有关路面新结构研究的论文

旧水泥混凝土路面碎石化技术应用的探讨工学论文

摘 要：旧水泥混凝土路面碎石化技术应用，碎石化技术是目前旧水泥混凝土路面维修改造最好的技术之一。

关键词：碎石化技术；施工质量标准；结构组合；使用条件

1 概述

1.1碎石化的定义

水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。该技术是将旧水泥混凝土路面的面板，通过专用设备一次性破碎为咬合嵌挤碎块柔性结构，可充分利用旧路残余强度，且保护环境，节约资源。这种结构不仅具有一定的承载力，而且具有有防止或限制反射裂缝发生、发展的作用，破碎后的粒径范围为2~40cm，力学模式趋向于级配碎石。

1.2碎石化技术的主要特点

通过破碎将旧水泥混凝土路面结构强度降低到一定程度，防止反射裂缝的发生，同时能实现结构强度与反射裂缝两者较好的平衡。旧水泥混凝土路面进行碎石化后具有以下特点：碎石化能使原水泥混凝土板块在平面上强度分布均匀；碎石化能保留原水泥混凝土路面的一定强度；碎石化能可以消除原水泥混凝土路面病害；碎石化后的粒径合理，不会产生应力集中现象。

1.3碎石化技术的主要优势

旧水泥混凝土路面碎石化后，可以直接作为新路面结构的基层或底基层，如果旧水泥混凝土路面碎石化后具有较高的强度，能够满足道路承载要求，可作为路面基层直接加铺路面面层，新加铺面层可以是沥青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。

1.4碎石化技术专用设备及特点

实施碎石化的主要设备为MHB（Multipe-Hed Breaker）多锤头破碎机和Z型压路机。

多锤头破碎机(MHB)由两部分组成，前半部分为柴油发动机动力系统，后半部分为破碎系统，中间备有2排各3对650kg的锤头，两侧各有1对865kg翼锤。每对锤头的'提升高度可以根据需要随意调节，其最大提升高度110cm。

MHB的破碎机理是通过重锤的下落对水泥混凝土板块产生瞬时、点状的冲击作用，其具有以下特点：整幅车道宽度单次多点破碎；锤击功可以方便调节；破碎效率很高；破碎后颗粒组成特性较好；破碎后的表面平整度较高；方便调节，作业灵活。

Z型压路机是一种在钢轮表面带有Z状纹理的振动式压路机，自重不小于10吨，其作用是进一步碾压碎石化后的路面，为加铺提供一个平整的表面。

1.5石化技术的强度形成机理

水泥混凝土路面碎石化后分为表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部三个层次。

（1）碎石化后表层约2~5cm，在压实过程中，颗粒被压密，形成嵌挤薄层，通过洒布透层油，具有较高的黏结力，并具有一定的强度和稳定性；

（2）碎石化层上部厚度约10cm，强度主要有：一是来源于内摩阻角，粒径越大则内摩阻角越大；二是来源于预应力，水泥混凝土面板在破碎时，混凝土产生侧向体积膨胀，混凝土颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大，产生的预应力越大；

（3）碎石化层下部厚度约10cm，是“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构，该结构静定且自稳，具体表现形式为各种形式的咬合梁、拱结构，在外力作用下产生咬合嵌挤作用，比普通嵌锁作用更大，提供的强度更高，具有更好的结构稳定特性。

2 MHB碎石化施工质量标准

2.1路面碎石化后的粒径范围要求

水泥混凝土板块一般在20~26cm之间，破碎后顶面粒径较小，下部粒径较大。路面碎石化后的粒径是控制基层强度及新加铺路面不出现早期反射裂缝的关键参数，作为控制碎石化工艺的关键指标，参照国外资料及国内研究成果，碎石化粒径应满足表要求。

2.2路面碎石化后顶面的当量回弹模量和回弹弯沉要求

水泥混凝土路面碎石化后顶面的当量回弹模量是新加铺结构设计的基本参数之一，一般情况下，对于直接加铺沥青混凝土的路面结构，回弹模量平均值宜控制在150~500MPa之间。碎石化后的回弹弯沉与回弹模量之间存在着联系，在将碎石化后的板块及其下结构层视为同种材料构成的情况下，可以参照路面补强公式得到：

Ez=（1000pD/l0）m1m2

式中：p-弯沉测定车的轮胎压力；

D-与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载直径；

l0-原路面计算弯沉；

m1-用标准轴载汽车在原路面上测得的弯沉值与用承载板在相同压强条件下所测得的回弹变形值之比，即轮板比，一般取1.1；

m2-原路面当量回弹模量扩大系数。

2.3 MHB碎石化施工质量标准及检测频率

为满足直接加铺面层的技术要求，保障加铺层施工质量，根据课题研究和实验路的测试，结合路面设计的规范要求，提出MHB碎石化施工质量标准及检测频率。

碎石化层作为基层直接加铺沥青路面，目前我国技术规范中没有相应规定，本技术指标要求是在参考我国现行技术标准《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）和原技术标准（JTJ034-93）的基础上，结合实验路的实际情况提出的，具体实施中可以灵活掌握。如果碎石化层的表面平整度与上述要求差异较大，在铺筑沥青路面前，必须进行处理。处理措施主要有：

