旧水泥混凝土路面碎石化技术的应用分析
【摘要】 水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。文章针对旧水泥混凝土路面碎石化技术工艺进行了探讨。
【关键词】 旧水泥路面 ；碎石化技术 ；施工工艺碎石化技术是在冲击压实和打裂压稳技术上发展起来的一种更为彻底的水泥混凝土面板破碎技术，其目的是将水泥混凝土面板较为均匀的破碎成为 10 ～ 20cm 的颗粒，并经过压实稳定形成一种类似级配碎石结构的柔性基层，从而从根本上解决沥青混凝土加铺层反射裂缝的问题。
1. 碎石化技术简介
水泥混凝土路面碎石化技术一般可分为打裂压稳、打碎压稳和集料化。为完成水泥混凝土板的彻底破碎，需要专门的破碎设备，目前用与水泥路面碎石化处理的设备主要有两种 ：多锤头破碎机（MHB）和共振式破碎机（RM）。
MHB 碎石化技术专用破碎设备主要原理是利用设在自行式底盘后部的两排 16 个不同质量的锤头，通过分别控制落锤高度来快速冲击破碎混凝土路面。工作时，通过控制每个锤头的行程来改变冲击能量，以满足不同路面状况的破碎要求。
1.1 碎石化技术的优势和特点
旧水泥混凝土路面碎石化后具有较高的强度，能够满足道路承载要求，可作为路面基层直接加铺路面面层。新加铺面层可以是沥青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。
1.2 碎石化技术的施工工艺
目前国内应用最多的是 MHB 类设备，本文主要介绍了 MHB类 设 备 的 施 工 工 艺。 工 艺 流 程 为 ：施 工 准 备 → 清 除 路 面 杂 物→ MHB 类设备安装就位→旧路面破碎施工→重型压路机碾压密实→检测压实度及碎石化程度→表层灌浆封浆处理→碎石化施工验收→进入下一道工序。
2. 路面碎石化后的强度形成机理
由于水泥混凝土板吸收能量满足从近到远递减的规律，因而碎石化层并不是一个均匀的层次。破碎后的水泥混凝土颗粒粒径由深度方向递增，可以根据物理特性沿板块厚度方向，将其简化为松散层、碎石化层上部和碎石化层下部三个子层次，旧水泥路面碎石化后的强度形成机理 ：
1）碎石化层不是一个均匀的层次，其组成颗粒粒径从上到下由细向粗过渡。
2）碎因体积膨胀受到约束，碎石化层内颗粒处于“预压应力”
的状态。而由于材料内裂缝沿粗骨料颗粒发展，水泥混凝土破碎后颗粒间呈现出复杂的咬合嵌挤状态。
3）碎石化层沿深度的强度形成原理并不相同 ：表面松散层累死与沥青稳定粒料 ；碎石化上部有较大的内摩擦角 ；碎石化层下部处于联锁咬合嵌挤状态，并形成“拱效应”传递荷载。
3. 碎石化技术的类型
3.1 打裂压稳
打裂压稳是指在旧水泥混凝土路面上施加高能量低频冲击外力，使旧水泥混凝土路面板开裂而丧失板体性 ；随后，用压实机械进行碾压，从而形成稳定均匀的结构层。高能量低频冲击外力的作用使旧水泥混凝土路面板裂缝不规则且较细微，因此，开裂的旧水泥混凝土路面层仍有较高的整体刚性，但均匀性稍差，如直接加铺薄层沥青混凝土，仍有出现反射裂缝的可能。打裂压稳工艺的代表性机械有冲击式压路机、铡刀式冲击破碎机两种。
3.2 打碎压稳
打碎压稳是指采用落锤而低频振动等方式使旧水泥混凝土路面碎裂 ；进而，用专用压实机械碾压形成下粗上细的碎石结构层。打碎压稳工艺形成的结构层均匀性优于打裂压稳工艺形成的结构层的均匀性，但整体刚度明显低于后者。打碎压稳工艺的代表性机械有多锤头冲击破碎机、共振式破碎机等。
3.3 集料化
集料化是一种最彻底的重建手段，是将旧水泥混凝土路面再生为集料 ；然后，再用于修筑基层、底基层或垫层。集料化再生利用技术的主要工艺分为 3 个过程。
