舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用的探討工學(xué)論文
摘 要：舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用，碎石化技術(shù)是目前舊水泥混凝土路面維修改造最好的技術(shù)之一。
關(guān)鍵詞：碎石化技術(shù)；施工質(zhì)量標準；結(jié)構(gòu)組合；使用條件
1 概述
1.1碎石化的定義
水泥混凝土路面碎石化是一種舊水泥混凝土路面破碎處治技術(shù)，是對舊水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。該技術(shù)是將舊水泥混凝土路面的面板，通過專用設(shè)備一次性破碎為咬合嵌擠碎塊柔性結(jié)構(gòu)，可充分利用舊路殘余強度，且保護環(huán)境，節(jié)約資源。這種結(jié)構(gòu)不僅具有一定的承載力，而且具有有防止或限制反射裂縫發(fā)生、發(fā)展的作用，破碎后的粒徑范圍為2~40cm，力學(xué)模式趨向于級配碎石。
1.2碎石化技術(shù)的主要特點
通過破碎將舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)強度降低到一定程度，防止反射裂縫的發(fā)生，同時能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度與反射裂縫兩者較好的平衡。舊水泥混凝土路面進行碎石化后具有以下特點：碎石化能使原水泥混凝土板塊在平面上強度分布均勻；碎石化能保留原水泥混凝土路面的一定強度；碎石化能可以消除原水泥混凝土路面病害；碎石化后的粒徑合理，不會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
1.3碎石化技術(shù)的主要優(yōu)勢
舊水泥混凝土路面碎石化后，可以直接作為新路面結(jié)構(gòu)的基層或底基層，如果舊水泥混凝土路面碎石化后具有較高的強度，能夠滿足道路承載要求，可作為路面基層直接加鋪路面面層，新加鋪面層可以是瀝青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。
1.4碎石化技術(shù)專用設(shè)備及特點
實施碎石化的主要設(shè)備為MHB（Multipe-Hed Breaker）多錘頭破碎機和Z型壓路機。
多錘頭破碎機(MHB)由兩部分組成，前半部分為柴油發(fā)動機動力系統(tǒng)，后半部分為破碎系統(tǒng)，中間備有2排各3對650kg的錘頭，兩側(cè)各有1對865kg翼錘。每對錘頭的'提升高度可以根據(jù)需要隨意調(diào)節(jié)，其最大提升高度110cm。
MHB的破碎機理是通過重錘的下落對水泥混凝土板塊產(chǎn)生瞬時、點狀的沖擊作用，其具有以下特點：整幅車道寬度單次多點破碎；錘擊功可以方便調(diào)節(jié)；破碎效率很高；破碎后顆粒組成特性較好；破碎后的表面平整度較高；方便調(diào)節(jié)，作業(yè)靈活。
Z型壓路機是一種在鋼輪表面帶有Z狀紋理的振動式壓路機，自重不小于10噸，其作用是進一步碾壓碎石化后的路面，為加鋪提供一個平整的表面。
1.5石化技術(shù)的強度形成機理
水泥混凝土路面碎石化后分為表面細粒散層、碎石化層上部和碎石化層下部三個層次。
�。�1）碎石化后表層約2~5cm，在壓實過程中，顆粒被壓密，形成嵌擠薄層，通過灑布透層油，具有較高的黏結(jié)力，并具有一定的強度和穩(wěn)定性；
�。�2）碎石化層上部厚度約10cm，強度主要有：一是來源于內(nèi)摩阻角，粒徑越大則內(nèi)摩阻角越大；二是來源于預(yù)應(yīng)力，水泥混凝土面板在破碎時，混凝土產(chǎn)生側(cè)向體積膨脹，混凝土顆粒的粒徑越小，膨脹趨勢越大，產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力越大；
