共振碎石化技术在机场道面施工中的应用

王鹏飞童云罡秦 菱

（1.空后机营部，北京 100720 2.空后直供部机场营房处，北京 10035 3.空军勤务学院，221000）

共振碎石化技术在机场道面施工中的应用

王鹏飞1童云罡2秦 菱3

（1.空后机营部，北京 100720 2.空后直供部机场营房处，北京 10035 3.空军勤务学院，221000）

随着路面施工技术的进步，共振碎石化技术应用领域从公路逐渐延伸到机场道面施工，本文首先解释了共振碎石化技术的基本原理，通过介绍国内外机场应用情况说明了共振碎石化技术运用到机场道面改造工程的可行性和优越性。

共振碎石化技术 机场道面 应用情况

我国己有的机场道面中有相当一部分己接近或者超过了它的设计使用年限，面临修整。随着飞机载重量和道面使用频率的增加，越来越多以前修建的水泥混凝土道面出现了道面结构破坏、使用性能下降的情况，严重影响了飞行的安全性和稳定性。

1. 振碎石化技术原理

旧水泥混凝土板破碎后的处理方式有两种：一是从原位移除，二是在原位利用[1]。移除的成本很高，且易造成对环境的不利影响。从原位移除的破碎后水泥混凝土板块尺寸大小不一，不宜作为新道面结构的基层或底基层。在原位利用可解决以上问题，既能降低成本，也不会对环境造成不良影响，是进行水泥混凝土道面重建的最佳手段[2]。共振碎石化能使破碎层可作为加铺层的基层，从而达到原位利用的目的。在破碎后结构层上进行加铺可有效消除差异沉降、防止反射裂缝的发生。可以说破碎的根本目的就在于消除反射裂缝产生的可能性。

共振碎石化的机理是：通过振动梁带动锤头振动，在偏心轴力的驱动下产生42～46 Hz的振动谐波，振幅10～20mm，振动能量传递到水泥混凝土板，大部分能量被水泥板吸收。通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥板的固有频率，激发水泥板共振，从而将水泥混凝土板均匀的击碎。在碎石化机上装有专用传感器，可感应道面板的振动并进行信息反馈，机载电脑在搜寻、模仿、确认旧水泥混凝土道面的自有频率后，自动调节碎石化机锤头的振动频率，引起混凝土板在锤头作用下局部范围内产生共振，使旧混凝土板迅速开裂破碎。

破碎后的粒径表层最大不超过7.5cm，底部不超过30.0cm。水泥混凝土道面碎石化后颗粒相互啮合嵌挤，裂缝多与水平向成42°～46°的夹角，即基本沿最大剪切面破裂，这种角度破裂可获得比垂直破裂更大的模量，可将荷载分散到更大的区域内，获得比其他碎石化方法更大的模量。同时，低幅高频的共振冲击破碎不会把混凝土碎块挤压进基层。共振破碎后混凝土道面的原有基层几乎和破碎前一样平整，基层及底基层仍能保持完整性和良好的结构承载力。

共振碎石机械将水泥混凝土道面破碎成混凝土块，破碎材料自上而下由小到大、破碎面在30°～60°范围内，破碎粒径范围为2.5 cm～40cm，大部分集中在2.5 cm～7.6cm，粒径大于20cm的含量不得超过2%。该技术是将旧水泥混凝土道面的面板，通过专用设备一次性破碎为咬合嵌挤碎块柔性结构，可充分利用旧路残余强度，且保护环境，节约资源。这种基层结构不仅具有一定的承载力，而且具有防止或限制新铺的热拌沥青混凝土道面反射裂缝发生、发展的作用，破碎后的粒径范围为2 cm～40 cm，力学模式趋向于级配碎石。

2. 外应用情况

国外的旧水泥混凝土路面碎石化技术已有20年左右的历史，特别是碎石化后加铺沥青混凝土层的旧水泥混凝土路面处治方法更是得到了广泛应用。碎石化起初是为了方便清除水泥混凝土路面和分离路面中的钢筋而进行的。第一个热拌沥青罩面的水泥混凝土路面破碎项目是1986年在美国纽约完成的。美国是世界公路大国，拥有的水泥路面也是世界最多的，所以对水泥路面的翻修改造技术研究得比较多，技术也最成熟。

根据美国的工程实践：碎石化方法用来消除反射裂缝是比较成功的，不过碎石化技术对板块进行破碎后，该层结构强度大大降低，在进行碎石化后新路面结构设计时，要充分考虑到这种强度降低，对结构层厚度和结构组合做出相应要求，以保证新结构可以较长时间地承受荷载作用。