（1）据平整度情况合理合理选择沥青混合撩的型号；

（2）填充级配碎石找平、碾压后洒布热沥青或乳化沥青，再进行压实；

（3）采用其他合适的技术措施进行找平。如果不进行找平，可能会影响沥青路面的平整度，影响路面的使用效果。

3 碎石化后沥青加铺层结构组合

3.1结构组合的原则

研究表明，工程中可能出现的碎石化后颗粒粒径或回弹模量的不同情况，可采用的结构组合原则有：

（1）碎石化施工中应尽量参照推荐的颗粒粒径和回弹模量推荐范围进行破碎，在此范围内时，沥青加铺层要求采用密级配沥青混凝土，并可考虑加铺防水封层；

（2）当碎石化后颗粒粒径稍偏大、回弹模量偏高时，可考虑采用开级配大粒径透水性沥青碎石（简称为LSPM）加防水封层的结构组合方式，其上沥青混凝土仍需采用密级配；

（3）当碎石化后颗粒粒径稍偏小、回弹模量偏低时，要保证加铺层总厚度，可考虑设置FDAC抗疲劳层，以防止疲劳开裂，其他沥青层仍需采用密级配；

（4）回弹模量小于120MPa时需要考虑增设补强层，按照新建路面结构设计。 3.2沥青加铺层四种机构组合方式

（1）作透层、封层后，直接加铺上、中、下面层的密级配沥青混凝土；

（2）加铺LSPM，然后采用两层两面的形式；

（3）加铺抗疲劳层后，再加铺沥青混凝土；

（4）加铺无机结合料稳定类基层，然后加铺沥青面层。

根据研究成果，碎石化后的回弹模量大致可分为5个级别，相应的加铺结构组合形式可按表3标准选取。

4 碎石化技术适用条件和注意问题

4.1碎石化技术的使用条件

4.1.1碎石化的技术条件

碎石化技术是旧水泥混凝土路面重建技术的主要方案之一，国内外研究和工程实践证明，只要旧水泥混凝土路面满足表4所列条件，就可以应用碎石化的技术进行重建改造。其他因素如板块断裂程度、坑洞、接缝损坏、表面裂缝与层状剥落等不是决定应用碎石化技术的必要条件。

4.1.2碎石化的经济条件

碎石化工艺应用与原路面补修存在经济平衡点，这个平衡点可用修补比率来反映，国外算例中修补比率为13%左右，山东的经济平衡点是修补面积为20%~25%时，进行破碎改造更为经济。

4.2直接加铺面层时的技术要求

水泥混凝土路面碎石化后直接加铺沥青面层时，应遵循如下原则：

（1）回弹模量平均值一般在150~500MPa左右，部分原路面水泥混凝土材料较好时，回弹模量会更大，现场测试中出现个别值在600MPa、700MPa的情况，进行上部结构设计时，必须将弯拉指标作为主要设计指标；

（2）等级较高的公路上，碎石化层上的沥青混凝土结构一般不宜小于12cm；

（3）实验段已用于80%（整幅路面）断板的水泥混凝土路面，80%以下断板时使用不会有问题；

（4）上面层必须密级配防水型沥青混合料；

（5）必须完善排水设施；

（6）在碎石化程度较高，测试回弹模量数据较小时，应注意下面层的抗疲劳特性。

4.3碎石化技术应用的注意问题

在满足技术、经济条件要求的前提下，应用MHB进行碎石化前还需要综合考虑以下因素：

（1）水泥混凝土路面基层的破坏程度决定了其碎石化施工的颗粒控制和工艺要求。对于损害严重的水泥混凝土路面，必须判断其基层状态。一般情况下，基层破坏程度越高。破碎后粒径越小。

（2）水泥混凝土路面基层的破坏程度是判断严重病害路面是否可用碎石化工艺的重要标准；当基层严重破坏时，碎石化后板块容易丧失颗粒间的嵌挤作用，导致模量下降，容易导致沥青路面层出现疲劳破坏。此时应用碎石化，应注意提高上部路面结构设计安全性。

（3）排水设施是碎石化的必须辅助工程。完善排水设施是防止碎石化后沥青加铺层再次发生水损坏的重要措施。

这里所有要求，共同构成碎石化技术的应用条件和决策依据，是确定旧水泥混凝土路面能否实施碎石化技术以及能否直接加铺沥青混凝土面层的必要条件。

结语：重点就碎石化使用条件、强度机理、加铺层组合、施工质量标准及检测频率的关键技术进行介绍，为旧水泥混凝土路面改造提供参考依据。

参考文献

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[2]大碎石沥青混合料柔性基层在老路补强中的应用研究[J].西安：中国公路学报，2004.3.