（3）碎石化層下部厚度約10cm，是“裂而不碎、契合良好、聯(lián)鎖咬合”的塊體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)靜定且自穩(wěn)，具體表現(xiàn)形式為各種形式的咬合梁、拱結(jié)構(gòu)，在外力作用下產(chǎn)生咬合嵌擠作用，比普通嵌鎖作用更大，提供的強度更高，具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性。
2 MHB碎石化施工質(zhì)量標準
2.1路面碎石化后的粒徑范圍要求
水泥混凝土板塊一般在20~26cm之間，破碎后頂面粒徑較小，下部粒徑較大。路面碎石化后的粒徑是控制基層強度及新加鋪路面不出現(xiàn)早期反射裂縫的關(guān)鍵參數(shù)，作為控制碎石化工藝的關(guān)鍵指標，參照國外資料及國內(nèi)研究成果，碎石化粒徑應(yīng)滿足表要求。
2.2路面碎石化后頂面的當(dāng)量回彈模量和回彈彎沉要求
水泥混凝土路面碎石化后頂面的當(dāng)量回彈模量是新加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)之一，一般情況下，對于直接加鋪瀝青混凝土的路面結(jié)構(gòu)，回彈模量平均值宜控制在150~500MPa之間。碎石化后的回彈彎沉與回彈模量之間存在著聯(lián)系，在將碎石化后的板塊及其下結(jié)構(gòu)層視為同種材料構(gòu)成的情況下，可以參照路面補強公式得到：
Ez=（1000pD/l0）m1m2
式中：p-彎沉測定車的輪胎壓力；
D-與彎沉測定車雙圓輪跡面積相等的承載直徑；
l0-原路面計算彎沉；
m1-用標準軸載汽車在原路面上測得的彎沉值與用承載板在相同壓強條件下所測得的回彈變形值之比，即輪板比，一般取1.1；
m2-原路面當(dāng)量回彈模量擴大系數(shù)。
2.3 MHB碎石化施工質(zhì)量標準及檢測頻率
為滿足直接加鋪面層的技術(shù)要求，保障加鋪層施工質(zhì)量，根據(jù)課題研究和實驗路的測試，結(jié)合路面設(shè)計的規(guī)范要求，提出MHB碎石化施工質(zhì)量標準及檢測頻率。
碎石化層作為基層直接加鋪瀝青路面，目前我國技術(shù)規(guī)范中沒有相應(yīng)規(guī)定，本技術(shù)指標要求是在參考我國現(xiàn)行技術(shù)標準《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）和原技術(shù)標準（JTJ034-93）的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗路的實際情況提出的，具體實施中可以靈活掌握。如果碎石化層的表面平整度與上述要求差異較大，在鋪筑瀝青路面前，必須進行處理。處理措施主要有：
�。�1）據(jù)平整度情況合理合理選擇瀝青混合撩的型號；
�。�2）填充級配碎石找平、碾壓后灑布熱瀝青或乳化瀝青，再進行壓實；
�。�3）采用其他合適的技術(shù)措施進行找平。如果不進行找平，可能會影響瀝青路面的平整度，影響路面的使用效果。
3 碎石化后瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)組合
3.1結(jié)構(gòu)組合的原則
研究表明，工程中可能出現(xiàn)的碎石化后顆粒粒徑或回彈模量的不同情況，可采用的結(jié)構(gòu)組合原則有：
（1）碎石化施工中應(yīng)盡量參照推薦的顆粒粒徑和回彈模量推薦范圍進行破碎，在此范圍內(nèi)時，瀝青加鋪層要求采用密級配瀝青混凝土，并可考慮加鋪防水封層；
�。�2）當(dāng)碎石化后顆粒粒徑稍偏大、回彈模量偏高時，可考慮采用開級配大粒徑透水性瀝青碎石（簡稱為LSPM）加防水封層的結(jié)構(gòu)組合方式，其上瀝青混凝土仍需采用密級配；
�。�3）當(dāng)碎石化后顆粒粒徑稍偏小、回彈模量偏低時，要保證加鋪層總厚度，可考慮設(shè)置FDAC抗疲勞層，以防止疲勞開裂，其他瀝青層仍需采用密級配；
