水泥混凝土路面循环再生技术及装备

水泥混凝土路面循环再生技术及装备摘要：本文介绍了水泥混凝土路面循环的再生技术及其装备。

0引言

截止2005年底，中国已建成公路总里程1.92×10^6km，水泥和沥青2种高级路面逾4.50×10^5km，其中水泥混凝土路面超过2.40×10^5Km，约占总里程的53％，加上城市道路水泥混凝土路面9.00×10^4km，公路和城市水泥混凝土路面总里程约3.40×10^5km，且仍以每年约2.00×10^4 km左右的速度增长。在已建成的4.10×10^4 km高速公路路面中，水泥混凝土路面约占20％，超过8.00×10^3km。水泥混凝土路面的破损维护问题一直是困扰中国公路界的难题，如何翻修已日益成为公路部门必须面对和必须解决的技术问题。研究水泥混凝土路面的重建和再生技术，使现有已损坏的水泥混凝土路面得到快速有效地改造和重新使用，解除困扰多年的旧水泥混凝土路面改造和维修难题，无疑将对公路界发展产生巨大的推动作用。

目前，破损水泥混凝土路面的处理方法有：

(1)按原结构进行整修，如断板更换、压浆处理、灌注聚脂胶类粘结剂等，该类方法普遍适用于断板率较低、病害较轻的混凝土路面。

(2)以混凝土路面做基层，在其上加铺其他结构层，该类方法适用于路面破损较严重的道路。

(3)将老路面混凝土板全部拆除掉，重新铺筑新的路面结构。

对旧水泥混凝土路面再利用主要有2大类：原地降级和移除粉碎。

破损的水泥混凝土路面(图1)是人工放置的资源，即使移除也不应被简单“掩埋”，为了物尽其用，从保护环境、节约资源的角度，提出水泥混凝土路面循环再

生的概念，即重复利用路面材料，尽可能减少新集料的投入量。将毁损废旧的水泥混凝土路面破碎为集料，重新配合，制备稳定材料或再生混凝土，合理用于新生路面相应的结构层，做到资源化再生，符合循环经济模式。

原地利用的主要方式有：

压浆稳固后作为中下基层，加铺基层后再重新铺筑路面。压浆稳固后作为基层，加铺防止反射裂缝的土工材料后再重新铺筑路面。

破碎后作为中下基层，加铺基层后再重新铺筑路面。破碎后作为基层，直接加铺路面。通常，对于断板率低于10％的水泥路面，采取打裂压稳技术直接加铺沥青混凝土罩面；对于断板率界于0％～15％的水泥路面，在打裂压稳之后铺设防反射裂缝材料后加铺沥青混凝土罩面层；而对于断板率超过1 5％且有明显结构性破坏或相邻板的位移(沉降差)大于4 mm的水泥路面，宜采用碎石化技术。在对路基及基层有问题处进行局部处理后，将混凝土面板进行破碎压实作为基层，保证新罩面结构有一均匀稳定的承重层，然后视交通需要和处理后旧水泥混凝土路面的状况重建路面结构。旧水泥混凝土路面原地利用的破碎处治技术主要包括原地打(断)裂压稳、破(打)碎压稳(碎石化)。

1.1原地打（断）裂压稳

打(断)裂压稳是目前水泥混凝土路面重建中普遍采用的一种比较简单的处理方式。打(断)裂压稳时，在旧水泥混凝土路面上施加高能量低频冲击外力，使旧水泥混凝土路面板开裂而丧失板体性后，再用压实机械进行碾压，从而形成稳定均匀的结构层。目前，对水泥路面进行局部打裂压稳的施工设备有各类夯锤、液压镐及路面多功能养护车，大规模打裂压稳施工的代表性机械有门(铡)刀式冲击破碎机(图2)和冲击式压路机2种。

1.1.1门(铡)刀式冲击破碎

20世纪80年代英国首先应用门(铡)刀式冲击破碎机对旧水泥路面板块进行破碎之后，中国引进了该技术并将设备国产化。该设备利用重达5～7 t的铡刀下

落形成的线状冲击力冲切旧水泥混凝土路面板，从而使旧水泥混凝土路面出现断裂。铡刀宽2.0～2.5 m，刀头厚4 mm左右，提升由液压装置控制，提升高度可调，以使路面板出现裂缝为宜，落距则根据对破裂块的尺寸的要求而定，一般为0.4～0.6m。