1）路面破碎和清运。先将旧水泥混凝土路面破碎、挖掘、装运至集料处理场。
2）集料加工。①清筛粘附在水泥混凝土碎块上的基层材料和泥土。②一级破碎 ：一般采用颚式破碎机（反击式破碎机扬尘大）将水泥混凝土块破碎为粒径为 152mm 以下的碎块，并利用电磁铁剔除原路面板内的钢筋。③二级破碎 ：将粒径大于 76mm 的碎块循环破碎，并吸走残余钢筋。④分筛： 在一级破碎和二级破碎过程中，根据集料粒径的要求安装双筛网筛分机，对小于 76mm 粒径的再生集料进行过筛分级。
3）再生集料的利用。再生集料主要用于修筑基层（贫混凝土、水泥处治粒料基层的骨料）、底基层（级配碎石、水泥处治砂砾）和垫层（砂砾）等。
4. 碎石化技术的防治反射裂缝的机理
反射裂缝产生的主要原因是交通荷载使水泥板接、裂缝上沥青层承受剪切应力，而温度变化导致水泥板接、裂缝上沥青层出现拉应力集中。通常认为 ：温度应力引起反射裂缝的产生并参与了最初的发展，而荷载应力加速了裂缝的进一步发展。因此，欲控制反射裂缝，必须从温度荷载和行车荷载两个方面考虑。
破碎稳固技术将水泥板块充分破碎，使原来的水泥板破碎成30~100cm 的碎块，然后用重型压路机碾压，使水泥碎块压实稳固。
水泥板块尺寸的减小大大降低了温度变化时的收缩位移，从而降低了沥青层底拉应力，防止或抑制温度型反射裂缝底产生，而经过重型压路机碾压后，水泥板块与基层紧密接触，避免了脱空出现，故最大程度地消除了板块间的弯沉差， 从而降低了沥青层垂直剪应力，降低了荷载型反射裂缝产生的可能性。
5. 水泥混凝土路面碎石化技术应用的关键问题5.1 正确评估土基和基层的特性
MHB 强有力的重锤冲击和 RM 的低频高幅振动都会对路基或基层产生破坏并引起变化，最终路基承担路面传递的荷载，因此路基和基层的强度和稳定性至关重要。碎石化的一个主要不足是在施工前难以预测路基的状况。由于混凝土板的支撑作用掩盖了路基的真实强度，混凝土板顶面的测试不能保证路基特性的正确性。最好通过取样测试的方式来确定路基和基层的含水量及强度，或调查旧水泥路面性能恶化的原因，如是由较差的路基引起，则碎石化后也会引起病害问题。国外一般要求土基层的 CBR 值大于 7。
5.2 排水设施的设置及施工过程中的防水、排水在进行破碎前在碎石化边设置临时排水， 使破碎后的旧路面层、基层和路基处于较好的排水状态，为加铺层提供足够的支撑强度。
并在破碎完的路面加铺新路面结构的下基层。要求后续摊铺工序在碎石化完成后尽快开始，如果不能及时摊铺，则应采取加盖花雨布的临时防水措施，以减少雨水侵入。
5.3 破碎质量的监控
因为粒径与破碎层的强度特性直接相关，所以控制破碎粒径是施工工艺中的重要环节。在正式进行大面积施工前，安排试验路段进行试破碎，详细了解破碎后的粒径破碎情况、强度及均匀性，找出能够破碎要求的 MHB 设备控制参数，指导全路段施工。进行大面积施工时，应密切关注砼板表面破碎状况。当某一施工路段表面粒径发生显著变化时，应通过开挖试坑的方法核查板体内部粒径分布情况，如不满足要求，应及时调整 MHB 设备控制参数，直至满足要求。
6. 结束语
碎石化技术是目前解决路面改造后出现反射裂缝问题的最有效方法。破碎后并经压实的混凝土路面，形成内部嵌挤、紧密结合、高密度的材料层。从而为沥青罩面提供更高结构强度的基层或底基层。该技术施工简便，改造周期短，综合造价低。就地再生，环保无污染，可将破碎后的路面直接作为基层或底基层，再加铺新的面层，是旧水泥混凝土路面翻新改造的最理想方法。
