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振碎石化法破碎旧水泥混凝土路面在国内的应用

发布日期：2010-07-08浏览次数：154[ ]
水泥混凝土路面在西方高等级公路中占有较高比例，例如，美国高速公路网中占49％左右，比利时50％，法国30％。自20世纪90年代以来
水泥混凝土路面在西方高等级公路中占有较高比例，例如，美国高速公路网中占49％左右，比利时50％，法国30％。自20世纪90年代以来，我国水泥混凝土路面发展极为迅速。至2006年底，我国水泥混凝土路面总里程己达64．64万公里¨己成为当今世界上拥有水泥混凝土路面里程最多的国家之一。随着我国通车里程的逐年增长，旧水泥混凝土路面也越来越多。
由于交通量增长快，水泥混凝土路面在交通荷载和各种自然因素长时间综合作用下，出现了各种结构性损坏，道路服务水平下降，常采用修复或加铺的方式解决此类问题。
旧水泥混凝土路面修复、加铺主要有两种方式：一种是在旧水泥混凝土路面之上加铺水泥混凝土(“白加白”)；另外一种是在旧水泥混凝土路面之上直接加铺沥青混凝土，或把旧路面经过处理后作为下卧层再铺筑沥青混凝土(“白加黑”、“白改黑”)。“白加黑”、“白改黑”路面工程的最大问题是反射裂缝。
反射裂缝防治措施多种多样，但大多效果不理想，为了更好地解决反射裂缝问题，提出了对旧水泥混凝土板进行破碎然后再加铺沥青混凝土的技术。旧水泥混凝土板破碎技术(Fracture Slabs)在国外已有20多年的研究和应用历史，与旧路面翻掉重建相比，采用破碎技术的水泥混凝土路面得到了一定程度的利用，可直接作为基层或垫层，破碎的混凝土仍具备较高的承载能力，同时，又具有很好的透水能力，也避免了移除碎块时对环境的影响。因此，我国开始尝试引进该技术。
旧水泥混凝土破碎技术通常分为三类：打裂压稳(Breaking and Seating，B／S)，破碎压稳(Cracking and Seating ,C／S)，碎石化(Rubblization)。碎石化技术又分为两类：共振碎石化法(RPB法)、多锤头碎石化法(MHB法)。对于B／S破碎法、C／S破碎法、MHB碎石化法，存在两方面工程技术问题：
第一，对旧板下各层的扰动和破坏比较严重(B／S法和C／S法冲击破碎应力200MPa左右，多锤头碎石化机械破碎应力500MPa左右)，可能会导致局部地段承载能力不足，成为工程病害的隐患区域。
第二，对旧水泥板破碎不彻底(B／S法和C／S法破碎大于50cm的碎块和多锤头破碎大于15cm的碎块占有很大比重)，因破碎不彻底导致延缓反射裂缝出现的时间一般在5年以内。
MHB多锤头碎石化法虽比B／s破碎法、c／S破碎法在防止反射裂缝的效果要明显，但是同样不能有效地控制反射裂缝的，美国已经有多个州交通局禁止使用MHB多锤头碎石化法；而共振碎石化技术用于板块完整性与结构性较差的水泥混凝土路面，它将混凝土板破碎成高强粒料层，是目前最能有效地解决反射裂缝的破碎技术。
需修复或加铺的旧水泥混凝土路面的比例越来越高，如何解决其中的关键技术和工程问题以节约工程投资、提高效率、保证行驶质量，显得非常迫切。
虽然碎石化技术在国外许多工程中得到了有效应用，但在国内尚属空白，其力学机理、加铺层厚度设计方法、路面设计指标、验收指标、设计标准、破碎层特性的表征等仍需做大量研究工作。
2004年3月在我国公路第二届科技创新高层论坛上，RM公司向我国介绍了共振碎石化技术。2005年到2006年间，先后在上海市沪青平公路、沈砖公路、金山大道(亭卫公路)、新卫公路上进行了施工。
上海市市政工程管理局将“水泥路面共振碎石化加铺技术研究与应用”确立为2005年度局科技发展资金项目，由上海市公路管理处、同济大学、上海市兰德公路工程咨询设计有限公司联合承担。其主要目的是结合我国大量旧水泥路面加铺改造的技术需求，对旧水泥路面碎石化技术的力学机理及施工工艺等进行深入、系统的研究，建立碎石化路面的设计理论和方法体系，提出相应的计算模型、施工工艺、施工规程和质量验收标准等，并通过工程实践予以检验、修正和完善。现已完成研究报告。
1、 碎石化技术及其国内外研究现状
1、1 碎石化技术简介
碎石化技术包括MHB(Multi-Head Breaker)多锤头碎石化技术和RPB(Resonant Pavement Breaker)碎石化技术。
其中，MHB碎石化技术由美国Wisconsin州公路Antigo设备有限公司(MHB Badger Breaker)开发，并由Antigo建筑有限公司于1995年采用实施。
MHB多锤头碎石化机分前后两排间隔排列，每排6个或8个锤头，依据锤头宽度分为8in和13in破碎机两类 。MHB碎石化后要求采用z形压路机碾压。
2002年我国引进了MHB碎石化技术，目前已在山东(济南104国道、泰化路)、浙江(35省道临石线)、陕西(道勉县一略阳二级公路改建、汉中309省道改建)、四川(成绵高速公路白马段)、广东(清远一连州山区一级公路改建)、广西(平果一百色二级公路改建)等地的一些白改黑工程中采用。山东公路机械厂多锤头碎石化机。
1986年，John Brizzell(纽约州运输部的工程师)首次使用RPB共振破碎机进行道路破碎，美国共振机械公司RMI(Resonant Machines Inc．inc. of Tulsa ,Oklahoma)是从事此机械破碎施工的承包商。
RPB共振破碎机已经由早期的PB400型发展为PBS00型，目前已在美国50个州中的38个州应用与推广(图1-3)，美国高速公路旧水泥混凝土路面改建中用该设备已经破碎了超过13000km·车道。在智利、俄罗斯、自俄罗斯、乌克兰、加拿大均有使用。该技术也适用于机场道路改建(图1-4图1-6)。
RPB共振碎石化机械发动机功率为257-442KW，总重达27．2～31．8吨，锤头宽203．2mm，重23kg，一天可破碎一条车道1．6-1．7Km。破碎机械将水压能量通过一根方形钢粱(宽46-66cm)传递给锤头，在偏心轴力的驱动下产生42---46HZ频率的振动谐波，振幅为1-2mm，其振动能量(振动力8．89kN左右，破碎应力52MPa左右)传递到水泥混凝土板，引起板的共振并迅速破碎开裂，如图l-1、图1-2。

