旧水泥混凝土路面碎石化改造技术的分析

武春峰

摘 要：水泥混凝土路面在我国公路和城市道路中占有很大的比重，目前有许多旧水泥混凝土路面已经出现了大面积损坏或失去承载能力的现象，对这些道路进行维修和改造成为了一个热门问题，目前碎石化技术在实际工程中运用较为广泛，在消除路面反射裂缝方面也取得了很好的效果，本文简单介绍了碎石化技术的原理、优缺点、适用条件、碎石化设备和碎石化加铺层的结构设计。

关键词：水泥混凝土；路面碎石化；反射裂缝

1 前言

水泥混凝土路面碎石化是指用人为手段将旧路面进行破碎处理，是维修或改造旧水泥混凝土路面的重要手段之一。此项技术是20世纪末期在美国最早得到应用，我国21世纪初期引进过来并在路面维修或改造中取得了很好的效果。碎石化这一过程是通过专业设备将旧水泥混凝土路面面的面板破碎为柔性结构而实现的。破碎后形成的颗粒直径较小，类似于人工的级配碎石。提高了道路的承载能力变形能力，同时也避免和限制了路面反射裂缝的发生和发展。至今美国运用此技术的州已经多达四十个，我国超过两百公里的路面用此技术进行了维修和改造，实际工程证明碎石化技术在解决反射裂缝的问题上取得了显著的效果。

2 碎石化技术的原理

温度应力和行驶车辆的作用力会使水泥路面板产生移动，进而导致在旧水泥混凝土板的裂缝和接缝处产生反射裂缝。为了解决反射裂缝这一难题，碎石化技术就应运而生了，它的原理就是用专业的设备把旧水泥混凝土板破碎成碎石基层，然后在其上铺加路面层，从而有效地解决了混凝土板的移动，避免了反射裂缝的产生和发展。碎石化后的路面可分为三个层次，从上到下依次为表面细粒散层、碎石化上部和碎石化下部，其中表面细粒散层厚度大约2—5cm，碎石化上部约10cm厚，碎石化下部厚度跟上部相差甚微。表面细粒散层通过压实、洒布透层油之后，粘结力、强度和稳定性得到明显提高。內摩阻力和预压应力是构成碎石化上部强度的主要原因。预压应力会因为混凝土面板破碎时产生的侧向体积膨胀而变大。碎石化下部层结构在机械的作用下会开裂但并不会完全破碎，呈块状，与上部层形成很好的咬合力，出现“拱效应”，力学模型上类似于变竖向压力为水平推力，对荷载起到扩散作用。虽碎石化结构的稳定性好，能与其它材料很好连接。通过实验分析可知碎石化上部层模量约205MPa，在力学性质上类似于沥青稳定粒料。碎石化下部层的模量约为3450MPa，其水泥混凝土块未完全断开，有利于作为路面的碎石基层。

3 碎石化技术的优点

水泥混凝土路面按破碎层度的不同可分为以下三类：破裂压稳、打裂压稳、碎石化。它们的共同目的都是将旧水泥混凝土路面板破碎成更小尺寸的路面基层，其中碎石化对水泥混凝土路面的破坏程度更加彻底，对于解决反射裂缝问题的效果更为明显。通过对比分析，该技术具有这几类优点：

（1）解决反射裂缝问题更为彻底。碎石化后的水泥混凝土路面的碎块具有很高的稳定性，在其上可以直接铺加沥青罩面层，避免的反射裂缝的出现，这是碎石化技术最大的优点，其它的旧水泥混凝土路面的改造技术如破裂压稳、打裂压稳等都不能彻底解决反射裂缝这一难题。

（2）加快施工速度，缩短施工周期。碎石化技术所用设备的工作效率为1.6km/h，相对于其它施工工艺有较大的优势。

（3）路面标高增加不多。通过实际工程统计发现，水泥混凝土路面碎石化后的厚度会大大变薄，在其上铺加15cm左右的沥青面层后路面标高增加并不多，这样就对道路沿线的居民、道路边坡和路基宽度都没多大的影响，城市道路的改造就适合采用此方法。

