水泥混凝土路面循環(huán)再生技術(shù)及裝備

1、水泥混凝土路面循環(huán)再生技術(shù)及裝備摘要：本文介紹了水泥混凝土路面循環(huán)的再生技術(shù)及其裝備。 0引言 截止2005年底，中國(guó)已建成公路總里程1.92106km，水泥和瀝青2種高級(jí)路面逾4.50105km，其中水泥混凝土路面超過(guò)2.40105Km，約占總里程的53，加上城市道路水泥混凝土路面9.00104km，公路和城市水泥混凝土路面總里程約3.40105km，且仍以每年約2.00104 km左右的速度增長(zhǎng)。在已建成的4.10104 km高速公路路面中，水泥混凝土路面約占20，超過(guò)8.00103km。水泥混凝土路面的破損維護(hù)問(wèn)題一直是困擾中國(guó)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

2、技術(shù)問(wèn)題。研究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(wú)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。破損的水泥混凝土路面(圖1)是人工放置的資源，即使移除

3、也不應(yīng)被簡(jiǎn)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。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

4、，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(guò)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(wèn)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(jiǎn)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

5、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。1.1.1門(鍘)刀式?jīng)_擊破碎 20世紀(jì)80年代英國(guó)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(guó)引進(jìn)了該技術(shù)并將設(shè)備國(guó)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2.02.5 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

6、塊的尺寸的要求而定，一般 為0.40.6m。1.1.2多邊形滾輪沖擊破碎 沖擊壓路機(jī)(圖3)是通過(guò)三邊、四邊、五邊或六邊形壓實(shí)輪的滾動(dòng)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0.100.22 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

7、為每臺(tái)班23 km車道數(shù)。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)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(lái)回沖擊壓實(shí)很多次，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，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。1.2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(guó)外20世紀(jì)90年代早有

8、應(yīng)用，中國(guó)到2002年才從美國(guó)引進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)。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)不具有沖擊壓路機(jī)的碾壓功能，與之配套的壓實(shí)設(shè)備為Z型專用單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。該壓路機(jī)的鋼輪上增加了斜向Z字波紋凸出條，在碾壓粒徑不太均勻的水泥混凝土碎塊時(shí)，Z字波紋凸出條不僅可阻止水泥混凝

9、土顆粒向外擠出，而且能夠補(bǔ)充破碎部分混凝土塊，從而保證碾壓效果和表面的平整。Z型振動(dòng)壓路機(jī)的最小自重不低于9 t，主要用于多錘頭破碎機(jī)破碎混凝土后的補(bǔ)充破碎并壓實(shí)。上述多錘頭破碎機(jī)和沖擊壓實(shí)機(jī)均存在振動(dòng)噪聲大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、碎塊尺寸大且不均勻、需要多次重復(fù)作業(yè)、效率低等缺點(diǎn)，特別是采用不均勻的碎塊作為基層使用，難以避免新路面反射裂縫的產(chǎn)生，使其實(shí)際使用受到很大限制。1.2.2共振拍擊破碎 20世紀(jì)末，美國(guó)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20mm。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(guò)

10、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。該公司生產(chǎn)的PB4型共振式破碎機(jī)，其下方的懸掛長(zhǎng)3.8 m、寬0.500.55 m、厚0.16 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1.6 km車道數(shù)。共振式破碎機(jī)工藝合理、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)

11、，能使工作錘頭下方的水泥板塊均勻破裂。通過(guò)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(wú)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(chǎng)、港口、城市道路等修復(fù)工程。(4)通過(guò)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6 400 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

12、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(guó)內(nèi)還沒(méi)有引進(jìn)該設(shè)備。1.3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(lái)，適合中國(guó)國(guó)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(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層，然后再加鋪瀝青面層。無(wú)論何種結(jié)

13、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)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

14、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。(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、