美国共振机械公司新开发的一款机器设备RB500，是专门设计用于破碎厚的混凝土，除了广泛用于改造机场跑道、出租车道和公路等民用路段，还应用于机场的翻建和加厚，美国俄亥俄州某基地机场跑道上的碎石改造项目就是由RMI公司承包的。机场拟改造和重建机场停机坪跑道，跑道厚度达16英寸、21英寸和26英寸，这个项目就是为了保证移除原有旧道面和重建新的水泥混凝土道面。RB500采用共振破碎技术，在破碎混凝土道面显示了卓越的能力，可以节省出1/5的时间和1/3的金钱。在破碎21英寸厚的水泥板块中，RB500采用低振幅探头冲击地面，共振大梁振动频率为44Hz，大梁破碎碎快相互之间保持锯齿状，基层材料则为脱胶剥离的钢筋。

共振大梁碎石化技术以45度角或剪切平面，板块被整体破碎，并且在不伤害路基外形或路基材料的情况下剥离所有的传力杆，这种斜向的破碎方式比其他垂直的破碎方式提供了更大的模量，并且把道面的负载分散在更宽泛的区域内，比其他破碎方式获得更大的模量，并避免产生反射裂纹，低频高幅的共振碎石化的能量被水泥混凝土板块吸收，并不会把破碎的石块砸入路基，也没有破坏底层路基的设施。一些钢筋或铁丝网将与破碎道面的碎石完全剥离。已有工程经验显示，振动破碎机破碎道面的深度可以达到26英寸，并且能大量节省时间和财力。碎石化把当前的水泥混凝土破碎成为良好的级配碎石路基，这已被视为行业道路修复的一项可行性领先技术。

3. 内应用情况

国产某型全浮动式共振破碎机通过专门的激振器激发水泥混凝土产生共振，将其碎裂成为“上部碎石化，下部嵌锁化”的碎块，碎块为顶部3～5cm大小，底部8～20cm大小，实现真正的碎石化。真正的碎石化必须保证钢筋和破碎路面的碎块完全脱离且基层不受冲击，保持完好。根据RMI的研究，振幅在24～42英寸的高振幅冲击锤会对道面产生高压冲击，使路基上产生空洞，路基整体性受到破坏，极大减少承载能力；此外，普通高压冲击锤作用过的路面使面层受力不能分散，形成压辙，个别点集中受力造成底基损害，路基由于缺少排水措施造成底基存水，严重影响承载力的形成。相反，共振碎石化技术的应用可以使振动冲击力均匀分布，整个路面得到路基的有效支承，无压辙。

机场道面施工一直存在工程量大、耗时长、花费大等缺点。根据近年在水泥混凝土路面或机场加铺沥青面层的最新施工技术，即使用共振碎石化技术破碎旧道面，再经洒水，排水，撒沙，更换局部软弱路基，碾压，加铺面层等施工流程，直接在原旧道面基础上建成新道面，达到良好的使用效果和时间经济效益。

在水泥混凝土道面使用末期或病害严重阶段，现有水泥混凝土道面局部已出现沉陷、接缝啃边、自由边断角、水泥混凝土板脱空、断板裂缝、水泥混凝土道面板个别部分活动等病害，部分路段较为严重。采用常规养护措施己不能保证道面使用性能时，国内外常采用在原水泥混凝土面层上加面层材料的方法进行全面的修复。而在加铺之前必须进行破碎，以消除直接在旧道面上加铺面层材料的固有弊病，如反射裂缝、粘结性差、开缝、平稳性差、硅酸盐反应和其他变质反应等。共振碎石化技术的应用，可以把水泥混凝土道面破碎成为小的碎块，而破碎层可作加铺层的基层直接使用。

碎石化是把当前的混凝土道面破碎成为粒径一致的碎块，然后碾压破碎后的碎块并摊铺沥青，这样就完成了快速、清洁、高效的道面改造。碎石化系统的第二部分是使破碎的水泥混泥土道面能够使基层材料干燥，并保持基层材料干燥，可以通过边缘排水的安装实现。共振大梁打击地面达44次/秒，并使用高频的共振冲击力量破碎水泥混凝土。

[1]洪斌,张灵军,丁宇平等.共振碎石化技术在白改黑工程中的应用[J].筑路机械与施工机械化,2009,26(11).

[2]熊斌丹,林钦国,吕勇衡.旧水泥混凝土路面碎石化后力学性能分析[J].公路交通技术,2014(4):10～14.

TU75

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1007-6344（2015）11-0231-01