图1-1共振破碎机及锤头

图l-2 共振破碎示意图
水泥混凝土路面破碎后，相互啮合嵌挤，可看成为两层，上层为碎石层，下层为板体性较好但有许多裂缝的破裂层。裂缝多为与水平向成42。～46。，即基本沿最大剪切面破裂。
2004年3月在我国公路第二届科技创新高层论坛上，RMI公司向我国介绍了共振碎石化技术。2005年到2006年间，先后在上海市沪青平公路、沈砖公路、金山大道(亭卫公路)、新卫公路上进行了施工。
RPB共振碎石化施工实例见“搅拌站：采用共振技术破碎旧水泥混泥土路面”视频

送人□ 有实用价值□ 装饰□1、2 国内研究现状

上述所示的上海经济发展的数据说明：人们收入水平的增加，生活水平的提高，给上海的饰品业带来前所未有的发展空间，为造就了一个消费额巨大的饰品时尚市场提供了经济基础。使大学生对DIY手工艺品的时尚性消费，新潮性消费，体验性消费成为可能。对于冲击压路机破碎改建旧水泥混凝土路面技术，国内胡昌斌从现场试验、力学机理、动力效应、压实效应、动力及振动影响、施工工艺等方面对冲击压路机破碎技术做了详细的研究。

（4） 创新能力薄弱 对于碎石化技术，国内仅对MHB多锤头碎石化技术做过零星的研究，如黄晓斐、张玉宏刚等，均将碎石化层看作上下两层，得出结论：碎石化上层在沥青混混凝土下形成软弱夹层，有应力吸收的作用，阻止了下层混凝土板接缝的反射，使得碎石化下层裂缝不易向上扩张；碎石化层比级配碎石具有更高的强度，能更好地改善加铺层的受力状况；碎石化下层厚度破碎到10cm左右时，既能保证碎石化层仍具有一定强度使沥青层底拉应力不至于过大，又能起到防止反射裂缝的作用，碎石化下层模量的变化，会使沥青层层底啦应力、拉应变、弯沉减小幅度在3％～9％之间。
王松根_等对MHB多锤头碎石化技术适用条件、碎石化后强度形成机理、碎石化后加铺层结构设计、碎石化施工工艺及质量控制等做了介绍及研究。

400-500元 13 26% 上海市公路管理处、同济大学、上海市兰德公路工程咨询设计有限公司对RPB共振碎石化技术进行了研究，并完成了“水泥路面共振碎石化加铺技术研究与应用研究报告”。现在RPB共振碎石化技术在多省应用，但RPB共振碎石化机械仍依赖美国，国内尚无研制。

2003年，上海市总人口达到1464万人，上海是全国第一个出现人口负增长的地区。 研究结果认为：

（1） 专业知识限制1、碎石化技术适用于所有水泥混凝土面层类型的破碎，包括公路和机场水泥道面。

（2）东西全2、碎石化技术不适用于：桥涵路段；地基软弱地段；碎石化施工可能危害埋设的地下管线路段；对噪音分贝控制要求高的路段，如政府机关，学校，医院，军事重地等路段；路况较好（旧路等级为中及以上）的旧水泥混凝土路面改造，采用常规方法处治即可，采用碎石化法既无必要也不经济。

在我们学校大约有4000多名学生，其中女生约占90%以上。按每十人一件饰品计算，大概需要360多件。这对于开设饰品市场是很有利的。女生成为消费人群的主体。 碎石化技术有以下优势：

我们女生之所以会钟爱饰品，也许是因为它的新颖，可爱，实惠，时尚，简单等。的确，手工艺品价格适中。也许还有更多理由和意义。那么大学生最喜欢哪种手工艺品呢?此次调查统计如下图（1-3）1、消除反射裂缝；
2、为HMA加铺层提供高强度、良好稳定性的粒料嵌锁基层支撑条件；

（2）物品的独一无二3、彻底消除旧水泥混凝土的碱集料反应、“D”裂缝、脱空区域；
4、与移除旧板再重新修筑PCC路面或加铺沥青层相比，可以大幅度缩短工期；
5、对交通干涉影响不是很大，交通车流可在对向车道上流通；
6、与重建或其它加铺措施相比，更节约工程造价，由于消减了反射裂缝，故维修养护费用低；
7、HMA加铺层使用寿命更长。

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