浅谈碎石化技术在道路白改黑工程中的应用

2022-09-13

前言

从上世纪八十年代开始, 为了解决白色路面改造工程中加罩沥青面层后会产生反射裂缝病害的问题, 美国率先对旧水泥混凝土路面进行破碎试验, 发展近三十年的历史, 最终形成了以共振破碎法与多锤式破碎法为主的施工方法, 由于破碎后颗粒粒径小, 力学模式更趋向于级配碎石, 故称之为碎石化。

2002年山东省公路局率先从美国引进了多锤式碎石化技术, 并在山东境内的205国道上进行了试验性应用, 至目前为止试验路段运行情况良好。随后在2005年由上海市公路管理处 (现为上海市路政局) 从美国引进共振式碎石化技术, 并于2005年在318国道上进行了试验, 至目前为止试验路段运行情况良好。目前这两种碎石化技术已在山东、上海、浙江、陕西、四川、广东、广西等地的一些改建工程中得到了广泛的应用, 也取得了丰富的施工经验。相较于传统的白色路面改造方案而言, 由于碎石化技术很好的解决了加铺沥青混凝土面层后出现的反射裂缝问题, 而且施工过程较快, 对现有交通的影响时间较短, 破碎后废料利用率高, 减少了环境的污染, 所以市场接受更广, 因此, 市场份额已逐年提高。

一、碎石化技术简介

目前为止国内使用的碎石化技术主要有以下两种:

(1) 共振式碎石技术

其工作原理是利用振动梁把发动机的功率转化成工作锤头的功率, 锤头与路面直接接触。通过调节锤头的振动频率, 使其接近水泥面板的固有频率, 激发其共振, 使板块内部颗粒的内摩擦阻力减少而崩溃。

(2) 多锤头碎石化技术

多垂头碎石化技术就是利用设备自带的多个重锤在重力下落时对水泥混凝土路面板产生的冲击力, 将混凝土板块击碎, 并使用有“Z”字花纹碾压轮的震动压实机对破碎后路面进行震动压实。

相较于传统技术, 碎石化技术优势明显, 主要表现在以下几点:

(1) 进行碎石化处理后的面层, 能直接作为基层和底基层。如果破碎后的混凝土板块具有较高的强度和承载力, 可以直接做为路面基层直接加铺路面层。

(2) 碎石化技术在直接成本、间接成本和综合成本上都比传统改造技术大大的减少, 节约了工程造价。

(3) 施工过程中只需封闭半幅交通, 施工过程短, 破碎碾压后即可摊铺面层, 几乎没有养护期, 对交通影响较小。

(4) 破碎后废料利用率高, 有效利用了原有水泥混凝土路面, 避免因清除旧混凝土路面板而造成的工程废料污染, 共振破碎机在破碎过程中冲击振动和噪声较小, 一般不会对附近居民产生太大影响, 是旧水泥混凝土路面翻新改造的理想办法。

二、碎石化工艺适用条件

碎石化技术虽然在技术方面、经济方面, 环境保护方面都有其突出的有点, 但其也有一定的适用条件。主要的考虑方面由技术条件和经济条件两个方面:

(1) 技术条件:只要旧水泥混凝土路面满足下列条件就可以进行碎石化技术进行重建改造

(1) 土基CBR>5 (2) 基层基本稳定 (3) 板体材料未出现松散

而其它因素如:接缝损坏、表面裂缝、断裂程度等不是决定使用碎石化技术的必要条件。

(2) 经济条件:是否采用碎石化工艺存在经济平衡点, 这个平衡点可用修补比率来反映, 国外算例中为13%左右, 国内山东试验段计算的经济平衡点为修补率20%-25%时, 进行破碎法更为经济;具体各地由于工料机价格不一致, 须按各地情况计算经济平衡点。

三、质量控制验收标准

(1) 粒径

多锤头破碎:破碎率达到75%, 碎石化层破碎顶面粒径一般在7.5cm以内, 上部粒径一般在22.5cm以内, 下部粒径在37.5cm以内。检测应在碾压稳定后通过刨坑过筛或卡尺检测。

共振碎石化层破碎:粒径大部分在15.2cm以内, 破碎粒径大于20.3cm的含量不超过2%, 粒径集中在1.5-7.6cm, 破碎层粉尘含量小于0.075mm的不大于7%。