15、灌入改性乳化瀝青，其用量為2.53.5kgm2。(5)灑布熱的乳化瀝青作防水粘接層，其用量為1.0kgm2。(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812h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(lái)說(shuō)是不利的，其抗水損害的能力相對(duì)較低，因此，當(dāng)回彈模量小于150MPa時(shí)，需要加鋪適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層；當(dāng)回彈模量大于150MPa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。2集料化、資源化循坯再生 近年來(lái)，許多試驗(yàn)和工程實(shí)踐證

16、明，即使是來(lái)自建筑垃圾的再生集料及混凝土用于道路結(jié)構(gòu)層也是有效而可行的。研究證明，舊混凝土可以經(jīng)破碎形成再生集料。再生集料可以用作水泥混凝土路面面層的集料或路面基層及底基層的骨料。 集料化、資源化循環(huán)再生是一種最徹底的路面重建手段。它將舊水泥混凝土路面拆除、破碎為集料，篩分級(jí)配后，加入穩(wěn)定、粘結(jié)成分(二灰、水泥等)拌和成為穩(wěn)定土、貧混凝土及再生混凝土，根據(jù)性能再重新用于修筑基層、底基層或墊層甚至面層。2.1主要工藝 水泥混凝土路面的集料化、資源化再生利用技術(shù)主要工藝分為3個(gè)階段。2.1.1廢舊水泥路面的拆除和清理。(1)將舊水泥混凝土路面破碎、鏟起、收集或者裝運(yùn)至集料處理地點(diǎn)。(2)對(duì)原始路面

17、基層、巖土基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和調(diào)整。2.1.2再生粗細(xì)集料的加工 (1)清理粘附在水泥混凝土碎塊上的基層材料和泥土。(2)一級(jí)破碎。一般采用顎式破碎機(jī)(反擊式破碎機(jī)揚(yáng)塵大)將水泥混凝土塊破碎為粒徑為152 mm以下的碎塊，并利用電磁鐵剔除原路面板內(nèi)的鋼筋。(1)二級(jí)破碎。將粒徑大于76 mm的碎塊循環(huán)破碎，并吸走殘余鋼筋。(2)篩分。在一級(jí)破碎和二級(jí)破碎過(guò)程中，根據(jù)集料粒徑的要求安裝雙篩網(wǎng)篩分機(jī)，對(duì)粒徑小于76 mm的再生集料進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)。2.1.3再生集料的利用 (1)再生粗細(xì)集料加穩(wěn)定料拌和后用于修筑基層(貧混凝土、水泥處治粒料基層的骨料)、底基層(級(jí)配碎石、水泥處治砂礫)和墊層(砂礫)等

18、。(2)再生集料加水泥、化學(xué)外加劑以及部分新集料等攪拌后用作路面面層。(3)再生集料加瀝青等熱拌后用作路面面層。2.2集料化、資源化破碎水泥混凝土路面 幾前年，中國(guó)舊水泥混凝土路面的破碎大多采用小型打樁機(jī)、液壓挖掘機(jī)的破碎器(俗稱液壓破碎錘)或安裝在拖拉機(jī)牽引拖車上的落錘進(jìn)行。這些簡(jiǎn)易破碎機(jī)械的效率較低，噪聲大，破碎后的水泥混凝土塊大小均勻性差。從工程質(zhì)量和工作效率來(lái)看，均難以適應(yīng)大面積水泥混凝土路面重建的需求。國(guó)外目前廢舊混凝土塊的破碎篩分技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，開發(fā)出了多種可用于路面拆除現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)破碎、篩分設(shè)備，澳大利亞DSB公司、RUBBLE MASTER公司以及日本住友建機(jī)制造株式會(huì)社開發(fā)的

