摘要：
本文介紹水泥路面改造與再生利用中的混凝土面板破碎技術(shù)，以及舊混凝土再生骨料的應(yīng)用研究，包括再生集料用于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層、再生集料混凝土等的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明再生集料完全可取達(dá)到新集料的效果，而且具有特殊的強(qiáng)度增長規(guī)律。
關(guān)鍵詞： 舊水泥路面 破碎技術(shù) 再生利用 纖維瀝青混凝土
目前我國已建成的公路中水泥混凝土路面約19萬km，在已建成的高速公路路面中，水泥混凝土路面約7436km。隨著我國部分早期修建的水泥混凝土路面和部分近期修建的但已出現(xiàn)不同程度的早期損壞的水泥混凝土路面，已達(dá)到需要翻修的程度，如何翻修的問題已日益成為公路部門必須面對和必須解決的技術(shù)問題。雖然我國有些省份在采用瀝青加鋪層技術(shù)改造水泥混凝土路面方面進(jìn)行了許多有益的嘗試和艱苦的技術(shù)探索，但不可否認(rèn)的是水泥混凝土路面的反射裂縫問題一直是影響加鋪層使用壽命與使用性能的最根本的原因。
1．水泥混凝土路面快速檢測評價技術(shù)
水泥混凝土路面快速檢測技術(shù)包括：水泥混凝土路面板安定性檢測、路面破損狀況檢測、結(jié)構(gòu)承載力檢測、行駛質(zhì)量檢測、抗滑能力檢測、交通狀況檢測等；研究建立水泥混凝土路面狀況快速檢測評價體系和相關(guān)的評價模型，建立水泥混凝土路面狀況的判別標(biāo)準(zhǔn)。其中的技術(shù)難點(diǎn)在于水泥混凝土路面板安定性檢測，主要是如何判定水泥混凝土路面板脫空狀況。
判斷水泥混凝土路面板底脫空的技術(shù)一直是世界性的難題。國內(nèi)外取得了許多的研究成果，如采用貝克曼梁或FWD、路面雷達(dá)等探測水泥路面板底脫空程度等。
（1）路面雷達(dá)GPR的脫空診斷技術(shù)
GPR測速可以達(dá)到80km/h以上，可用于路面與機(jī)場道面結(jié)構(gòu)層厚度檢測；脫空識別；地下異物識別，如鋼筋，燃?xì)夤艿?，排水管道等；含水量、壓?shí)度評價等。如圖1所示，其原理是通過對雷達(dá)反射信號的接收、處理與分析，可以找出路面脫空的可疑位置、程度、范圍等。由于反射信號受各種噪聲的影響較大，應(yīng)重點(diǎn)研究判別的準(zhǔn)確性。為此，采用FWD驗(yàn)證、人工開挖驗(yàn)證是必須的，有助于建立反射波形與實(shí)際脫空狀況的對應(yīng)關(guān)系，豐富和積累GPR的使用經(jīng)驗(yàn)。
圖-1 GPR檢測路面
?。?）FWD的脫空診斷技術(shù)
對GPR發(fā)現(xiàn)的可疑脫空點(diǎn)，采用FWD脫空診斷技術(shù)，如圖－2所示。采用AASHTO方法，檢測板邊同一點(diǎn)的三個荷載水平下的彎沉，并進(jìn)行線性回歸，若回歸的直線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)，則認(rèn)為無脫空，否則認(rèn)為有脫空。
圖2 測量裂縫與接縫板邊彎沉差的落錘式彎沉儀位移傳感器布置
2．水泥混凝土路面改造與破碎工藝
重慶交通學(xué)院和交通部公路科學(xué)研究所等單位研究認(rèn)為，當(dāng)混凝土路面斷板率低于10%時，可采取打裂壓穩(wěn)技術(shù)直接加鋪瀝青混凝土罩面，對于斷板率介于10～15%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；而對于斷板率超過15%且有明顯結(jié)構(gòu)性破壞的水泥路面（或相鄰板的位移(沉降差)大于4mm【美國AI的標(biāo)準(zhǔn)為3mm】就需要將板打碎處理），要求在對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，再加鋪瀝青混凝土罩面。
圖3 MHB（Multiple Head Breaker）破碎工藝
國內(nèi)外現(xiàn)有的破碎工藝主要包括RoadMiner開路王系列破碎工藝、MHB型多頭重錘破碎工藝RMI共振型破碎工藝、沖擊壓穩(wěn)工藝、門板式震裂壓穩(wěn)工藝、沖擊鎬鑿碎壓穩(wěn)工藝等。我們在研究過程中，采用了MHB型多頭重錘破碎工藝（如圖-3）、門板式震裂壓穩(wěn)工藝(如圖－4)、沖擊鎬鑿碎壓穩(wěn)工藝等。同時，對典型路段進(jìn)行使用效果評估。主要評價內(nèi)容有：路面使用性能變化規(guī)律，反射裂縫率隨時間的變化，防止反射裂縫措施的有效性等。項(xiàng)目研究在重慶、湖北、廣東取得了良好的效果。
圖4 門板式破碎機(jī)打裂壓穩(wěn)工藝
3．舊水泥路面改造與再生的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及修筑工藝
(1) 水泥路面板再生的路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)
針對打裂壓穩(wěn)鋪筑瀝青混合料加鋪層的路面結(jié)構(gòu)組合，可以采取“白+黑”和“白+白”加鋪層的結(jié)構(gòu)及修筑工藝，包括層間結(jié)合設(shè)計(jì)與材料應(yīng)用等，其中防治反射裂縫是其關(guān)鍵問題。
