝土路面的再生利用探索

邓礼兵

摘要：近年来，随着公路的快速发展，许多早期的水泥砼路面都面临修复与改造的难题，如何经济、环保、高效地再生利用已成为公路建设单位面对的技术难题。在此背景下，本文主要分析旧水泥混凝土路面破坏后引发的问题以及再生利用的历史和现状，综合研究旧水泥混凝土路面的再生利用技术，以供参考。

关键词：旧水泥混凝土路面；再生利用；案例分析

水泥砼路面具有强度高、刚度大、荷载扩散能力强、稳定性好等优点。然而，水泥砼路面损伤后修复难度大、修复效果差、维修费用高，一旦发生破坏，极易造成交通事故。因此，加强对旧水泥砼路面的修复与再生利用工作的探讨，对今后的发展具有十分重要的现实意义。

一、旧水泥混凝土路面破坏后引发的问题

水泥砼路面已达使用年限，或由于其他原因（例如，道路结构设计、施工工艺不当、超载使用、保养不及时等）造成损失需要重新修建，目前通常采用的方法是开挖旧水泥混凝土路面，然后进行修复。废弃的旧水泥混凝土常被当作废物处理，由此引发了很多此生问题：首先，材料废弃。废弃的混凝土被当作废物处理，产生了大量的建筑废弃物，因为它属于无机材料，耐久性好，不会像有机物质那样自然降解，所以造成了永久性污染。其次，新建公路需要大量的建筑集料，新建筑集料通常来自山体表面爆破出的岩石。但由此会造成大量的山体被开挖，破坏植被，水土流失，对生态环境造成无法预测的损害。最后，运输和处置废物造成了大量的经济损失，集料的开采与运输造成了大量的人力、物力损失，不利于整体的经济效益和社会效益提高。水泥混凝土路面常见的后期损坏状态如图1所示。

二、旧水泥混凝土路面再生利用的历史和现状

如果把已开挖的旧水泥混凝土在施工现场进行粉碎，可作为集料再利用，既有经济上的优越性，又有环境保护的优点，可带来显著的社会效益和经济效益，可切实减少社会资源的浪费。因此，回收利用旧水泥混凝土很有发展前景。第二次世界大战后，很多建筑遭到破坏，欧洲开始了改造建筑，回收旧水泥混凝土。20世纪80年代，国外一些地区受自然条件的限制，在公路施工中缺少水泥原料，使得水泥的回收再利用成为热点。随着国外对水泥混凝土的研究与应用的不断深入，已有较为成熟的水泥混凝土回收利用技术。我国公路旧水泥砼回收利用的研究与应用还处于初级阶段，尚未在实际工程中大量使用，然而在各种资源相对短缺、环保工作繁重的今天，回收利用旧水泥混凝土显得尤为迫切。

三、旧水泥混凝土路面的再生利用技术

（一）分类

从广义上说，旧水泥混凝土路面的再生利用技术主要有两种：

1.现场修复技术

利用专用的破碎机械将旧的水泥混凝土就地粉碎、压制，然后作为新道路结构的基层或底基层，习惯上也常将此技术划归为非粘结罩面的表面处理技术范畴。目前，已有的现场破碎和压稳技术有多锤式碎石化、冲击压稳法、门板型劈裂法等。碎石化技术的优势主要包括：施工效率较高，单价较低，具有很高的经济效益，碎石化后可以铺设白色或黑色的路面，具有较强的适应性；完成碎石化以后可以直接用于底基层或基层，具有可直接使用的优势。

（1）多锤头碎石化

多锤头碎石工艺是用MHB、Z型多锤头破碎机，多次使用多锤粉碎水泥混凝土板，使其分层、破碎，从而形成均匀尺寸的块状。现场粉碎，工序简便，一次成型，经Z型压路机压实，可形成平整稳固的基层结构，碾压后的路面不仅可以达到基础强度的要求，还可以消除反射裂缝，为新铺设的路面提供较好的支撑结构。

