水泥路面全厚式移动破碎就地冷再生技术的工程应用

刘晟 李明 嵇展飞 罗科 杨奇

摘  要：该文结合工程实例，对水泥混凝土路面全厚式移动破碎就地冷再生技术的施工工艺和技术特点进行概述。相比于传统路面的养护改造技术，这项水泥路面就地冷再生技术具有比其他工艺先进的优势，实践证明，冷再生与水稳层一次成型施工方法是可行的，可靠的。这种施工方法不仅在技术上可行、质量上可靠，还做到了旧料利用，经济环保，更是大幅缩短了工期，减少对交通的影响，特别是对于大交通流量线路上施工，具有明显的优势，加快水泥路面养护改造的步伐。

关键词：全厚式移动破碎；就地冷再生；水稳层；水泥路面；养护改造

中图分类号：U418.8      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）19-0175-05

Abstract： Combined with an engineering example， this paper summarizes the construction technology and technical characteristics of full-thickness moving crushing and in-situ cold recycling of cement concrete pavement. Compared with the traditional pavement maintenance and reconstruction technology， this cement pavement in-situ cold recycling technology has more advanced advantages than other technology. Practice has proved that the one-time forming construction method of cold regeneration and water stabilized layer is feasible and reliable. This construction method is not only technically feasible and reliable in quality， but also achieves the use of old materials， economy and environmental protection， but also greatly shortens the construction period and reduces the impact on the original traffic， especially for the construction on the line with large traffic flow， which has obvious advantages and accelerates the pace of maintenance and transformation of cement pavement.

Keywords： full-thickness moving crushing; in-situ cold regeneration; water-stabilized layer; cement pavement; maintenance and reconstruction

我国目前公路建设逐渐达到饱满，越来越多水泥混凝土路的使用年限将近，势必将面临公路养护改造的高潮期[1]。国内外以往的施工工艺技术[2-8]，如“白+黑”[9]直接罩面，虽然防止反射裂缝的各种工艺技术层出不穷（压浆、土工合成类材料、双绞合钢丝网、各种防裂材料及措施等），但由于对反射裂缝的顽固性认识不足，都没有从根本上解决应力集中导致反射裂缝的问题，目前来看，尚未有颠覆性的材料和工艺技术解决这个难题；“白+白+黑”[10]这项工艺造价高、工期长、施工复杂、后期养护维修更困难，不适合低等级公路养护；“碎石化+加铺罩面”[11]，碎石化本身存在施工不彻底留有隐患，碎石化效果无法有效检验，振动大对沿线房屋建筑和桥涵构造物、对下承层等有较大干扰，表面的细料层无法稳固形成软弱夹层和造价不便宜（先期换板等工程量）等问题；“白+白”的问题体现在对缝困难、反射裂缝更突出，大大增加了后期的大修改造困难和成本（传统方法难以处治下层板，治标不治本、补助标准没有得到解决）；以换板为主要手段的中修工程存在平整度太差的问题。

随着时代发展、科技进步，适应交通强国战略和公路养护高质量发展的需要，不断研发和推广应用更高质量品质、更节能环保、更经济适用的新技术、新材料、新工艺和新装备是必有之路。水泥混凝土路面全厚式移动破碎就地冷再生工艺技术应运而生，从这项新工艺的名称进行解读，“破碎”就是指把水泥路面板变成了水泥混凝土破碎集料（碎石）；“全厚式”是从上到下必须破透，不存在隐蔽和夹层；“移动”意味着不是固定式的，不需要固定的场地，节约运输成本、效率高；“就地”除了可以移动的特点，还意味着“原位”施工，减少了离析的可能性；“冷再生”指的是路面废旧材料循环利用、节能环保、降低造价。一言以蔽之，这项新工艺直接把水泥路面板在施工现场改造成了水稳基层，一次成型。

1  技术概述

水泥混凝土路面全厚式移动破碎就地冷再生技术，是通过使用最新的移动式破碎机械设备在旧路面现场就将原有的水泥混凝土路面板全部破碎成具有预设计级配的再生骨料（或根据级配需求，添加一定量的天然新骨料，使其级配满足公路水泥稳定碎石基层的要求），然后向混合料中添加水泥（或掺配其他适当的胶凝材料）、再生剂、活化剂（例如钢渣超微粉等）、水，借助再生设备在原地拌合新生成水泥稳定碎石混合料，经过平整、压实和养护处理后，最终形成有一定厚度的再生水泥稳定碎石基层。冷再生施工技术具有经济环保的优点，以前由于再生机械功能限制，冷再生层无论质量和厚度都达不到预期效果。随着再生机械功能升级，现行冷再生机能够深度拌和，使得再生层质量明显提高，加之深厚度水稳层施工技术的逐步成熟，冷再生技术与水稳层一次成型的施工方法在技术设备上得到了更有力的支撑。