(2) 级配

多锤头碎石化层不存在明显的级配特性, 共振碎石化层的级配, 碎石化层0-10cm以内, 级配控制在级配碎石范围以内, 0-18cm以内, 级配接近级配碎石。

(3) 回弹模量

多锤头碎石化层的回弹模量应大于500MPa, 但宜小于1700MPa。

共振碎石化回弹模量, 碎石化层回弹模量 (静态) 应大于500MPa, 但宜小于1500MPa。

两种方法的模量检测均可以采用承载板法, 通过在破碎前对旧路基层顶面的一次测试, 然后破碎后相邻位置 (同一测点周围1m2的范围) 做第二次测试, 两次测算结果计算出碎石化层模量值 (静态) , 为了减小因旧水泥混凝土板厚度所带来的计算误差, 可同时进行钻芯取样做厚度检测;碎石板层模量, 还可以通过FWD测试, 反算出动态模量, 再根据比例关系式计算静态模量。

四、加铺沥青面层

目前为止, 在国内, 使用这两种破碎法施工后, 加铺的面层类型主要为沥青混凝土。为保证破碎路面不被污染, 而且破碎后的路面强度也得以保存。加铺沥青面层的时间间隔不宜超过48小时, 在摊铺过程中, 应控制好施工车辆的通行次数和载重量。防止施工车辆对破碎碾压合格的碎石基层破坏。整个碎石化的工艺流程如下: (1) 原有路况调查 (2) 原有路面处治 (3) 铺筑试验段 (4) 试坑检查 (5) 确定破碎工艺 (6) 破碎施工 (7) 压路机压实 (8) 撒布乳化沥青透层油 (9) 路面施工。

旧水泥混凝土路面经碎石化后加铺沥青面层后形成的是一种特殊的路面结构, 其应力、应变特性与一般的弹性层状体系有较大的差别, 因此, 沥青混合料加铺层结构形式和结构厚度是设计的重点。沥青混合料加铺层设计实际是设计沥青混合料加铺层的厚度, 而厚度的确定主要取决于行车荷载和反射裂缝两个因素。在我国对高等级路面的沥青面层施工厚度一般不小于12cm。

五、两种技术的对比

作为目前国内两种主要的碎石化技术, 共振式碎石技术与多锤式碎石技术各具有自身的优缺点:

(1) 共振式破碎与多锤式相比较, 其粒径比较小, 破碎效果更均匀。强度比较小, 但强度均匀性要更好, 所以预防沥青反射裂缝的效果要更好。

(2) 由于共振式破碎法破碎法破碎后颗粒粒径更小, 因而板块强度损失失也较大, 需要加铺的路面结构要求更高, 经济性相对较差。

(3) 采用多锤头设备进行施工时, 由于重锤的冲击力较大, 对周边建筑物和地下管线存在一定影响, 施工过程中产生的噪音也比较大, 所以要事先进行调查。而共振式碎石化的冲击力较小, 对周边构造物及地下管线影响比较小, 且施工噪音也比较小。

六、结语

碎石化技术从2002年引入我国以来, 在我国经历了十几年的发展, 经过我国公路建设者的不断地研究和探索, 技术已经趋于成熟, 有些省市已经出台了相对完善的地方性技术规程, 如山东省的《旧水泥混凝土路面碎石化技术规程》 (DB37T1160-2009) , 陕西省的《旧水泥混凝土路面共振碎石化技术规程》 (DB31/T828-2014) , 江苏省的《旧水泥混凝土路面碎石化施工技术规范》 (DB32/T 2883-2016) 。我相信随着碎石化技术的进一步完善, 将来在我国会得到进一步的普及, 为我们的公路建设事业添砖加瓦。

摘要：碎石化技术上世纪80年代起源于美国, 2002年引入我国, 由于它很好的解决了白色路面改造工程中加罩沥青面层出现的反射裂缝问题, 并且几乎不产生施工废料, 环保效果好, 对交通影响时间比较短, 并且造价相对低廉, 在国内白色路面改造工程中被逐渐广泛的使用。

关键词：白改黑工程,多锤式碎石化,共振式碎石化