（2）板式破碎法

板式破碎技术是利用门板式重型锤子将旧水泥混凝土板打碎成规整的方块，然后用压路机将其压实，使其相互嵌压成型，并在不规整的位置上调整，使其平整，并按照弯沉值和弹性系数设计合适的铺装层。其原理类似于锤子破碎，但破碎程度不同，可以能消除反射裂变，延长修补后的道路使用寿命，获得更好的效果。利用门式重型碎石机，短时间内可以打破原有的道路，不但很有效，工作效率也很高。随后将碎石撒在路面上，然后洒水，用压路机压实路面，一周后铺设水稳层，并考虑工期和路面养护期两个因素。在水稳层完全完工后，表面喷洒乳化沥青进入养护阶段，最后覆盖铺筑面层，使混凝土表面的整体强度保持一致，从而提高路面强度，确保道路的使用寿命，减少维修费用。

（3）微裂式破碎法

微裂碎法是利用破碎机锤击道路，获得微裂缝破碎的效果，达到不碎不稳、不平整的程度，再用25t压路机碾压1～2次，以确保路面稳定和稳固，最后进行铺装。采用专用机械对路面进行微裂破碎，获得路面形状破裂、板块嵌锁、路面稳定等作用，再由压路机碾压路面，使路面牢固稳定，并检测修补路段的弯沉值，从而设计新路面的结构层。经微裂缝破碎后，可直接用作路面基层，在老水泥砼路面出现破损或出现严重塌方时，可在路面上添加一层微调修补层，然后进行基层施工，可以有效防止层间脱空和路基的加固，使已处理的路面具有与完整路面相同的承载能力，降低路面的反射裂缝，延缓道路病害的发生，延长沥青混凝土的使用寿命，降低施工费用。

（4）共振碎石化

①适应范围

共振碎石化技术是指针对旧水泥混凝土路面大面积破坏并已丧失整体承载能力，通过局部的挖除、压浆等处治方式已不能恢复其使用功能，或已不能达到结构强度要求的情况下，为了解决通常情况下的加铺方式存在反射裂缝等问题。共振碎石化技术是采用液压锤对旧水泥砼路面进行谐振击打的工艺，压碎旧路面，压实压紧，在原有地基上建立新地基，在施工期间，增设两个地基。此外，还可以通过调整破碎锤的敲击频率和强度幅度，控制破碎深度及碎石颗粒大小。因破碎后其颗粒粒径小，力学模式更趋向于级配碎石，因而将其命名为碎石化。碾压后作为新路面结构基层或底基层，再加铺新的路面结构层。

②技术特点

第一，碎石化能使原水泥混凝土板块在平面上强度分布均匀。

第二，碎石化后仍能保留原水泥混凝土路面的一定强度。

第三，碎石化可以消除原水泥混凝土路面与基层脱空的病害。

第四，碎石化后的粒径合理，不会产生应力集中现象。

③工艺流程

施工工艺流程如下：第一，共振破碎机粉碎一次。第二，轮式压路机振动压实1～2次。第三，喷洒乳化沥青。第四，撒石屑，用光轮压路机静压1～2次。第五，8～12h后铺上沥青混凝土面层。

2.集料再生技术

在原位破碎后，将水泥混凝土送到集料厂，再次集中破碎、筛分、剔除杂质，从而得到高质量的集料，然后生产出水泥混凝土、水泥稳定碎石、二灰土等混凝土的集料。

集料再生技术的核心是集料处理，集料处理会影响集料的质量，虽然集料的加工方法千差万别，但主要工序相同，包括进料、破碎、筛分、输送四大环节。破碎机通常包括一级破碎机1台、二级破碎机l台、筛分设备1台。筛分设备主要有1台辊式破碎机、1台小型颚式破碎机、筛分板。工艺过程包括：首先，在粉碎之前，筛出携带的底层材料和灰尘。其次，利用颚式破碎机进行初步粉碎，粉碎后的最大颗粒直径为76～152m，并由输送机集中堆放。最后，利用破碎机进行二次粉碎，使颗粒尺寸在76mm以上的混凝土块进行循环破碎，而直径在76mm以下的混凝土则被输送至滚筒破碎机，粉碎至所需的颗粒，这里用4.75mm的方孔筛分选颗粒尺寸大于或小于4.75mm的粗集料，用沙筛控制颗粒直径小于75mm的细集料。在水泥稳定碎石基层中使用的再生集料，颗粒直径为75pm的粉体应该在0%～7%之间。

