水泥混凝土路面循環(huán)再生技術及裝備

1、截止2005年底，中國已建成公路總里程192×106km，水泥和瀝青2種高級路面逾450×105km，其中水泥混凝土路面超過2.40×105Km，約占總里程的53，加上城市道路水泥混凝土路面900×104km，公路和城市水泥混凝土路面總里程約340×105km，且仍以每年約2OO×104 km左右的速度增長。在已建成的410×104 km高速公路路面中，水泥混凝土路面約占20，超過800×103km。水泥混凝土路面的破損維護問題一直是困擾中國公路界的難題，如何翻修已日益成為公路部門必須面對和必須解決的技術問題。研究

2、水泥混凝土路面的重建和再生技術，使現(xiàn)有已損壞的水泥混凝土路面得到快速有效地改造和重新使用，解除困擾多年的舊水泥混凝土路面改造和維修難題，無疑將對公路界發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。目前，破損水泥混凝土路面的處理方法有： (1)按原結構進行整修，如斷板更換、壓漿處理、灌注聚脂膠類粘結劑等，該類方法普遍適用于斷板率較低、病害較輕的混凝土路面。 (2)以混凝土路面做基層，在其上加鋪其他結構層，該類方法適用于路面破損較嚴重的道路。 (3)將老路面混凝土板全部拆除掉，重新鋪筑新的路面結構。 對舊水泥混凝土路面再利用主要有2大類：原地降級和移除粉碎。 破損的水泥

3、混凝土路面(圖1)是人工放置的資源，即使移除也不應被簡單“掩埋”，為了物盡其用，從保護環(huán)境、節(jié)約資源的角度，提出水泥混凝土路面循環(huán)再生的概念，即重復利用路面材料，盡可能減少新集料的投入量。將毀損廢舊的水泥混凝土路面破碎為集料，重新配合，制備穩(wěn)定材料或再生混凝土，合理用于新生路面相應的結構層，做到資源化再生，符合循環(huán)經(jīng)濟模式。  破損的水泥路面圖 破損的水泥路面圖 破損的水泥路面圖    原地利用的主要方式有：壓漿穩(wěn)固后作為中下基層，加鋪基層后再重新鋪筑路面：壓漿穩(wěn)固后作為基層，加鋪防止反射裂縫的土工材料后再重新鋪筑路面：破碎后作為中下基層，加鋪

4、基層后再重新鋪筑路面；破碎后作為基層，直接加鋪路面。     通常，對于斷板率低于10的水泥路面，采取打裂壓穩(wěn)技術直接加鋪瀝青混凝土罩面：對于斷板率界于015的水泥路面，在打裂壓穩(wěn)之后鋪設防反射裂縫材料后加鋪瀝青混凝土罩面層：而對于斷板率超過1 5且有明顯結構性破壞或相鄰板的位移(沉降差)大于4 mm的水泥路面，宜采用碎石化技術。在對路基及基層有問題處進行局部處理后，將混凝土面板進行破碎壓實作為基層，保證新罩面結構有一均勻穩(wěn)定的承重層，然后視交通需要和處理后舊水泥混凝土路面的狀況重建路面結構。     舊水泥混凝土

5、路面原地利用的破碎處治技術主要包括原地打(斷)裂壓穩(wěn)、破(打)碎壓穩(wěn)(碎石化)。 1.1原地打（斷）裂壓穩(wěn)     打(斷)裂壓穩(wěn)是目前水泥混凝土路面重建中普遍采用的一種比較簡單的處理方式。打(斷)裂壓穩(wěn)時，在舊水泥混凝土路面上施加高能量低頻沖擊外力，使舊水泥混凝土路面板開裂而喪失板體性后，再用壓實機械進行碾壓，從而形成穩(wěn)定均勻的結構層。     目前，對水泥路面進行局部打裂壓穩(wěn)的施工設備有各類夯錘、液壓鎬及路面多功能養(yǎng)護車，大規(guī)模打裂壓穩(wěn)施工的代表性機械有門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機(圖2)和沖擊式壓路機2種。

6、0; 門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機111門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎     20世紀80年代英國首先應用門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機對舊水泥路面板塊進行破碎之后，中國引進了該技術并將設備國產(chǎn)化。該設備利用重達57 t的鍘刀下落形成的線狀沖擊力沖切舊水泥混凝土路面板，從而使舊水泥混凝土路面出現(xiàn)斷裂。鍘刀寬2025 m，刀頭厚4 mm左右，提升由液壓裝置控制，提升高度可調，以使路面板出現(xiàn)裂縫為宜，落距則根據(jù)對破裂塊的尺寸的要求而定，一般 為0406m。 112多邊形滾輪沖擊破碎     沖擊壓路機(圖3)是通過三邊、四邊、五邊或六邊形壓實輪的滾動

