水泥混凝土路面循環(huán)再生技術(shù)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(jí)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(hù)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(duì)和必須解決的技術(shù)問題。研究

2、水泥混凝土路面的重建和再生技術(shù)，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(duì)公路界發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。目前，破損水泥混凝土路面的處理方法有： (1)按原結(jié)構(gòu)進(jìn)行整修，如斷板更換、壓漿處理、灌注聚脂膠類粘結(jié)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(jié)構(gòu)層，該類方法適用于路面破損較嚴(yán)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(jié)構(gòu)。 對(duì)舊水泥混凝土路面再利用主要有2大類：原地降級(jí)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(yīng)被簡單“掩埋”，為了物盡其用，從保護(hù)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(fù)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(yīng)的結(jié)構(gòu)層，做到資源化再生，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(duì)于斷板率低于10的水泥路面，采取打裂壓穩(wěn)技術(shù)直接加鋪瀝青混凝土罩面：對(duì)于斷板率界于015的水泥路面，在打裂壓穩(wěn)之后鋪設(shè)防反射裂縫材料后加鋪瀝青混凝土罩面層：而對(duì)于斷板率超過1 5且有明顯結(jié)構(gòu)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(shù)。在對(duì)路基及基層有問題處進(jìn)行局部處理后，將混凝土面板進(jìn)行破碎壓實(shí)作為基層，保證新罩面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。     舊水泥混凝土

5、路面原地利用的破碎處治技術(shù)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(shí)，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(shí)機(jī)械進(jìn)行碾壓，從而形成穩(wěn)定均勻的結(jié)構(gòu)層。     目前，對(duì)水泥路面進(jìn)行局部打裂壓穩(wěn)的施工設(shè)備有各類夯錘、液壓鎬及路面多功能養(yǎng)護(hù)車，大規(guī)模打裂壓穩(wěn)施工的代表性機(jī)械有門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機(jī)(圖2)和沖擊式壓路機(jī)2種。

6、0; 門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機(jī)111門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎     20世紀(jì)80年代英國首先應(yīng)用門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎機(jī)對(duì)舊水泥路面板塊進(jìn)行破碎之后，中國引進(jìn)了該技術(shù)并將設(shè)備國產(chǎn)化。該設(shè)備利用重達(dá)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(diào)，以使路面板出現(xiàn)裂縫為宜，落距則根據(jù)對(duì)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(jī)(圖3)是通過三邊、四邊、五邊或六邊形壓實(shí)輪的滾動(dòng)

7、對(duì)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(jī)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(dòng)壓路機(jī)大23倍)。因此，沖擊壓路機(jī)在打裂舊水泥混凝土路面時(shí)，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(yàn)，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(jī)的破碎率約為每臺(tái)班23 km×車道數(shù)。 沖擊壓路機(jī)打裂壓穩(wěn)機(jī)械施工時(shí)，由于機(jī)械的沖擊質(zhì)量可達(dá)到5 t，對(duì)地面的沖擊力很大，因而會(huì)

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(jī)進(jìn)行打裂壓穩(wěn)施工時(shí)，壓路機(jī)要來回沖擊壓實(shí)很多次，持續(xù)時(shí)間較長，對(duì)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(jī)對(duì)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(yīng)用。 12原地破(打)碎壓穩(wěn)     破(打)碎壓穩(wěn)是指采用低頻振動(dòng)等方式使舊水泥混凝土路面碎裂，進(jìn)而用專用壓實(shí)機(jī)械碾壓形成下粗上細(xì)的碎石結(jié)構(gòu)層的一種處理方式，有時(shí)也被稱為路面碎石化。舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)在國外20世紀(jì)90年代早有應(yīng)用，中國到2002年才從美國引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)。 

9、   打碎壓穩(wěn)技術(shù)對(duì)路面的破碎要求較高，設(shè)備受其限制相對(duì)較為嚴(yán)重，目適用的設(shè)備主要有多錘頭破碎機(jī)和共振破碎機(jī)2種。 1.2.1多錘頭破碎 多錘頭破碎機(jī)(圖4)的工作裝置由中間2排各3對(duì)錘頭，2側(cè)各1對(duì)翼錘構(gòu)成，液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)各錘頭交替地錘擊水泥板塊并使其破碎。每對(duì)錘頭提升高度可獨(dú)立調(diào)節(jié)。液壓多錘頭破碎機(jī)的作業(yè)寬度可達(dá)4 m次，工作速度可以達(dá)到62.5 mh。  多錘頭破碎機(jī) 型壓路機(jī)1.2.2共振拍擊破碎 20世紀(jì)末，美國RMI公司成功研制了共振式破碎機(jī)(圖5)，其工作原理是由凸輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏心力使振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng)，頻率約44 Hz、振幅20

10、mm。錘頭與水泥板接觸，振動(dòng)能量大部分被水泥混凝土板吸收，通過調(diào)節(jié)錘頭的振動(dòng)頻率使其與水泥板塊的固有頻率成整數(shù)倍時(shí)，激發(fā)其共振，水泥板塊因內(nèi)部顆粒間的內(nèi)摩擦阻力迅速減小而崩潰。共振式破碎機(jī)可控制水泥板塊的碎塊粒徑和破碎深度。  共振破碎機(jī)該公司生產(chǎn)的PB4型共振式破碎機(jī)，其下方的懸掛長38 m、寬050055 m、厚016 m的振動(dòng)鋼梁，并與配有偏心塊的軸相連。PB4破碎水泥混凝土路面時(shí)隨著路面深度的增加，振動(dòng)能量下降，路面的破碎程度呈上細(xì)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(tái)班約為16 km×車道數(shù)。共振式破碎機(jī)工藝合理、