19、產(chǎn)品具有代表性。澳大利亞D S B公司生產(chǎn)的D S B Innocrush系列顎式移動(dòng)破碎設(shè)備，在破碎過(guò)程中的技術(shù)工藝和結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)不再靠多年的經(jīng)驗(yàn)獲得，而是通過(guò)數(shù)值計(jì)算模擬和廣泛的強(qiáng)度與疲勞試驗(yàn)研究得出。破碎室的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先進(jìn)，采用了像42CrM04合金這樣的頂級(jí)工程材料，核心部件強(qiáng)度高，壽命持久。該系列移動(dòng)破碎設(shè)備的生產(chǎn)能力為100420th。DSB公司同期制造的Innoscreen22、Innoscreen25型兩級(jí)移動(dòng)篩分機(jī)的生產(chǎn)率分別可以達(dá)到250th和320th，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，易于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)場(chǎng)(圖6)。DSB公司的移動(dòng)破碎設(shè)備不僅可以破碎水泥混凝土塊，而且能夠?qū)⒔ㄖ推渌?/p>

20、體廢棄物回收處理為再生集料(圖7)。RUBBLE MASTER公司生產(chǎn)的RM.OS系列移動(dòng)破碎設(shè)備(圖8)將廢舊混凝土塊通過(guò)一次破碎就能獲得標(biāo)稱粒徑的再生集料，該系列破碎設(shè)備具有磨小、生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。由于配備有自主專利產(chǎn)權(quán)的超尺寸塊料分離器，RM.OS系列反擊式移動(dòng)破碎設(shè)備能夠針對(duì)瀝青混凝土、水泥混凝土甚至天然巖石加工出粒徑范圍為022 mm和063 mm的高質(zhì)量集料。在對(duì)廢舊水泥路面的集料化破碎作業(yè)中，占主導(dǎo)地位的RM.OS系列移動(dòng)破碎設(shè)備與挖掘機(jī)配合使用，能夠就地將水泥混凝土路面還原為再生集料(圖9)。住友建機(jī)制造株式會(huì)社開發(fā)的SSl 80RG移動(dòng)型混凝土破碎機(jī)(圖1 0)，額定生產(chǎn)率為3

21、070 th，額定功率為103 kW，破碎后的再生集料粒徑為040mm(取決于破碎前料的大小)，可處理的混凝土塊的最大尺寸是600 mm400mm300mm。經(jīng)破碎設(shè)備集料化的廢舊水泥混凝土顆粒粒徑、級(jí)配取決于破碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)尺寸，一般不適合直接用來(lái)配制再生混凝土或者作為穩(wěn)定基層材料。要獲得理想級(jí)配，還需要進(jìn)行多級(jí)篩分和分類，然后根據(jù)技術(shù)要求重新分級(jí)(圖11)。2.3 壓研破碎優(yōu)化再生集料性狀 試驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)典型工藝破碎混凝土塊獲得的再生集料，有些性能的確不如普通集料好，主要原因是拆除、破碎原始混凝土?xí)r，再生集料中的原始集料表面固結(jié)了相當(dāng)數(shù)量的硬化水泥漿體，而且破碎后獲得的再生粗集料

22、外形多棱角，輪廓分明但不規(guī)則，表面紋理異常粗糙且多孔，顆粒內(nèi)部缺陷多，面積與體積比較高，吸水率和吸水速率大。另外原始混凝土(路面混凝土)在使用過(guò)程中以 及解體與破碎時(shí)產(chǎn)生累積損傷，使再生集料顆粒內(nèi)部出現(xiàn)大量微裂紋。從再生混凝土集料的加工工藝來(lái)看，如果經(jīng)過(guò)合理、妥善地破碎、篩分過(guò)程，盡可能沿集料與水泥石界面剝離下原生顆粒，或者使有些顆粒因解體和破碎時(shí)受力沿著原顆粒的巖石解理紋破裂，這不但增多了新的粗糙表面，增加了棱角效應(yīng)(或稱界面機(jī)械嚙合增強(qiáng)效應(yīng))，而且使再生集料中的軟質(zhì)顆粒、粒形不良顆粒在反復(fù)破碎過(guò)程中被淘汰。通過(guò)選優(yōu)除劣，進(jìn)一步改善再生集料顆粒性狀，使再生集料的性能被優(yōu)化。目前國(guó)內(nèi)外破碎廢舊