1.1.2多边形滚轮冲击破碎

冲击压路机(图3)是通过三边、四边、五边或六边形压实轮的滚动对旧水泥混凝土路面板形成间歇而周期性的冲击作用，从而使其破裂。冲击压路机的工作频率2 Hz左右，振幅0.10～0.22 m，最大冲击力200 t以上(是静压力的10倍)，冲击能量15～25 kJ，(其冲击影Ⅱ向深度较静压大3～5倍，较振动压路机大2～3倍)。因此，冲击压路机在打裂旧水泥混凝土路面时，能有效地消除旧水泥混凝土路面板的脱空，并起到加固地基的作用。据各地的使用经验，在将旧水泥路面板分裂为0.60 m以下块状的要求下，冲击遍数在20～25遍之间。冲击压路机的破碎率约为每台班2～3 km×车道数。打裂压稳机械施工时，由于机械的冲击质量可达到5 t，对地面的冲击力很大，因而会影响沿线民房以及地下浅埋的管网等建筑物。采用多边形冲击压路机进行打裂压稳施工时，压路机要来回冲击压实很多次，持续时间较长，对沿线建筑物有较大影响，故要求建筑物距离道路15 m以上。另外，冲击压路机对浅埋涵洞、管线的破坏性限制了它在城市道路，以及水网地基低路堤道路中的应用。

1.2原地破(打)碎压稳

破(打)碎压稳是指采用低频振动等方式使旧水泥混凝土路面碎裂，进而用专用压实机械碾压形成下粗上细的碎石结构层的一种处理方式，有时也被称为路面碎石化。旧水泥混凝土路面碎石化技术在国外20世纪90年代早有应用，中国到2002年才从美国引进该项技术。打碎压稳技术对路面的破碎要求较高，设备受其限制相对较为严重，目适用的设备主要有多锤头破碎机和共振破碎机2种。

1.2.1多锤头破碎

多锤头破碎机(图4)的工作装置由中间2排各3对锤头，2侧各1对翼锤构成，液压缸的往复运动带动各锤头交替地锤击水泥板块并使其破碎。每对锤头提升高度可独立调节。液压多锤头破碎机的作业宽度可达4 m／次，工作速度可以达到62.5 m／h。多锤头破碎机不具有冲击压路机的碾压功能，与之配套的压实设备为Z型专用单钢轮振动压路机。该压路机的钢轮上增加了斜向Z字波纹凸出条，在碾压粒径不太均匀的水泥混凝土碎块时，Z字波纹凸出条不仅可阻止水泥混凝土颗粒向外挤出，而且能够补充破碎部分混凝土块，从而保证碾压效果和表面的平整。Z型振动压路机的最小自重不低于9 t，主要用于多锤头破碎机破碎混凝土后的补充破碎并压实。上述多锤头破碎机和冲击压实机均存在振动噪声大、工人劳动强度大、碎块尺寸大且不均匀、需要多次重复作业、效率低等缺点，特别是采用不均匀的碎块作为基层使用，难以避免新路面反射裂缝的产生，使其实际使用受到很大限制。

1.2.2共振拍击破碎

20世纪末，美国RMI公司成功研制了共振式破碎机(图5)，其工作原理是由凸轮旋转产生的偏心力使振动梁带动工作锤头振动，频率约44 Hz、振幅20mm。锤头与水泥板接触，振动能量大部分被水泥混凝土板吸收，通过调节锤头的振动频率使其与水泥板块的固有频率成整数倍时，激发其共振，水泥板块因内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃。共振式破碎机可控制水泥板块的碎块粒径和破碎深度。该公司生产的PB4型共振式破碎机，其下方的悬挂长3.8 m、宽0.50～0.55 m、厚0.16 m的振动钢梁，并与配有偏心块的轴相连。PB4破碎水泥混凝土路面时随着路面深度的增加，振动能量下降，路面的破碎程度呈上细下粗形态，水泥混凝土碎块的最大粒径可控制在200 mm。PB4的路面破碎效率也较高，每台班约为1.6 km×车道数。共振式破碎机工艺合理、能控制工作参数，具有如下特点。(1)碎块尺寸均匀。共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使工作锤头下方的水泥板块均匀破裂。通过微调振动频率，可以使碎块粒径达到8～20 cm的理想尺寸。(2)破碎深度可以控制，能够保护路基结构及其内的管线设施完好无损。(3)振动噪声污染轻，施工适应范围大。共振式破碎机所使用的高频低幅振动波衰减速度快、传递范围小(2～3m)，不影响道路下方及周围的结构物和设施，