（二）比较分析

旧水泥混凝土路面的再生利用技术各有优点和不足。首先，破碎稳定技术机械化程度高、施工速度快、占地少、环保等优点，但也存在着对专业机械的依赖性以及设备的投资成本过高等问题。采用压实或压实处理的基层，因其弯沉分布较大，破碎板接头处的差异沉降引起的应力集中，容易导致沥青面层出现较大的拉应力，从而出现反射裂缝。而增设水稳层只能减轻裂缝的发生，也会使道路高程升高，从而影响穿越城市路段道路两侧的居住环境。其次，粉碎法是一种从冲压工艺发展而来的更加彻底的水泥混凝土破碎工艺，目标是将水泥混凝土板粉碎为10～20cm的颗粒，也就是将水泥混凝土板粉碎为高强度粉体。需要注意的是，碎化处理技术虽能彻底解决沥青加铺的反射裂缝问题，但作用深度仅局限在水泥砼面层，一般采用乳化沥青处理后，再加铺沥青面层，因而更适合在原有路面条件良好的白改黑改造中使用。针对该项目原有路面条件不佳，主要以断裂型病害为主，基础层的强度与厚度均达不到设计要求，还存在大量的弯沉量的情况，必须慎重采用碎石技术，防止因原有路面结构强度不够而造成的后续安全隐患。最后，集料再生技术主要由原材原位粉碎、送到集料厂进行筛选、再利用三个阶段进行集料回收，此工艺由传统的破碎设备实现，成本低廉，且能解决反射裂纹问题。通过对再生集料进行筛分分级，可以获得满足标准规定的级配。此外，在物理机械性能上，集料的压碎值、密度、针状粒子的含量等指标都符合标准。采用水泥、石灰、粉煤灰等无机粘结料，采用可再生骨料作为路面材料，可获得较好的路用特性，主要指标（例如，强度、抗冻性、回弹模量、干缩性等）均可达到目前规范对高等级公路基层的要求。与原始集料相比，采用再生骨料作为基础材料，可以直接节省20%的投资，既有经济效益，又有环境效益。综合比较分析，在此工程中，可利用集料再生技术粉碎、筛分旧板材，并将其应用于水泥稳定碎石的基层中。

四、案例分析

以麻城闵集—白果普通公路S206老水泥路面共振碎石化改造为例，S206是麻城市的石材专用道路，途经闵集镇和白果镇，是麻城石材工业园内数百个石材加工企业、上万台重型汽车的主要运输线路。从闵集石材园区交叉路口到白果镇，全长9.281公里，目前的水泥路宽度9.0m，设计时速60km/h，采用2层18cm厚水泥稳定碎石基层+20cm水泥混凝土面板，于2000年建成通车。自通车以来，因长时间的重载运输，以及大量的洒水降尘作用，出现了大面积网裂、塌陷、断板断裂，完好率仅为60%。为了更好地服务麻城石材工业园区，提升道路通行能力，麻城市公路管理局决定对闵集石材园区与S206交叉路口—白果段水泥路面进行大修。

施工方案如下：

方案一：当断板率≤5%，可以认为水泥混凝土路面结构稳定，板底脱空较少。

方案二：当5%＜断板率≤80%，路面破碎严重，板块小而碎，易产生竖向剪应力，要消散应力集中，采用共振碎石化。

第一，借助共振碎石化技术对旧道路进行破碎碾压。第二，碎石化完成以后撒上不乳化沥青。第三，铺上8cm密级配沥青稳定碎石ATB－25。第四，利用沥青纤维碎石封层。第五，铺上4cm细粒式改性沥青混凝土AC－13。有的地段通车半年，效果还是很不错，能承受重载运输的交通压力。

施工步骤：第一，共振碎石化破碎碾压。第二，碎石化后洒布乳化沥青。第三，摊铺8cm密级配沥青稳定碎石ATB－25。第四，热熔复合改性沥青纤维碎石封层。第五，摊铺4cm细粒式改性沥青混凝土AC－13。

五、结语

综上所述，随着交通行业飞速发展，对道路路面的质量提出了更高的要求。随着环保理念的推行，旧水泥混凝土路面的再生利用工作也越来越重要。旧水泥混凝土路面的再生利用技术主要有两大类：现场再生技术和集料再生技术。应用再生利用技术，能缓解改造旧水泥混凝土路面工作中造成的交通拥堵问题和环境污染问题，节约施工成本。在应用旧水泥混凝土路面再生利用技术的过程中，相关部门和人员要充分认识每项技术的工艺要点，保障旧水泥混凝土路面再生利用的有效性，确保道路的使用寿命。

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