7、對舊水泥混凝土路面板形成間歇而周期性的沖擊作用，從而使其破裂。沖擊壓路機的工作頻率2 Hz左右，振幅010022 m，最大沖擊力200 t以上(是靜壓力的10倍)，沖擊能量1525 kJ，(其沖擊影向深度較靜壓大35倍，較振動壓路機大23倍)。因此，沖擊壓路機在打裂舊水泥混凝土路面時，能有效地消除舊水泥混凝土路面板的脫空，并起到加固地基的作用。據(jù)各地的使用經(jīng)驗，在將舊水泥路面板分裂為0.60 m以下塊狀的要求下，沖擊遍數(shù)在2025遍之間。沖擊壓路機的破碎率約為每臺班23 km×車道數(shù)。 沖擊壓路機打裂壓穩(wěn)機械施工時，由于機械的沖擊質量可達到5 t，對地面的沖擊力很大，因而會

8、影響沿線民房以及地下淺埋的管網(wǎng)等建筑物。采用多邊形沖擊壓路機進行打裂壓穩(wěn)施工時，壓路機要來回沖擊壓實很多次，持續(xù)時間較長，對沿線建筑物有較大影響，故要求建筑物距離道路15 m以上。另外，沖擊壓路機對淺埋涵洞、管線的破壞性限制了它在城市道路，以及水網(wǎng)地基低路堤道路中的應用。 12原地破(打)碎壓穩(wěn)     破(打)碎壓穩(wěn)是指采用低頻振動等方式使舊水泥混凝土路面碎裂，進而用專用壓實機械碾壓形成下粗上細的碎石結構層的一種處理方式，有時也被稱為路面碎石化。舊水泥混凝土路面碎石化技術在國外20世紀90年代早有應用，中國到2002年才從美國引進該項技術。 

9、   打碎壓穩(wěn)技術對路面的破碎要求較高，設備受其限制相對較為嚴重，目適用的設備主要有多錘頭破碎機和共振破碎機2種。 1.2.1多錘頭破碎 多錘頭破碎機(圖4)的工作裝置由中間2排各3對錘頭，2側各1對翼錘構成，液壓缸的往復運動帶動各錘頭交替地錘擊水泥板塊并使其破碎。每對錘頭提升高度可獨立調節(jié)。液壓多錘頭破碎機的作業(yè)寬度可達4 m次，工作速度可以達到62.5 mh。  多錘頭破碎機 型壓路機1.2.2共振拍擊破碎 20世紀末，美國RMI公司成功研制了共振式破碎機(圖5)，其工作原理是由凸輪旋轉產(chǎn)生的偏心力使振動梁帶動工作錘頭振動，頻率約44 Hz、振幅20

10、mm。錘頭與水泥板接觸，振動能量大部分被水泥混凝土板吸收，通過調節(jié)錘頭的振動頻率使其與水泥板塊的固有頻率成整數(shù)倍時，激發(fā)其共振，水泥板塊因內部顆粒間的內摩擦阻力迅速減小而崩潰。共振式破碎機可控制水泥板塊的碎塊粒徑和破碎深度。  共振破碎機該公司生產(chǎn)的PB4型共振式破碎機，其下方的懸掛長38 m、寬050055 m、厚016 m的振動鋼梁，并與配有偏心塊的軸相連。PB4破碎水泥混凝土路面時隨著路面深度的增加，振動能量下降，路面的破碎程度呈上細下粗形態(tài)，水泥混凝土碎塊的最大粒徑可控制在200 mm。PB4的路面破碎效率也較高，每臺班約為16 km×車道數(shù)。共振式破碎機工藝合理、

11、能控制工作參數(shù)，具有如下特點。 (1)碎塊尺寸均勻。共振破碎力發(fā)生在整個水泥板塊厚度范圍內，能使工作錘頭下方的水泥板塊均勻破裂。通過微調振動頻率，可以使碎塊粒徑達到820 cm的理想尺寸。 (2)破碎深度可以控制，能夠保護路基結構及其內的管線設施完好無損。 (3)振動噪聲污染輕，施工適應范圍大。共振式破碎機所使用的高頻低幅振動波衰減速度快、傳遞范圍小(23m)，不影響道路下方及周圍的結構物和設施，可適用于水泥路面的公路、機場、港口、城市道路等修復工程。 (4)通過調節(jié)振動頻率和振幅，共振式破碎機作業(yè)深度可達66 cm、每天可完成2 000 m或近6 40

12、0 m2的破碎作業(yè)量，并且單車道作業(yè)，不中斷交通。共振式破碎機雖然沖擊能量傳播范圍較小，對附近構造物的影響小，但其破碎寬度也小，需往返多次，破碎后板塊要受到機械膠輪作用，產(chǎn)生不利影響。目前國內還沒有引進該設備。 13加鋪罩面層 打裂壓穩(wěn)后加鋪層的路面結構組合可采取“白+黑”和“白+白”結構，即加鋪層可以為瀝青混凝土路面，也可以選擇水泥混凝土路面。近兩三年來，適合中國國情的一些水泥混凝土路面的“白改黑”改造工程在廣西、廣東、湖北、河南、重慶等地取得了良好的效果。 加鋪瀝青層時可將碎石化層作為基層和底基層，可能采用的加鋪方式有4種：直接加鋪上、中、下面層的密級配瀝青混凝土；加鋪