對反射裂縫先后采用的防治措施有：增加瀝青加鋪層厚度、設(shè)置應(yīng)力吸收薄膜夾層、加筋瀝青層及其他具有良好路用性能的瀝青混合料、設(shè)置隔離層以及處治舊路面板(封填裂縫、破碎穩(wěn)定舊路面)等。我們對纖維瀝青混合料的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)纖維瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能和高溫抗車轍性能（如圖5），并擬在重慶城口和渝北進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究。通 過對瀝青混合料的級配的改善，提高了瀝青混合料的高溫抗車轍性能，獲得了抗車轍瀝青混合料。還對改性瀝青混凝土及SMA等優(yōu)良瀝青加鋪層材料進(jìn)行了研究。
圖5 普通瀝青SMA-16和AC-16動穩(wěn)定度比較
碎石化后瀝青罩面厚度采用AASHTO設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)程序。要求最小罩面厚度為15cm，且最好為密級配結(jié)構(gòu)。國內(nèi)瀝青混合料加鋪層的厚度一般為12～15cm（個別用到18cm－京滬高速泰化段），根據(jù)碎石化后路面表面彎沉測試結(jié)果，確定是否需要加鋪基層。
水泥混凝土罩面層厚度可根據(jù)交通狀況，按新建路面設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。
(2) 乳化瀝青灌入再生料技術(shù)
水泥混凝土路面碎石化后，在鋪設(shè)瀝青面層之間，可采用乳化瀝青灌入再生料技術(shù)，以增強(qiáng)碎石化基層與面層的粘結(jié)、并提高路面整體強(qiáng)度。該方法較為簡單，可采用乳化瀝青灑布設(shè)備進(jìn)行施工，適用于采用MHB、沖擊壓穩(wěn)等設(shè)備的碎石化破碎工藝。關(guān)鍵點(diǎn)是乳化瀝青用量、灌入深度、灑布均勻程度等技術(shù)的控制與評價。一般做法是：
采用MHB破碎機(jī)把原水泥混凝土破碎一遍；
采用Z型壓路機(jī)(20-25噸)將破碎后路面振動壓實(shí)2-3遍；
用膠輪壓路機(jī)震動壓實(shí)3遍；
灑灌入改性乳化瀝青,其用量為2.5-3.5 kg/m2；
灑熱乳化瀝青作防水粘接層,其用量為1.0kg/m2；
撒布一層粒徑為3-5mm石屑,用16噸鋼輪壓路機(jī)碾壓2遍；
封閉交通8-12h后，攤鋪改性瀝青混合料或者鋪筑水泥混凝土。
4．水泥混凝土再生集料的應(yīng)用
圖6 再生集料的生產(chǎn)
對于破損率大于20％、路基與基層具有明顯病害的水泥混凝土路段，必須將路面進(jìn)行翻修重建。翻挖產(chǎn)生的舊混凝土可經(jīng)破碎成再生集料。再生集料的生產(chǎn)如圖6。破碎后產(chǎn)生的集料可用作水泥混凝土路面的集料、或作路面基層或底基層的骨料。
1）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定再生集料基層或底基層
試驗(yàn)研究結(jié)果見表1和圖7。從試驗(yàn)結(jié)果看，兩種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定再生集料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度高于天然集料主要有兩方面的原因。一方面，再生集料表面裹附水泥漿體，經(jīng)破碎后，其表面粗糙程度要大于天然集料，因而更容易與新結(jié)合料結(jié)合；另一方面，與天然集料相比，再生集料表面裹附水泥漿體與新結(jié)合料的材料性質(zhì)接近，兩種反應(yīng)生成強(qiáng)度的親和力更大。
兩種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定再生集料的間接抗拉強(qiáng)度與天然集料基本持平，再生集料的優(yōu)勢不明顯，這是由于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料材料本身的抗拉能力較低。穩(wěn)定再生集料在彎拉模量、干縮性能和抗凍性能方面也明顯優(yōu)于穩(wěn)定天然集料。
上述研究表明，再生集料完全能滿足作貧混凝土基層和水泥和二灰穩(wěn)定基層使用。
2）再生集料水泥混凝土根據(jù)我們的研究表明（如表2與圖8和圖9所示），再生集料水泥混凝土能基本滿足路面混凝土要求，并具有以下特點(diǎn)：
a.與新料試件相比，舊料試件早期強(qiáng)度值高，后期強(qiáng)度值低，強(qiáng)度值不能很好達(dá)到要求（按抗壓強(qiáng)度為控制指標(biāo)）。
b.與新料試件相比，舊料試件早期強(qiáng)度增長速度快，后期強(qiáng)度增長速度緩慢。
c.與新料試件相比，舊料試件強(qiáng)度值離散性較大，不及新料穩(wěn)定。
d.與新料相比，舊料吸水率大，用水量增大，同水灰比、同水泥用量條件下，工作性略差。
e.對舊料試件而言，最佳的水灰比應(yīng)介于0.43～0.45間。
f.同種集料相比，壓碎值大的試件強(qiáng)度偏低?？偟膩碚f，壓碎值對總體強(qiáng)度影響不大。
5．結(jié)語
以上只是我們研究的一些初步成果，尚不夠成熟，不過為水泥路面改造與再生利用提供了思路。為了使其能在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行推廣應(yīng)用，還有待大家共同努力。
