舊水泥混凝土路面的再生利用探索

鄧禮兵

摘要：近年來，隨著公路的快速發展，許多早期的水泥砼路面都面臨修復與改造的難題，如何經濟、環保、高效地再生利用已成為公路建設單位面對的技術難題。在此背景下，本文主要分析舊水泥混凝土路面破壞后引發的問題以及再生利用的歷史和現狀，綜合研究舊水泥混凝土路面的再生利用技術，以供參考。

關鍵詞：舊水泥混凝土路面；再生利用；案例分析

水泥砼路面具有強度高、剛度大、荷載擴散能力強、穩定性好等優點。然而，水泥砼路面損傷后修復難度大、修復效果差、維修費用高，一旦發生破壞，極易造成交通事故。因此，加強對舊水泥砼路面的修復與再生利用工作的探討，對今后的發展具有十分重要的現實意義。

一、舊水泥混凝土路面破壞后引發的問題

水泥砼路面已達使用年限，或由于其他原因（例如，道路結構設計、施工工藝不當、超載使用、保養不及時等）造成損失需要重新修建，目前通常采用的方法是開挖舊水泥混凝土路面，然后進行修復。廢棄的舊水泥混凝土常被當作廢物處理，由此引發了很多此生問題：首先，材料廢棄。廢棄的混凝土被當作廢物處理，產生了大量的建筑廢棄物，因為它屬于無機材料，耐久性好，不會像有機物質那樣自然降解，所以造成了永久性污染。其次，新建公路需要大量的建筑集料，新建筑集料通常來自山體表面爆破出的巖石。但由此會造成大量的山體被開挖，破壞植被，水土流失，對生態環境造成無法預測的損害。最后，運輸和處置廢物造成了大量的經濟損失，集料的開采與運輸造成了大量的人力、物力損失，不利于整體的經濟效益和社會效益提高。水泥混凝土路面常見的后期損壞狀態如圖1所示。

二、舊水泥混凝土路面再生利用的歷史和現狀

如果把已開挖的舊水泥混凝土在施工現場進行粉碎，可作為集料再利用，既有經濟上的優越性，又有環境保護的優點，可帶來顯著的社會效益和經濟效益，可切實減少社會資源的浪費。因此，回收利用舊水泥混凝土很有發展前景。第二次世界大戰后，很多建筑遭到破壞，歐洲開始了改造建筑，回收舊水泥混凝土。20世紀80年代，國外一些地區受自然條件的限制，在公路施工中缺少水泥原料，使得水泥的回收再利用成為熱點。隨著國外對水泥混凝土的研究與應用的不斷深入，已有較為成熟的水泥混凝土回收利用技術。我國公路舊水泥砼回收利用的研究與應用還處于初級階段，尚未在實際工程中大量使用，然而在各種資源相對短缺、環保工作繁重的今天，回收利用舊水泥混凝土顯得尤為迫切。

三、舊水泥混凝土路面的再生利用技術

（一）分類

從廣義上說，舊水泥混凝土路面的再生利用技術主要有兩種：

1.現場修復技術

利用專用的破碎機械將舊的水泥混凝土就地粉碎、壓制，然后作為新道路結構的基層或底基層，習慣上也常將此技術劃歸為非粘結罩面的表面處理技術范疇。目前，已有的現場破碎和壓穩技術有多錘式碎石化、沖擊壓穩法、門板型劈裂法等。碎石化技術的優勢主要包括：施工效率較高，單價較低，具有很高的經濟效益，碎石化后可以鋪設白色或黑色的路面，具有較強的適應性；完成碎石化以后可以直接用于底基層或基層，具有可直接使用的優勢。

（1）多錘頭碎石化

多錘頭碎石工藝是用MHB、Z型多錘頭破碎機，多次使用多錘粉碎水泥混凝土板，使其分層、破碎，從而形成均勻尺寸的塊狀。現場粉碎，工序簡便，一次成型，經Z型壓路機壓實，可形成平整穩固的基層結構，碾壓后的路面不僅可以達到基礎強度的要求，還可以消除反射裂縫，為新鋪設的路面提供較好的支撐結構。