13、瀝青穩(wěn)定碎石基層(主要是開級配瀝青碎石基層)，然后采用2層面層的型式；加鋪抗疲勞層后，再加鋪瀝青面層；加鋪無機結合料穩(wěn)定類基層，然后再加鋪瀝青面層。無論何種結構，與碎石化層相接的結構層底面的拉應力或拉應變都是關鍵的控制因素。 采用沖擊壓穩(wěn)或打裂壓穩(wěn)技術，高能量低頻沖擊外力的作用使舊水泥混凝土路面板裂縫不規(guī)則且較細微，使開裂的舊水泥混凝土路面層仍有較高的整體剛性，但均勻性稍差，如直接加鋪薄層瀝青混凝土，仍有出現(xiàn)反射裂縫的可能。一般還要先加鋪2025 cm半剛性基層，再加上1013 cm瀝青面層，故標高抬高達3038 cm，影響原地面排水系統(tǒng)。 打碎壓穩(wěn)施工形成的結構層均勻性優(yōu)

14、于打裂壓穩(wěn)形成的結構層的均勻性，但整體剛度明顯低于后者。混凝土板塊經(jīng)碎石化后，水泥面板的破碎程度比較徹底，水泥碎塊的最大粒徑在2030 cm之間，經(jīng)專用壓路機壓實穩(wěn)固后混凝土面板表面碎塊最大尺寸范圍為510 cm，再經(jīng)灑布乳化穩(wěn)定，在結構上不再是剛性板塊，而成為類似瀝青穩(wěn)定碎石的一種柔性基層。 水泥混凝土路面碎石化后，在鋪設瀝青面層之間，通常采用乳化瀝青灌入再生集料技術，以增強碎石化基層與面層的粘結，提高路面整體強度?？墒褂萌榛癁r青灑布設備進行施工，適用于采用多錘頭破碎機等設備的碎石化破碎工藝，一般做法如下。 (1)舊路面破碎之前至少2周設置排水設施，然后實施破碎。

15、0;(2)切割移除暴露的加強鋼筋后，采用專用壓實機械，如Z型壓路機(2025t)破碎后，路面振動壓實23遍。 (3)對破碎后的水泥混凝土路面進行檢驗性碾壓，對軟弱區(qū)域進行移除替換后再用膠輪壓路機振動壓實3遍。 (4)灑布、灌入改性乳化瀝青，其用量為2.535 kgm2。 (5)灑布熱的乳化瀝青作防水粘接層，其用量為1O kgm2。 (6)撒布一層粒徑為35 mm的石屑，用16t鋼輪壓路機碾壓2遍。 (7)封閉交通812 h后，攤鋪熱拌瀝青混合料調平層和面層，或者鋪筑水泥混凝土。 舊水泥混凝土路面碎石化后直接加鋪水泥混凝土路面相對來說是

16、不利的，其抗水損害的能力相對較低，因此，當回彈模量小于1 50 MPa時，需要加鋪適當?shù)臒o機結合料穩(wěn)定基層；當回彈模量大于1 50 MPa時，需要加鋪瀝青防水封層。 水泥混凝土路面的加鋪厚度應不低于規(guī)范規(guī)定的最小厚度，碎石化防水封層應不小于1cm。  采用集料化、資源化循環(huán)再生對舊水泥混凝土路面重建，不僅可以大大減少廢料丟棄和廢料運輸，降低水泥路改造過程中對環(huán)境的污染，節(jié)約天然砂石集料，降低工程費用，縮短工期，為業(yè)主節(jié)約大量改造資金，產(chǎn)生的社會效益也很明顯。它依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟理論，將廢棄物再生利用，符合國家所倡導的走科學發(fā)展道路，建設節(jié)約型社會、環(huán)保型社會的方針。中國

17、對于再生集料的應用目前還處于探索階段，其中經(jīng)濟性是影響和阻礙再生集料大規(guī)模應用的主要原因之一。由于再生集料(不論是來自建筑垃圾還是水泥混凝土路面)的生產(chǎn)需要消耗額外的人力和物力，從而導致了再生混凝土的生產(chǎn)成本高于普通混凝土，但對再生混凝土的經(jīng)濟分析應當從社會、環(huán)境等方面來綜合考慮。一方面，生產(chǎn)新的混凝土不但需要消耗大量的砂石等天然資源，而且會造成自然環(huán)境的惡化；另一方面，廢棄、填埋混凝土不僅占用了大量的土地，增加了外運費用，而且導致了環(huán)境的污染。因此，如果能將廢棄混凝土作為再生集料資源加以重新利用，不僅能夠解決天然混凝土集料資源緊缺的問題，而且有利于環(huán)境的保護，實現(xiàn)混凝土和建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 中國每年用于澆筑混凝土的集料達11×10814x108m3。蘊藏天然砂石的山體、河流是不可再生的資源，它們的消失對人類與環(huán)境是難以估計的損失。到