[3]水泥混凝土路面碎石化中MHB设备应用[J].北京：公路交通科技，2005.3.

[4]旧水泥混凝土路面碎石化后的沥青加铺层设计[J].北京：公路交通科技，2006.2.

[5]国外水泥混凝土路面碎石化技术简介[J].北京：公路，2003.9.

沥青在路面运用中常见问题的探讨论文

【摘 要】 近几年交通作为国家基础设施重点投资，全国各地一级路、二级路、三级路、高速公路和城市道路等不断筑建和整修。而沥青作为路面工程的一种结合料，在世界各国得到了广泛的应用，成为公路建设长久使用不衰的一种材料。但由于沥青材质本身的差异，以及受设计和施工水平的影响，沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等常见病害，这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全，加大了汽车磨损，缩短了沥青路面使用寿命，影响了道路投资效益。本文将对沥青运用在路面过程常见的问题进行探讨。

【关键词】 沥青 路面应用 问题

一、沥青碎石形成离析带问题

1.沥青碎石形成离析带的可能原因

（1）沥青混合料从贮料罐向运输车里输送时，由于高度原因，大骨料滚落在车厢附近，形成粗集料第一次集中。

（2）运输车里的混合料卸向摊铺机时，大骨料滚落在摊铺机半厢附近，形成粗集料的第二次集中。

（3）摊铺机送料器在送料过程中，先将中间集料送于布料器，剩余粗集料留存在料斗中，摊铺机收斗时，形成粗集料的第三次集中。

2.沥青碎石离析的危害

（1）沥青碎石粗集料一旦形成集中，在碾压过程中，集料非常容易被压碎，骨料表面积增大，改变了原设计的路面配合比，油料偏少，造成集料碾压成型后松散，破坏路面结构，影响路面强度、行车安全和行车效果以及道路使用寿命。

（2）粗集料集中，局部密实度差，孔隙率高，容易在路面形成积水，影响路面质量。

（3）粗集料集中，影响路面平整度及路面外观美感。

3.解决沥青碎石形成离析带方法

（1）从运输车辆方面来解决

从拌和机贮料罐向运料车上卸料时，分三层放料，即每卸一斗混合料，汽车挪动一个位置。等一层放完后，再逐次进行第二、三层放料，从而减少粗集料的集中。

施工过程中摊铺机前有运料车在等候卸料，即摊铺沥青混合料运输车的运量较摊辅速度有所富裕。

（2）从摊铺机本身操作方面来解决

在摊铺机螺旋二分之一处，边端装反向螺旋叶片；控制布料器处于中挡或高挡位置；控制适宜的送料仓口开度；均匀操作送料器和布料器；摊铺机摊铺一车料将完时，控制摊铺机速度，关闭送料器，等下车料倒入后再进行均匀送料和布料；在铺筑过程中保持摊铺机布料器不停转动，摊铺机两侧保持有不少于送料器高度三分之二混合料。

（3）从混合料本身来解决

减少混合料粒径大小悬差。控制沥青用量，使之偏高于设计用量。

（4）混合料摊铺过程控制其平整度

沥青混合料必须缓慢、均匀，连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。摊铺机摊铺时，操作人员注意前后、左右的变化，根据既定的摊铺速度进行摊铺。我们使用的两台帕克1000型沥青混凝土拌合楼，其产量为每台70t／h，根据拌和楼产量来确定摊铺速度，运输车数量，每车发车时间间隔及合适的作业段长度，来保证混合料摊铺的连续性，以确保沥青路面平整度。拌和机5个成品料仓贮料380t，5辆太脱拉扩容贮料100t，共480t，混合料总重量达到480t时，前场摊铺机开始摊铺。

二、沥青运用在路面病害的问题

1.路面病害的原因

（1）气候的影响

近年来，由于温室效应影响全球，在我国也不例外气温普遍提高气候反常，北方气候发生显著变化，冬季气候变暖夏天持续高温时间增长，由于气温的提高，而导致华北地区沥青软化点的不适宜是否应降低标号，值得考虑。

