浅谈碎石技术在旧水泥混凝土路面中的应用
摘要:旧水泥混凝土路面碎石化技术的应用，是目前旧水泥混凝土路面维修改造的最佳技术之一。
关键词:碎石技术；施工质量标准；结构组合；使用条件
1概述
1.1碎片的定义
水泥混凝土路面破碎是旧水泥混凝土路面的一种破碎处理技术，是旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。该技术是通过专用设备将旧水泥混凝土路面板一次性碾压成嵌有碎片的柔性结构，可以充分利用旧路的剩余强度，保护环境，节约资源。这种结构不仅具有一定的承载能力，还具有防止或限制反射裂缝发生和发展的作用。破碎后粒径2~40cm，力学模式倾向于级配碎石。
1.2破碎技术的主要特点
通过碾压，在一定程度上降低了旧水泥混凝土路面的结构强度，可以防止反射裂缝的发生，实现结构强度与反射裂缝之间更好的平衡。旧水泥混凝土路面破碎后，具有以下特点:破碎能使原水泥混凝土板在平面上具有均匀的强度分布；碾压可以保留原有水泥混凝土路面的一定强度；破碎能消除原有水泥混凝土路面的病害；碎石粒径合理，不会出现应力集中。
1.3粉碎技术的主要优势
旧水泥混凝土路面经碾压后，可直接用作新路面结构的基层或底基层。如果旧水泥混凝土路面强度高，能满足道路承载要求，可以作为路面基层直接罩面。新的路面层可以是沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。
1.4破碎技术的专用设备及特点
实施破碎的主要设备是MHB(多锤式破碎机)多锤式破碎机和Z型辊。
多锤式破碎机(MHB)由两部分组成，前半部分是柴油机动力系统，后半部分是破碎系统。中间两排3对650kg锤，两侧1对865kg翼锤。每对锤的提升高度可根据需要调节，其最大提升高度为110cm。
MHB的破碎机理是通过重锤的下落对水泥混凝土板产生瞬间的、点状的冲击，具有以下特点:一次多点破碎全车道宽度；锤功可以轻松调节；破碎效率高；粉碎后的颗粒组成特性良好；粉碎后的表面平整度高；调节方便，操作灵活。
Z形压路机是钢轮表面带有Z形纹理的振动压路机，重量不小于10吨。它的作用是进一步压碎被压碎的路面，并为铺路提供平坦的表面。
1.5石化技术的强度形成机理
水泥混凝土路面碾压后分为表面细粒松散层、上部碾压层和下部碾压层三个层次。
(1)的表层被压碎后约2~5cm。在压实过程中，颗粒被压实形成一个嵌入的薄层，通过层内喷油使其具有较高的粘结力，一定的强度和稳定性。
(2)砾石层上部厚度约10cm，强度主要包括:一是来自内摩擦角，粒径越大内摩擦角越大；第二，来自于预应力。当水泥混凝土面板破裂时，混凝土会横向膨胀。混凝土粒径越小，膨胀趋势越大，预应力越大。
(3)碎石层下部厚度约10cm，为“裂而不碎，贴合良好，咬合互锁”的块状构造。这种结构是静态确定的，是自稳定的，具体表现为各种形式的咬合梁和牙弓结构。在外力作用下，产生咬合嵌塞，比普通互锁更大，提供更高的强度，具有更好的结构稳定性特点。
2 MHB碎石施工质量标准
2.1破碎路面粒径范围要求
水泥混凝土板一般在20-26cm之间，破碎后顶面粒径较小，下部粒径较大。破碎路面的粒径是控制基层强度和防止新铺路面早期反射裂缝的关键参数。作为控制破碎过程的关键指标，参考国外数据和国内研究成果，破碎路面的粒径应满足表中要求。
2.2破碎路面顶面的等效回弹模量和回弹弯沉值的要求。
破碎水泥混凝土路面顶面的等效回弹模量是新铺结构设计的基本参数之一。一般情况下，对于直接铺筑沥青混凝土的路面结构，平均回弹模量应控制在150~500MPa之间。碎石后的回弹弯沉值与回弹模量之间存在一定的关系。当破碎板及其下部结构视为同一材料时，可参照路面配筋公式得到:
Ez=(1000pD/l0)m1m2
其中:p-挠度用于测量车辆的轮胎压力；
D-等于挠度测量车双圆轮迹面积的轴承直径；
L0-原路面弯沉计算值；
m 1——用标准轴重汽车在原路面上测得的弯沉值与用承压板在相同压力条件下测得的回弹变形值之比，即轮板比，一般取1.1；
原路面等效回弹模量的M2膨胀系数。
2.3 MHB碎石施工质量标准和检测频率
为了满足直接加铺路面的技术要求，保证加铺层的施工质量，根据课题的研究和试验路的试验，结合路面设计的规范要求，提出了MHB碎石施工的质量标准和检测频率。
以碎石层为基层直接铺筑沥青路面，目前我国技术规范中没有相应的规定。本技术指标要求是在参考我国现行技术标准《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)和原技术标准(JTJ034-93)的基础上，结合试验路的实际情况提出的，在具体实施中可以灵活掌握。如果碎石层的表面平整度与上述要求相差较大，必须在铺设沥青路面前进行处理。处理措施主要包括:
(1)根据平整度选择沥青混合料的型号；
(2)整平碾压后，填筑级配碎石，摊铺热沥青或乳化沥青，然后压实；
(3)采用其他适当的技术措施进行找平。如果不进行找平，可能会影响沥青路面的平整度和路面的使用效果。
3碎石后沥青加铺层结构组合
3.1结构组合原则
研究表明，在工程中可能出现的不同粒径或回弹模量情况下，可采用的结构组合原则如下:
(1)破碎应尽可能参照推荐的粒径范围和回弹模量进行。在此范围内，沥青加铺层需要密实级配沥青混凝土，并可考虑防水封层；
(2)当碎石粒径稍大，回弹模量较高时，可考虑开级配大颗粒透水沥青碎石(简称LSPM)和防水封层的结构组合，其上的沥青混凝土仍需密实级配；
(3)当粒径稍小，碾压后回弹模量较低时，为保证加铺层的总厚度，可考虑FDAC抗疲劳层防止疲劳开裂，其他沥青层仍需密实级配；
(4)当回弹模量小于120MPa时，需要考虑增加加筋层，按新的路面结构进行设计。3.2沥青加铺层四种机理组合方式
(1)透层和封层后，直接铺筑上、中、下三层密实级配沥青混凝土；
(2)铺设LSPM，然后采用两层两面的形式；
(3)加入抗疲劳层后，加入沥青混凝土；
(4)加铺无机结合料稳定基层，然后加铺沥青面层。
根据研究结果，碎石后的回弹模量大致可分为五个等级，可根据表3中的标准选择相应的罩面结构组合形式。
4.碎石技术的适用条件及注意事项
4.1破碎技术的应用条件
4.1.1破碎技术条件
破碎技术是旧水泥混凝土路面改造技术的主要方案之一。国内外的研究和工程实践证明，只要旧水泥混凝土路面满足表4所列条件，就可以用破碎技术进行改造。其他因素，如板材断裂程度、坑洼、接缝破损、表面裂纹、分层剥落等，都不是决定破碎技术应用的必要条件。
4.1.2破碎的经济条件
碎石化技术的应用与原路面的修复之间存在一个经济平衡点，可以通过修复率来体现。在国外的例子中，修复比例约为13%，山东的经济平衡点是修复面积为20%~25%时，进行破碎改造较为经济。
4.2直接加铺层的技术要求
水泥混凝土路面破碎后直接铺筑沥青面层时，应遵循以下原则:
(1)回弹模量平均值一般在150~500MPa左右，部分原路面水泥混凝土材料较好时回弹模量会较大。在现场试验中，个别数值为600MPa和700MPa，因此在设计上部结构时，必须将弯拉指标作为主要设计指标。
(2)在等级较高的公路上，砾石层上的沥青混凝土结构不应小于12cm；；
(3)试验段已用于80%(整个路面)断板的水泥混凝土路面，80%以下使用不会有问题；
(4)上层必须是密实的级配防水沥青混合料；
(5)排水设施必须改善；
(6)砾石化程度高，实测回弹模量数据小时，应注意下层的抗疲劳性。
4.3碎石技术应用中的注意事项
在满足技术经济条件要求的前提下，在应用MHB进行破碎之前，需要综合考虑以下因素:
(1)水泥混凝土路面基层的损坏程度决定了其碎石施工的颗粒控制和工艺要求。对于破损严重的水泥混凝土路面，有必要对其基层状态进行判断。一般来说，基层受损程度越高。粉碎后的粒度越小。
(2)水泥混凝土路面基层的损坏程度是判断严重病害路面能否采用碎石技术进行碾压的重要标准；当基层严重损坏时，破碎板容易失去颗粒间的嵌入作用，导致模量降低，沥青路面层疲劳破坏。此时，碎石的应用应注意提高上层路面结构的设计安全性。
(3)排水设施是砂石料的必要辅助工程。完善排水设施是防止碎石后沥青加铺层水损害的重要措施。
这里的所有要求，* * *共同构成了碎石技术的应用条件和决策依据，是决定旧水泥混凝土路面能否实施碎石技术，沥青混凝土面层能否直接铺筑的必要条件。
结论:重点介绍碎石的应用条件、强度机理、加铺层组合、施工质量标准和检测频率等关键技术，为旧水泥混凝土路面改造提供参考。
参考
[1]水泥混凝土路面碎石化改造技术的应用与探讨[J].北京:高速公路，2004.5。
[2]大碎石沥青混合料柔性基层在旧路加固中的应用研究[J].Xi安:中国公路与运输杂志，2004年3月。
[3]MHB设备在水泥混凝土路面破碎中的应用[J].北京:公路交通技术，2005.3。
[4]旧水泥混凝土路面破碎后的沥青加铺层设计[J].北京:公路交通技术，2006年2月。
[5]国外水泥混凝土路面破碎技术简介[J].北京:高速公路，2003年9月。
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