2  项目概况

衡阳市国省道大中修某线路段，技术等级为二级，原路面为水泥混凝土面层，路面宽度为9 m，设计速度为60 km/h。经调查原路面部分较好，两侧路肩基本完整，原有水泥路面损坏类型以龟裂、纵横向裂缝等病害为主。据2022年此线公路技术状况评定明细表，该段路面PCI（路面状况指数）指标为74.62、PQI（路面性能指数）指标为79.98，PCI、PQI分级为中、中。据钻孔取芯，得到原路面结构为26 cm水泥砼，基层为水稳碎石 20 cm（水稳下松散），将路面结构变更为原水泥砼路面冷再生后加铺5 cm中粒式沥青砼下面层+4 cm细粒式改性沥青砼上面层。

3  再生材料配合比设计

3.1  原材料试验

水泥稳定再生层在正式动工之前，首先对旧路面的集料进行配合比设计。借助冷再生机，在旧路面上进行铣刨并选取典型样本，通过试验分析，对原结构层厚度及原路面材料种类有更准确的掌握，并为试验室配合比设计提供依据。对选择的铣刨料样本，必须严格按照相关的试验标准和流程进行级配分析、塑性指数的测定、压实试验，测定其含水量等。针对粒径分布状况不符合设计要求的旧料，可以通过掺配一定量合适级配的新料来调整其粒径分布，以符合级配要求，新料的选择则需要在料场中挑选典型样本，也需严格遵循相关的试验规定和流程进行上述指标的检测。同时还需要对水泥的标号和终凝时间进行检测。

3.2  材料要求

在水泥稳定再生层中，集料最大粒径应小于37.5 mm。若该再生混合料要用于高速公路以及一级和二级公路基层，其粒径分布状况应该遵循表1的1号级配要求；如果要应用于高速公路、一级、二级公路底基层或二级以下公路基层，需要保证其颗粒配比符合表1的2号级配标准。

待稳定材料的塑形系数须限定在10以内。当塑形系数高于10，可以使用石灰进行稳定，或者通过复掺水泥和石灰，进行综合稳定。添加新料的目的一是增加路面厚度；二是调整和改善破碎料的级配。对新添加的碎石或砾石的粒径要求，完全按照JTJ 057—94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规范要求的级配，通过筛分试验和计算确定。添加的新料数量，是根据再生基层的压实厚度、再生基层设计总厚度的差值，然后通过新铺基层的最大干密度进行（通常为2.35 g/cm3），计算得到新铺料的数量。如果不需要添加新料（受到厚度限制），则对破碎的工艺和技术要求更高。快硬水泥、早强水泥以及已经因受潮而变质的水泥不适应用于无机结合料中，宜采用初凝时间超过3 h和终凝时间在6 h以上的水泥。水泥须保持外表干燥松散并且没有结块结团、没有变质。水泥的强度等级可以选择32.5或42.5。

3.3  配合比设计

1）首先对铣刨的旧路面材料和新的天然集料等组成材料的级配进行筛分确定。依据各自的级配制定合成级配，使其符合表1的级配范围。设计的合成级配应尽量接近表格中级配范围的中值。如若经过多轮调整还是无法达到级配要求，那么就需要选择合适级配档位的新料。

2）按照3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的水泥剂量分别配置同一种刨铣样品。按照JTJ 057—94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T 0804—94的试验方法进行混合料的最大干密度和最佳含水量的测定。

3）根据规定压实度，计算出在采取不同的水泥剂量时，试件的干密度。按照最佳含水量和所计算的干密度制备试件。在进行强度测试时，最少的平行测试试样数量不应低于表2中的规定。如果试验结果的偏差系数超过了表2中所规定的数值，需进行重新制备试件，并查明原因，调整试验方案。如果偏差系数无法下降，应适当增加试样数量。

4）在规定的温湿度养护环境下，试件需要养护6 d，浸水24 h后，根据JTJ 057—94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行无侧限抗压强度的测试，试验结果需达到表3中规定的强度。根据表3的强度要求，通过试验明确水泥稳定再生混合料的组成配比，包括所需的水泥剂量和再生混合料的最佳含水量。而当再生混合料的物理或力学性能要做调整，或者需要改变合成级配时，还需要确定新料的掺比。

基层作为路面结构的主要承重层，必须具备足够的稳定性和强度。该项目经过实验室配合比设计后，选用了添加5%水泥的水泥稳定碎石作为基层。限定了水泥稳定碎石基层的最大颗粒直径不超出37.5 mm，混合材料的压实度应该符合重型击实标准，达到98%以上，7 d龄期的无侧限抗压强度到达3 MPa以上（25 ℃，湿养6 d，浸水1 d）。选用的水泥是初始凝固时间较长（大概6 h），强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥。同时，基层碎石的压碎值未超过35%。

为了减少基层产生裂缝的情况，在确保设计强度的基础上，要限制水泥的用量。在减少水分的过程中，必须对细骨料和粉料的用量采取严格控制。根据施工场地的天气环境，有必要限制水分的含量。具体而言，水泥的含量不能超过5.5%，0.75 mm以下的颗粒级配骨料的含量也不得超过4%，含水量不应超过最佳含水量的1%。