（2）沥青砼配合比设计存在的问题

沥青砼配合比设计按规范要求应经过四个阶段，即目标配合比设计阶段，生产配合比设计阶段，生产配合比验证阶段和试拌试铺阶段，各阶段要达到的目的都有明确的要求。在施工时，有的单位压缩两至三个阶段，有的干脆凭经验进行施工，因此，从理论和实践来讲存在较大的偏差，从而导致沥青砼内在质量存在先天不足，另一方面由于目前国家现状所致，高速公路工期较短加上标价偏低，碎石料场不规范，大多地材都由个体企业承担，料场分散，设备落后，材料的均质性，稳定性均有较大的差别，虽然大部分单位在开工前都取样做了筛分分析符合要求，在施工过程中也检测并予调整配合比，但由于变化大，差异性大不可能做到十分准确，油石比级配都在变化，这是导致路面出现一些常见病害的原因之一。

（3）沥青砼拌合温度的控制

沥青砼拌合温度的控制，从规范角度控制比较严格对石油沥青拌合出厂温度要求在120-165℃，而实际上有些施工单位和个别商品沥青砼厂家，在拌合温度控制方面不是那么严格，时高时低很不稳定，有的沥青砼拉到工地量测将近180℃，而有时不足110℃，温度过高可能导致沥青变质，没有粘性使沥青砼松散，温度过低，沥青混合料拌合不匀，影响级配，这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的一个原因。

（4）沥青砼的摊铺

目前，国内沥青砼的摊铺的`问题比较大，总的来说走两个极端，一方面高速公路摊铺要求全断面摊铺设备如ABG或费格勒2000型，另一方面个别地市交通部门用的还是过去60-70年代的摊铺设备，面过窄，没有自动找平系统，完全凭经验凭操作人员的感觉进行施工，事实上高速公路有些监理工程师对双向四车道的高速公路要求全断面摊铺，只考虑到了横坡容易掌握和消除了纵向接缝，所带来的弊端却是显而易见的，首先，由于摊铺断面宽，沥青混合料从中间通过铰轮输送到两侧由于距离大必然产生离析，这种离析改变了沥青砼生产配合比，其次由于烫平板从机心向两侧悬臂较长，随着摊铺次数的增加产生变形，对路面横坡的控制也有较大影响，此外，由于全断面摊铺需要较大拌合能力，当拌合站较小时，容易造成摊铺机时开时停使路面控制。因此，欧美一些国家和澳洲国家并不主张全断面摊铺，而是两台摊铺机平行作业。

2.沥青在路面运用中的病害根治

高等级公路在选材方面应有严格的标准要求，路面结构层承载能力应适应当前和在设计年限内交通发展的需要，不能片面追求路面的里程量，而降低路面标准，在这方面应进行科学的比较，有的高速公路通车不到一年，大面积返工，太旧、京石、昌九高速都出现了这种情况，原因何在，一方面是为了省钱用国产沥青替代进口沥青，另一方面结构层的设计偏薄，路面基层底基层满足不了行车荷载的作用，因此，在这方面应计算一下是一次到位好，还是为了节省点钱多修几公里路好，从综合效益来看，由于节省资金造成的路面破坏远比多修几公里路所产生的经济效益大得多。

此外，在设计方面也应作一些大胆的探讨，如减薄沥青面层，增厚基层或底基层，比如采用4-6cm沥青面层，20-25cm水泥砼或者是15-20cm沥青稳定碎石基层的结构形式，其造价比现在普通采用的15cm沥青砼面层，15-20cm水泥稳定碎石半刚性基础基本相当，这就解决了基层是主要承载层的问题，适应当前交通流量大超重车行驶的交通状况，同时4-6cm厚沥青面层可以做成开级配的中粒式沥青砼，这种设计形式有几个方面的好处：

一是优质沥青用量减少，仅仅是面层用4-6cm沥青砼，缓解了国内优质沥青供不应求的矛盾；

二是由于基层采用的水泥砼或沥青稳定碎石是水稳材料不怕雨水浸入，因此，即使在雨天不致于下雨路面过多积水影响行车（排水分成路面纵横坡排水，面层渗水）；

三是消除了沥青泛油，车辙等一系列病害；

四是由于开级配中沥青砼具有良好的抗滑性。

沥青的选用十分关键，要挑选符合规范各项要求的沥青，特别是沥青针入度，延度指标必须严格把关，在北方施工由于近些年的气候偏暖，因此，沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青，此外，透层油，粘层油沥青应采用与沥青砼用同一种沥青，特别是油石比的选择应考虑粘层油透层油返油时对其影响。在沥青混合料配合比设计上要特别重视。除了常规的几组马歇尔试验外，还应增加抗车辙的动稳定度试验，并衡量是否满足规范要求的一个条件，由于我国目前也引进这一指标值，虽然国内有关科研院校在搞这方面的研究，并出了一些成果，而作为施工企业现在采用并不普及，因此，作为交通行业标准，从立法角度来讲，应尽快推广执行。沥青混合料拌合时间、出厂温度、摊铺温度、碾压成型等温度控制必须严格按规范要求进行，合理安排工期，避开不利天气施工。