�。�4）回彈模量小于120MPa時需要考慮增設(shè)補強層，按照新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3.2瀝青加鋪層四種機構(gòu)組合方式
�。�1）作透層、封層后，直接加鋪上、中、下面層的密級配瀝青混凝土；
�。�2）加鋪LSPM，然后采用兩層兩面的形式；
�。�3）加鋪抗疲勞層后，再加鋪瀝青混凝土；
�。�4）加鋪無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層，然后加鋪瀝青面層。
根據(jù)研究成果，碎石化后的回彈模量大致可分為5個級別，相應(yīng)的加鋪結(jié)構(gòu)組合形式可按表3標準選取。
4 碎石化技術(shù)適用條件和注意問題
4.1碎石化技術(shù)的使用條件
4.1.1碎石化的技術(shù)條件
碎石化技術(shù)是舊水泥混凝土路面重建技術(shù)的主要方案之一，國內(nèi)外研究和工程實踐證明，只要舊水泥混凝土路面滿足表4所列條件，就可以應(yīng)用碎石化的技術(shù)進行重建改造。其他因素如板塊斷裂程度、坑洞、接縫損壞、表面裂縫與層狀剝落等不是決定應(yīng)用碎石化技術(shù)的必要條件。
4.1.2碎石化的經(jīng)濟條件
碎石化工藝應(yīng)用與原路面補修存在經(jīng)濟平衡點，這個平衡點可用修補比率來反映，國外算例中修補比率為13%左右，山東的經(jīng)濟平衡點是修補面積為20%~25%時，進行破碎改造更為經(jīng)濟。
4.2直接加鋪面層時的技術(shù)要求
水泥混凝土路面碎石化后直接加鋪瀝青面層時，應(yīng)遵循如下原則：
�。�1）回彈模量平均值一般在150~500MPa左右，部分原路面水泥混凝土材料較好時，回彈模量會更大，現(xiàn)場測試中出現(xiàn)個別值在600MPa、700MPa的情況，進行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須將彎拉指標作為主要設(shè)計指標；
�。�2）等級較高的公路上，碎石化層上的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)一般不宜小于12cm；
（3）實驗段已用于80%（整幅路面）斷板的水泥混凝土路面，80%以下斷板時使用不會有問題；
�。�4）上面層必須密級配防水型瀝青混合料；
�。�5）必須完善排水設(shè)施；
�。�6）在碎石化程度較高，測試回彈模量數(shù)據(jù)較小時，應(yīng)注意下面層的抗疲勞特性。
4.3碎石化技術(shù)應(yīng)用的注意問題
在滿足技術(shù)、經(jīng)濟條件要求的前提下，應(yīng)用MHB進行碎石化前還需要綜合考慮以下因素：
�。�1）水泥混凝土路面基層的破壞程度決定了其碎石化施工的顆粒控制和工藝要求。對于損害嚴重的水泥混凝土路面，必須判斷其基層狀態(tài)。一般情況下，基層破壞程度越高。破碎后粒徑越小。
�。�2）水泥混凝土路面基層的破壞程度是判斷嚴重病害路面是否可用碎石化工藝的重要標準；當(dāng)基層嚴重破壞時，碎石化后板塊容易喪失顆粒間的嵌擠作用，導(dǎo)致模量下降，容易導(dǎo)致瀝青路面層出現(xiàn)疲勞破壞。此時應(yīng)用碎石化，應(yīng)注意提高上部路面結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性。
�。�3）排水設(shè)施是碎石化的必須輔助工程。完善排水設(shè)施是防止碎石化后瀝青加鋪層再次發(fā)生水損壞的重要措施。
這里所有要求，共同構(gòu)成碎石化技術(shù)的應(yīng)用條件和決策依據(jù)，是確定舊水泥混凝土路面能否實施碎石化技術(shù)以及能否直接加鋪瀝青混凝土面層的必要條件。
結(jié)語：重點就碎石化使用條件、強度機理、加鋪層組合、施工質(zhì)量標準及檢測頻率的關(guān)鍵技術(shù)進行介紹，為舊水泥混凝土路面改造提供參考依據(jù)。
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