水泥混凝土路面循环再生技术及装备

1、截止2005年底，中国已建成公路总里程192×106km，水泥和沥青2种高级路面逾450×105km，其中水泥混凝土路面超过2.40×105Km，约占总里程的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总里程约340×105km，且仍以每年约2OO×104 km左右的速度增长。在已建成的410×104 km高速公路路面中，水泥混凝土路面约占20，超过800×103km。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

2、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

3、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。  破损的水泥路面图 破损的水泥路面图 破损的水泥路面图    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

4、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015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

5、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。

6、0; 门(铡)刀式冲击破碎机111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57 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2025 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0406m。 112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

7、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010022 m，最大冲击力200 t以上(是静压力的10倍)，冲击能量1525 kJ，(其冲击影向深度较静压大35倍，较振动压路机大23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2025遍之间。冲击压路机的破碎率约为每台班23 km×车道数。 冲击压路机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

8、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。 12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。 

9、   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 mh。  多锤头破碎机 型压路机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20

10、mm。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。  共振破碎机该公司生产的PB4型共振式破碎机，其下方的悬挂长38 m、宽050055 m、厚016 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16 km×车道数。共振式破碎机工艺合理、

11、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820 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(23m)，不影响道路下方及周围的结构物和设施，可适用于水泥路面的公路、机场、港口、城市道路等修复工程。 (4)通过调节振动频率和振幅，共振式破碎机作业深度可达66 cm、每天可完成2 000 m或近6 40

12、0 m2的破碎作业量，并且单车道作业，不中断交通。共振式破碎机虽然冲击能量传播范围较小，对附近构造物的影响小，但其破碎宽度也小，需往返多次，破碎后板块要受到机械胶轮作用，产生不利影响。目前国内还没有引进该设备。 13加铺罩面层 打裂压稳后加铺层的路面结构组合可采取“白+黑”和“白+白”结构，即加铺层可以为沥青混凝土路面，也可以选择水泥混凝土路面。近两三年来，适合中国国情的一些水泥混凝土路面的“白改黑”改造工程在广西、广东、湖北、河南、重庆等地取得了良好的效果。 加铺沥青层时可将碎石化层作为基层和底基层，可能采用的加铺方式有4种：直接加铺上、中、下面层的密级配沥青混凝土；加铺

13、沥青稳定碎石基层(主要是开级配沥青碎石基层)，然后采用2层面层的型式；加铺抗疲劳层后，再加铺沥青面层；加铺无机结合料稳定类基层，然后再加铺沥青面层。无论何种结构，与碎石化层相接的结构层底面的拉应力或拉应变都是关键的控制因素。 采用冲击压稳或打裂压稳技术，高能量低频冲击外力的作用使旧水泥混凝土路面板裂缝不规则且较细微，使开裂的旧水泥混凝土路面层仍有较高的整体刚性，但均匀性稍差，如直接加铺薄层沥青混凝土，仍有出现反射裂缝的可能。一般还要先加铺2025 cm半刚性基层，再加上1013 cm沥青面层，故标高抬高达3038 cm，影响原地面排水系统。 打碎压稳施工形成的结构层均匀性优

14、于打裂压稳形成的结构层的均匀性，但整体刚度明显低于后者。混凝土板块经碎石化后，水泥面板的破碎程度比较彻底，水泥碎块的最大粒径在2030 cm之间，经专用压路机压实稳固后混凝土面板表面碎块最大尺寸范围为510 cm，再经洒布乳化稳定，在结构上不再是刚性板块，而成为类似沥青稳定碎石的一种柔性基层。 水泥混凝土路面碎石化后，在铺设沥青面层之间，通常采用乳化沥青灌入再生集料技术，以增强碎石化基层与面层的粘结，提高路面整体强度。可使用乳化沥青洒布设备进行施工，适用于采用多锤头破碎机等设备的碎石化破碎工艺，一般做法如下。 (1)旧路面破碎之前至少2周设置排水设施，然后实施破碎。

15、0;(2)切割移除暴露的加强钢筋后，采用专用压实机械，如Z型压路机(2025t)破碎后，路面振动压实23遍。 (3)对破碎后的水泥混凝土路面进行检验性碾压，对软弱区域进行移除替换后再用胶轮压路机振动压实3遍。 (4)洒布、灌入改性乳化沥青，其用量为2.535 kgm2。 (5)洒布热的乳化沥青作防水粘接层，其用量为1O kgm2。 (6)撒布一层粒径为35 mm的石屑，用16t钢轮压路机碾压2遍。 (7)封闭交通812 h后，摊铺热拌沥青混合料调平层和面层，或者铺筑水泥混凝土。 旧水泥混凝土路面碎石化后直接加铺水泥混凝土路面相对来说是

16、不利的，其抗水损害的能力相对较低，因此，当回弹模量小于1 50 MPa时，需要加铺适当的无机结合料稳定基层；当回弹模量大于1 50 MPa时，需要加铺沥青防水封层。 水泥混凝土路面的加铺厚度应不低于规范规定的最小厚度，碎石化防水封层应不小于1cm。  采用集料化、资源化循环再生对旧水泥混凝土路面重建，不仅可以大大减少废料丢弃和废料运输，降低水泥路改造过程中对环境的污染，节约天然砂石集料，降低工程费用，缩短工期，为业主节约大量改造资金，产生的社会效益也很明显。它依据循环经济理论，将废弃物再生利用，符合国家所倡导的走科学发展道路，建设节约型社会、环保型社会的方针。中国

17、对于再生集料的应用目前还处于探索阶段，其中经济性是影响和阻碍再生集料大规模应用的主要原因之一。由于再生集料(不论是来自建筑垃圾还是水泥混凝土路面)的生产需要消耗额外的人力和物力，从而导致了再生混凝土的生产成本高于普通混凝土，但对再生混凝土的经济分析应当从社会、环境等方面来综合考虑。一方面，生产新的混凝土不但需要消耗大量的砂石等天然资源，而且会造成自然环境的恶化；另一方面，废弃、填埋混凝土不仅占用了大量的土地，增加了外运费用，而且导致了环境的污染。因此，如果能将废弃混凝土作为再生集料资源加以重新利用，不仅能够解决天然混凝土集料资源紧缺的问题，而且有利于环境的保护，实现混凝土和建筑业的可持续发展。 中国每年用于浇筑混凝土的集料达11×10814x108m3。蕴藏天然砂石的山体、河流是不可再生的资源，它们的消失对人类与环境是难以估计的损失。到