4  试验段施工

预破。利用路面破板机（俗称“啄木鸟”），对旧水泥混凝土路面板进行简易破碎。再利用全厚式移动破碎机，对经过预破的路面进行第一次全厚式移动破碎，转子旋转方向与行车方向保持一致形成10 cm左右的粗破碎料。最后利用全厚式移动破碎机，对经过一破后的路面进行第二次全厚式移动破碎，转子方向与一破相反，刀头比一破的小一些，最后形成符合水稳基层级配要求的破碎料。

添加新料。针对单一粒径（或者一档料）采用堆方方法，通过挖机、铲车和平地机铺展。多粒径（或者2～3档料）混合料可以每档料逐一堆方，通过挖机、铲车和平地机铺展，每档料铺展完成后，必须进行碾压（通常静压+轻振各一次），最终达到厚度均匀的要求，不可多档料混合堆方，也不可每档料铺展后在松散料面上进行另一档料的堆方和铺展，容易易造成离析和“花白脸”。

水泥撒布。破碎后的作业面（或者添加新料后的作业面）必须经过初步压实（即静压+振压各不少于一次，防止撒布车作业时形成撤槽，导致水泥撒布不均匀），然后使用专用的粉料撒布车进行撒布，精确控制水泥含量和均匀性（电子秤控制，通过编码器与行车速度联动），撒布车的出料口尽量低，可以有效避免扬尘，水泥撒布后的区域必须严格进行交通管制，严防非施工车辆进入作业区，导致扬尘和水泥的散失和破坏均匀性，水泥撒布和再生拌和宜伴随前后串联作业，或者撒布水泥与再生拌和时间不宜超过1 h，严格观察天气变化情况，不得在降雨条件下作业。

再生剂撒布。再生剂是用来提高再生混合料活性，防止施工后开裂的材料，再生剂有粉剂（例如矿物、钢渣等超微粉等）、化工类水性剂（例如水玻璃、硫酸铁钙等）等，具体要根据试验确定效果和最佳掺量，结合材料价格进行综合选择。通常将粉剂再生剂（活性剂）掺入水泥中进行混合撒布（需与水泥进行充分搅拌均匀），水性剂再生拌和时掺入水中进行混合撒布。

精确控制含水量。通过击实试验和配合比试验确定，通常高温季节施工含水量控制在高于最佳含水量1～2个百分点；含水量喷淋系统必须通过电子秤进行精确控制，并与行进速度通过编码器进行联动，不得通过人工经验控制设备行进速度；严格控制再生机的行进速度，通常控制在不超过6 m/min，以确保混合料拌和充分、均匀，确保拌合后的混合料从上到下全厚度各种粒径的颗粒均匀分布，不出现上下粗细不均匀的离析现象。精确控制再生深度，已初步碾压后的破碎料层以下1～2 cm（即原路面基层表面翻松1～2 cm，目的是增加再生基层和原路面基层之间的层间连接），严禁再生拌和厚度不够，导致再生基层与原基层之间形成软弱夹层。

整平。利用平地机对经过再生拌和后的混合料进行整平，以满足设计的标高和路拱横坡，平整度满足施工要求。①碾压：接头处的碾压一定反复进行，并且与平地机整平组合进行，这是影响平整度的关键环节，初压后胶轮碾压要慢速，主要起到搓揉的作用，有利于集料的嵌挤和致密。②养生：碾压完工后，立即洒水并覆盖土工布进行养生，整个养生期间，持续保持再生基层面的湿润。通常2～4 d即可取芯检测，并开放交通。养生结束后，立即喷洒透层油，有利于抑尘和防止剥落，经过实测，该工程再生基层的厚度已符合设计的标准，并能有效取出完整无损的芯样且密实均匀、无断根，其无侧限抗压强度、弯沉值和压实度亦满足设计及规定的需求。相关实测质量结果详见表4。

沥青混凝土路面完工并开放交通后，路面综合性能稳定，未出现反射裂缝、车辙等现象。

5  结论

1）相对于传统的公路养护施工工艺，此工艺通过现场就地施工，充分利用了旧路面材料，避免了在路面改造过程中对旧水泥路面的挖掘、废料搬运、废弃处理以及购买大量新料所需成本，且移动和破碎能同时进行，因此显著降低了支出成本，具有良好的经济效益。

2）水泥就地冷再生机械施工一次性就可以完成破碎路面结构、添加新料及再生剂、水泥拌和、基层摊铺及压实成型，大大简化了工程施工的复杂度，同时也缩减了工期。

3）水泥就地冷再生技术只在指定的区域内工作，全套的冷再生设备都能放在同一车道内。对施工区域之外的地方不会产生影响，允许开放式施工，未施工区域和其他车道的行驶车辆以及行人可以照常活动，尽量降低对交通的影响，扬尘和噪音小，不扰民。这种方法适用于车流密集或路面狭窄的施工环境。

4）根据老路面材质的具体状况，可以设计并检测准确的配比以选择适合的添加剂进行掺和，这样不仅能确保再生材料的高品质和施工质量，制造出密实且平整的基层，延长修复后新道路的使用寿命。

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