23、混凝土塊的設(shè)備通常采用高強(qiáng)度的單一作用力，即靜壓夾裂或碰撞擊碎，工作腔對(duì)物料沒(méi)有連續(xù)施加作用力，物料一次通過(guò)，無(wú)循環(huán)流動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)大的破碎比，還需要采用多級(jí)破碎。這種方法用來(lái)破碎混凝土塊，難以充分剝離原始集料表面固結(jié)的水泥石。然而，絕大多數(shù)道路廢舊混凝土塊的整體抗壓強(qiáng)度小于60 MPa，其抗剪、抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，根據(jù)硬化混凝土的結(jié)構(gòu)組成與破壞機(jī)理，采用循環(huán)壓研破碎技術(shù)改善再生混凝土集料的性能與生產(chǎn)(圖1 2)。即在混凝土破碎中，運(yùn)用2塊相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的粗糙錐面襯板對(duì)其間混凝土塊連續(xù)施加擠壓、剪切、搓研和摩擦作用力，使混凝土微結(jié)構(gòu)中最薄弱的組成相-水泥石-集料過(guò)渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力和剪應(yīng)力甚至拉應(yīng)力的

24、聯(lián)合作用，導(dǎo)致裂紋快速擴(kuò)展而破壞，使混凝土塊中的原始集料盡可能多的與硬化水泥漿體分離。2.4振動(dòng)拌和強(qiáng)化再生混凝土的性能與生產(chǎn)制備再生集料中含有在原始混凝土中尚未水化完全的水泥團(tuán)聚顆粒及其形成的水化物，它們?nèi)匀痪哂幸欢ǖ幕钚浴＿@些活性集料表面微孔多，吸水率較大，并且具有一定的水硬性(或者稱為水化性)，表面具有親水性，能很快被液相所潤(rùn)濕，若能利用這種活性集料和再生集料的強(qiáng)吸水性，通過(guò)浸潤(rùn)、振動(dòng)等方法使集料表面的微孔和微裂縫吸入或填充新的水泥顆粒，吸收新水泥砂漿中多余的水分，降低粗集料表面水灰比以及拌和物的有效水灰比，使過(guò)渡區(qū)的水化更加充分而形成致密的過(guò)渡區(qū)界面結(jié)構(gòu)，就能提高再生集料混凝土的強(qiáng)度。

25、生產(chǎn)制備再生混凝土?xí)r，如果能用水泥漿液直接填充再生粗集料的孔隙，或集料中的活性成分反應(yīng)的生成物能填充孔隙，或漿液能將再生集料本身的微細(xì)裂紋粘合，改善再生集料的孔隙結(jié)構(gòu)，解決破碎過(guò)程中集料受力后產(chǎn)生的一些微裂紋而導(dǎo)致集料強(qiáng)度低的問(wèn)題，從而提高再生集料和再生混凝土的強(qiáng)度。筆者根據(jù)振動(dòng)在混凝土拌和中所起的作用，將振動(dòng)與強(qiáng)制攪拌相結(jié)合，利用動(dòng)平衡原理設(shè)計(jì)出深度激振器，將其置于攪拌腔中心，使振動(dòng)能量充分被混合料吸收，從而改善再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。采用振動(dòng)拌和裝置(圖13)可以強(qiáng)化再生混凝土的性能與生產(chǎn)制備。該裝置的攪拌驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出攪拌動(dòng)力，經(jīng)減速器減速后由彈性聯(lián)軸器直接傳遞給1對(duì)同步齒輪，帶動(dòng)

26、2根攪拌軸同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出動(dòng)力，經(jīng)帶傳動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)偏心安裝在攪拌軸內(nèi)的振動(dòng)軸高速旋轉(zhuǎn)，使攪拌軸和安裝在其上的攪拌葉片產(chǎn)生振動(dòng)。于是物料在攪拌軸和攪拌葉片的振動(dòng)作用及其攪拌葉片的強(qiáng)制攪拌下，很快就能實(shí)現(xiàn)均勻拌和。存在不良粒形的再生集料會(huì)使新拌再生混凝土的表觀密度及其流動(dòng)性較普通混凝土有所降低。同時(shí)由于再生集料表面粗糙、多棱角的粒形效應(yīng)增大了拌和物在拌和與澆注時(shí)的摩擦阻力，使再生混凝土拌和物的保水性與粘聚性增大。振動(dòng)攪拌作用下，再生混凝土混合料的物料顆粒在具有一定振動(dòng)頻率下的振幅后處于顫振狀態(tài)，破壞了流變狀態(tài)下混合料間的粘性聯(lián)接，使物料間的內(nèi)摩擦力大大降低，促進(jìn)了水泥漿在再生集料