11、能控制工作參數(shù)，具有如下特點(diǎn)。 (1)碎塊尺寸均勻。共振破碎力發(fā)生在整個(gè)水泥板塊厚度范圍內(nèi)，能使工作錘頭下方的水泥板塊均勻破裂。通過微調(diào)振動(dòng)頻率，可以使碎塊粒徑達(dá)到820 cm的理想尺寸。 (2)破碎深度可以控制，能夠保護(hù)路基結(jié)構(gòu)及其內(nèi)的管線設(shè)施完好無損。 (3)振動(dòng)噪聲污染輕，施工適應(yīng)范圍大。共振式破碎機(jī)所使用的高頻低幅振動(dòng)波衰減速度快、傳遞范圍小(23m)，不影響道路下方及周圍的結(jié)構(gòu)物和設(shè)施，可適用于水泥路面的公路、機(jī)場、港口、城市道路等修復(fù)工程。 (4)通過調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和振幅，共振式破碎機(jī)作業(yè)深度可達(dá)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(jī)雖然沖擊能量傳播范圍較小，對(duì)附近構(gòu)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(jī)械膠輪作用，產(chǎn)生不利影響。目前國內(nèi)還沒有引進(jìn)該設(shè)備。 13加鋪罩面層 打裂壓穩(wěn)后加鋪層的路面結(jié)構(gòu)組合可采取“白+黑”和“白+白”結(jié)構(gòu)，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(shí)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(jí)配瀝青混凝土；加鋪

13、瀝青穩(wěn)定碎石基層(主要是開級(jí)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(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層，然后再加鋪瀝青面層。無論何種結(jié)構(gòu)，與碎石化層相接的結(jié)構(gòu)層底面的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變都是關(guān)鍵的控制因素。 采用沖擊壓穩(wěn)或打裂壓穩(wěn)技術(shù)，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(xì)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(biāo)高抬高達(dá)3038 cm，影響原地面排水系統(tǒng)。 打碎壓穩(wěn)施工形成的結(jié)構(gòu)層均勻性優(yōu)

14、于打裂壓穩(wěn)形成的結(jié)構(gòu)層的均勻性，但整體剛度明顯低于后者?；炷涟鍓K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(jī)壓實(shí)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(jié)構(gòu)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(shè)瀝青面層之間，通常采用乳化瀝青灌入再生集料技術(shù)，以增強(qiáng)碎石化基層與面層的粘結(jié)，提高路面整體強(qiáng)度?？墒褂萌榛癁r青灑布設(shè)備進(jìn)行施工，適用于采用多錘頭破碎機(jī)等設(shè)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(shè)置排水設(shè)施，然后實(shí)施破碎。

15、0;(2)切割移除暴露的加強(qiáng)鋼筋后，采用專用壓實(shí)機(jī)械，如Z型壓路機(jī)(2025t)破碎后，路面振動(dòng)壓實(shí)23遍。 (3)對(duì)破碎后的水泥混凝土路面進(jìn)行檢驗(yàn)性碾壓，對(duì)軟弱區(qū)域進(jìn)行移除替換后再用膠輪壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)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(jī)碾壓2遍。 (7)封閉交通812 h后，攤鋪熱拌瀝青混合料調(diào)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(duì)來說是

16、不利的，其抗水損害的能力相對(duì)較低，因此，當(dāng)回彈模量小于1 50 MPa時(shí)，需要加鋪適當(dāng)?shù)臒o機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層；當(dāng)回彈模量大于1 50 MPa時(shí)，需要加鋪瀝青防水封層。 水泥混凝土路面的加鋪厚度應(yīng)不低于規(guī)范規(guī)定的最小厚度，碎石化防水封層應(yīng)不小于1cm。  采用集料化、資源化循環(huán)再生對(duì)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(yùn)輸，降低水泥路改造過程中對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)約天然砂石集料，降低工程費(fèi)用，縮短工期，為業(yè)主節(jié)約大量改造資金，產(chǎn)生的社會(huì)效益也很明顯。它依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論，將廢棄物再生利用，符合國家所倡導(dǎo)的走科學(xué)發(fā)展道路，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、環(huán)保型社會(huì)的方針。中國

17、對(duì)于再生集料的應(yīng)用目前還處于探索階段，其中經(jīng)濟(jì)性是影響和阻礙再生集料大規(guī)模應(yīng)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(dǎo)致了再生混凝土的生產(chǎn)成本高于普通混凝土，但對(duì)再生混凝土的經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)當(dāng)從社會(huì)、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(huì)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(yùn)費(fèi)用，而且導(dǎo)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(hù)，實(shí)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(dá)11×10814x108m3。蘊(yùn)藏天然砂石的山體、河流是不可再生的資源，它們的消失對(duì)人類與環(huán)境是難以估計(jì)的損失。到