（4）施工安全，噪音小 。碎石化技术所采用的施工设备产生的噪音和震动都较小，对施工场地附近的居民影响小，更不会破坏周围的建筑物结构，相对于打裂压稳和冲击压稳更为安全。

（5）环保。碎石化过程产生的粉尘少，碎石后的水泥混凝土颗粒可以直接作为路面基层，不需清理，进而既节省了砂石材料又减少了粉尘污染，施工环保经济。

4 碎石化技术的适用条件

旧水泥混凝土路面碎石化在一定程度上也会降低路面的承载能力，因为它破坏了路面的整体结构，若只是进行路面的局部修复或罩面则可以采用此方法，若对一长段道路采用进行改造则要根据旧水泥混凝土路面的损坏程度、类型和原因等选择合适的方法。要采用此技术需要满足以下的具体条件：

（1）技术条件。规范规定，要采用碎石化改造技术，板体材料不能出现松散现象，基层基本稳定，土基的CBR值要大于5。板块的断裂程度、接缝损坏、坑洞、表面裂缝和层状剥落等因素并不是决定是否采用此技术的必要条件。

（2）经济条件。在实际工程中，由于不同地区的材料价格差距很大，我们在选择方法之前要对每种方法的工程造价进行预算，选择较为经济的方法。通过实际工程分析，在我国当旧水泥混凝土路面的修补面积占总路面的总面积20%～25%左右时，采用此方法最为经济合理，在欧美国家占比面积约15%时最为经济合理。美国瀝青学会指出钢筋混凝土路面适合采用现场碎石化处理，若有以下几种类型出现适合采用此方法：①水泥混凝土面板出现较多的D形裂缝②水泥混凝土路面受到严重的冻融循环破坏③水泥混凝土路面丧失结构承载能力。④水泥混凝土的修补面积大于百分之十。

5 碎石化技术设备

目前用于碎石化技术的设备主要有两种类型，分别是多锤头（简称MHB）型破碎机和共振型破碎机（简称RM）。其中多锤头型的重锤质量500kg左右，分成两排对称安装在整台机器的尾部，锤头下落产生的冲击能可高达12Kj，机器的破碎宽度为4m，根据基层或底层的材料不同，工作效率有所变化，每台班在1.6到2.0km之间。破碎后颗粒直径的大小可以通过重锤的下落高度来控制，一般要求小于37.5cm即可。轮胎采用橡胶材质，并配有重量不小于10t的钢轮压路机，为保证轮下的碎石颗粒不向外挤出，使得压碎更加彻底，表面更加平整，钢轮上必须带有斜向的条纹。而共振型破碎机的原理完全不同，它是利用在机械与水泥路面接触处的偏心力产生的高频低幅的震动来进行破碎的，这种震动破碎的粒径比重锤冲击的粒径更小。

6 加铺层结构设计

碎石化后的路面可以加铺沥青或者水泥，加铺的沥青层厚度和水泥层厚度关系着路面的性能和造价，我们应该对其进行严格控制。破碎后的水泥混凝土路面作为中下基层，加铺层作为混凝土路面面层，其结构可以根据现行的规范按新建路面进行系统设计。

目前施工中大多数采用沥青加铺层，具体加铺方式有以下两种：①把碎石化后的水泥混凝土路面作为基底层，其上加设水泥稳定集料基层，顶面进行防水处理。这样就消除了碎石化层表层略松散对工程质量的影响，也避免了其表层收到水的冲刷，加强了路面的耐久性。②把布透层油和黏层油撒在碎石化层顶面，然后在其上再加铺薄层封层，这层薄层封层相当于碎石化顶层的一层保护层，最后再铺筑路面，这样就有效防止了下渗水对碎石化层造成的影响。

7 结语

旧水泥混凝土路面碎石化改造是一项21世纪初期才在我国新兴的技术。因为其能彻底解决路面反射裂缝问题、加快施工速度、缩短施工周期而受到广泛的运用。

参考文献：

[1] 黄晓明.碎石化技术在水泥混凝土老路改建中的应用[J].中外公路， 2005（10）：45.

[2] 李旭.混凝土面板碎石化后承载能力的评定[J].公路交通科技， 2004（6）：97.

[3] 李玉发.水泥混凝土路面碎石化施工[J].中国公路， 2008（9）：79.