27、表面和裂縫中的流動(dòng)與浸潤(rùn)，十分有利于物料中的水泥顆粒從結(jié)團(tuán)狀變?yōu)榫鶆蚍植紶睢ｈb于此，筆者認(rèn)為拌和制備路面再生混凝土?xí)r，采用振動(dòng)強(qiáng)化技術(shù)，不僅使攪拌時(shí)能耗降低、效率提高，而且重要的是可以使新拌再生混凝土的工作性得到改善，使硬化再生混凝土的強(qiáng)度得到提高，同時(shí)也可節(jié)約一部分水泥。2.5雙層攤鋪再生混凝土經(jīng)濟(jì)路面結(jié)構(gòu) 中國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范(JTJ 073.1-2001) 中就舊水泥混凝土路面板的再生利用指出：混凝土再生利用主要用做水泥混凝土面層粗集料、基層集料和碎塊底基層。舊水泥混凝土板強(qiáng)度達(dá)到石料二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可作為再生混凝土集料使用。面層中的舊混凝土集料的最大粒徑應(yīng)為40

28、mm，小于20 mm的粒料不再作為面層集料。做水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，粒徑小于20 mm的集料宜采用新的碎石。舊水泥混凝土板塊強(qiáng)度達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可作為基層集料。宜采用石灰、粉煤灰固結(jié)舊混凝土集料基層，混凝土基層集料含量宜為8085，石灰、粉煤灰比例宜為1：4。中國(guó)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中所提到的復(fù)合式混凝土路面結(jié)構(gòu)通常是指：面板的下層為碾壓混凝土，其厚度一般取總厚度的2/3；上層為普通混凝土，其厚度一般取總厚度的13，并不宜小于8 cm。復(fù)合式混凝土路面的設(shè)計(jì)參數(shù)按照普通混凝土及碾壓混凝土路面的有關(guān)規(guī)定采用。但基層頂面的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)按照等剛度原則，將復(fù)合式混凝土板換算成等效單層混凝土板，然后

29、進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。對(duì)于一些雙層水泥混凝土復(fù)合式路面，下層采用較低標(biāo)號(hào)的混凝土(1015號(hào))，上層采用較高標(biāo)號(hào)的混凝土(3540號(hào))，厚度一般不小于面板總厚度的1/3，下層厚度一般為1520 cm，這樣的混凝土路面設(shè)計(jì)也是按照等剛度原則進(jìn)行的。近年來(lái)，也經(jīng)常用工業(yè)廢渣等半剛性材料作基層，用水泥混凝土作面層，來(lái)代替雙層水泥混凝土路面。因此，根據(jù)中國(guó)國(guó)情和當(dāng)前的路面設(shè)計(jì)要求與趨勢(shì)，筆者認(rèn)為：除了可以在各類交通等級(jí)的路面結(jié)構(gòu)基層中全部使用再生混凝土之外，對(duì)于輕交通等級(jí)的路面再生采用全厚度再生混凝土面板結(jié)構(gòu)是完全可行的，而且其經(jīng)濟(jì)性顯而易見(jiàn)：對(duì)于中等交通等級(jí)的路面再生采用至少23厚度再生混凝土與13厚度普通

30、道路混凝土組成的雙層型復(fù)合式面板結(jié)構(gòu)，甚至大厚度整體式再生混凝土面板，能充分顯示出經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。對(duì)于重交通等級(jí)的路面再生采用至少12厚度 的再生混凝土結(jié)合式復(fù)合面板結(jié)構(gòu)，不僅可以保證路面強(qiáng)度、疲勞壽命等設(shè)計(jì)要求，而且更經(jīng)濟(jì)、合理，對(duì)于特重交通等級(jí)的路面再生也可采用不超過(guò)13厚度的再生混凝土下復(fù)合層來(lái)增加板厚以提高承載能力。國(guó)外關(guān)于混凝土低噪聲露石路面的雙層攤鋪已有成功經(jīng)驗(yàn)，德國(guó)Wirtgen公司專門設(shè)計(jì)、生產(chǎn)了大型雙層水泥混凝土攤鋪機(jī)。該機(jī)可以分上下2層“濕對(duì)濕”同步攤鋪2種不同配合比、不同厚度的水泥混凝土路面。前半部分鋪25 cm厚的常規(guī)水泥混凝土，這部分材料由卡車卸在正前方：后半部分在其表面

31、再加鋪5 cm厚的單一粒徑“露石面層”，這部分材料由水泥混凝土攪拌罐車從攤鋪機(jī)側(cè)前方料斗經(jīng)傳送帶供應(yīng)(圖14、15)。2層同時(shí)攤鋪施工方式經(jīng)濟(jì)上有如圖優(yōu)勢(shì)。(1)可以很方便地從攤鋪機(jī)前面提供第一層和第二層所需的混凝土。同時(shí)不會(huì)妨礙相鄰車道的交通。 (2)與使用兩臺(tái)機(jī)器相比，雙層攤鋪所需的運(yùn)行費(fèi)用明顯要低。 (3)由于只需1臺(tái)機(jī)器攤鋪，可減少設(shè)備投資經(jīng)費(fèi)及所需操作人員，操作1臺(tái)機(jī)器比協(xié)調(diào)2臺(tái)機(jī)器更容易。 根據(jù)再生混凝土適用的復(fù)合式雙層型路面結(jié)構(gòu)，筆者在掌握滑模攤鋪施工原理的基礎(chǔ)上，提出了再生水泥混凝土路面的雙層滑模攤鋪施工工藝與方法，嘗試改造傳統(tǒng)滑模攤鋪機(jī)成為濕接濕一次鋪筑雙層結(jié)構(gòu)的具有自主知識(shí)

32、產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)設(shè)備。與德國(guó)Wirtgen公司SP1600型不同，改造后的設(shè)備在傳統(tǒng)的滑模攤鋪機(jī)螺旋分料機(jī)構(gòu)上增加下鋪層預(yù)壓實(shí)裝置和上鋪層布料系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括上鋪層材料跨越輸送帶及貯料倉(cāng)、料倉(cāng)底部的攪拌布料葉片及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。設(shè)計(jì)出再生混凝土雙層滑模攤鋪機(jī)的工作裝置(圖16)。該裝置是在傳統(tǒng)的滑模攤鋪機(jī)螺旋分料系統(tǒng)中增加了下鋪層預(yù)壓實(shí)裝置和上鋪層布料機(jī)構(gòu)，上鋪層布料機(jī)構(gòu)主要包括上鋪層材料跨越輸送帶及貯料倉(cāng)。料倉(cāng)底部的布料攪拌葉片及其傳動(dòng)系統(tǒng)等。這樣加裝不僅很容易改造現(xiàn)有傳統(tǒng)的滑模攤鋪機(jī)，而且不會(huì)過(guò)分增大機(jī)器前后尺寸避免鋪筑路面的最小轉(zhuǎn)彎半徑增大，同時(shí)也便于上鋪層的運(yùn)料車輛從另一端或者側(cè)面靠近供料。雙層滑模攤鋪機(jī)工作時(shí)，路面的下鋪層混凝土依據(jù)傳統(tǒng)滑模攤鋪機(jī)的攤鋪原理，由螺旋布料器將傾卸在路面基層(或墊層)上的再生混凝土均勻地分布在滑模攤鋪機(jī)的前面，準(zhǔn)備接受壓實(shí)梁的初步壓實(shí)和預(yù)鋪高程控制；上鋪層混凝土