（2）板式破碎法

板式破碎技術是利用門板式重型錘子將舊水泥混凝土板打碎成規整的方塊，然后用壓路機將其壓實，使其相互嵌壓成型，并在不規整的位置上調整，使其平整，并按照彎沉值和彈性系數設計合適的鋪裝層。其原理類似于錘子破碎，但破碎程度不同，可以能消除反射裂變，延長修補后的道路使用壽命，獲得更好的效果。利用門式重型碎石機，短時間內可以打破原有的道路，不但很有效，工作效率也很高。隨后將碎石撒在路面上，然后灑水，用壓路機壓實路面，一周后鋪設水穩層，并考慮工期和路面養護期兩個因素。在水穩層完全完工后，表面噴灑乳化瀝青進入養護階段，最后覆蓋鋪筑面層，使混凝土表面的整體強度保持一致，從而提高路面強度，確保道路的使用壽命，減少維修費用。

（3）微裂式破碎法

微裂碎法是利用破碎機錘擊道路，獲得微裂縫破碎的效果，達到不碎不穩、不平整的程度，再用25t壓路機碾壓1～2次，以確保路面穩定和穩固，最后進行鋪裝。采用專用機械對路面進行微裂破碎，獲得路面形狀破裂、板塊嵌鎖、路面穩定等作用，再由壓路機碾壓路面，使路面牢固穩定，并檢測修補路段的彎沉值，從而設計新路面的結構層。經微裂縫破碎后，可直接用作路面基層，在老水泥砼路面出現破損或出現嚴重塌方時，可在路面上添加一層微調修補層，然后進行基層施工，可以有效防止層間脫空和路基的加固，使已處理的路面具有與完整路面相同的承載能力，降低路面的反射裂縫，延緩道路病害的發生，延長瀝青混凝土的使用壽命，降低施工費用。

（4）共振碎石化

①適應范圍

共振碎石化技術是指針對舊水泥混凝土路面大面積破壞并已喪失整體承載能力，通過局部的挖除、壓漿等處治方式已不能恢復其使用功能，或已不能達到結構強度要求的情況下，為了解決通常情況下的加鋪方式存在反射裂縫等問題。共振碎石化技術是采用液壓錘對舊水泥砼路面進行諧振擊打的工藝，壓碎舊路面，壓實壓緊，在原有地基上建立新地基，在施工期間，增設兩個地基。此外，還可以通過調整破碎錘的敲擊頻率和強度幅度，控制破碎深度及碎石顆粒大小。因破碎后其顆粒粒徑小，力學模式更趨向于級配碎石，因而將其命名為碎石化。碾壓后作為新路面結構基層或底基層，再加鋪新的路面結構層。

②技術特點

第一，碎石化能使原水泥混凝土板塊在平面上強度分布均勻。

第二，碎石化后仍能保留原水泥混凝土路面的一定強度。

第三，碎石化可以消除原水泥混凝土路面與基層脫空的病害。

第四，碎石化后的粒徑合理，不會產生應力集中現象。

③工藝流程

施工工藝流程如下：第一，共振破碎機粉碎一次。第二，輪式壓路機振動壓實1～2次。第三，噴灑乳化瀝青。第四，撒石屑，用光輪壓路機靜壓1～2次。第五，8～12h后鋪上瀝青混凝土面層。

2.集料再生技術

在原位破碎后，將水泥混凝土送到集料廠，再次集中破碎、篩分、剔除雜質，從而得到高質量的集料，然后生產出水泥混凝土、水泥穩定碎石、二灰土等混凝土的集料。

集料再生技術的核心是集料處理，集料處理會影響集料的質量，雖然集料的加工方法千差萬別，但主要工序相同，包括進料、破碎、篩分、輸送四大環節。破碎機通常包括一級破碎機1臺、二級破碎機l臺、篩分設備1臺。篩分設備主要有1臺輥式破碎機、1臺小型顎式破碎機、篩分板。工藝過程包括：首先，在粉碎之前，篩出攜帶的底層材料和灰塵。其次，利用顎式破碎機進行初步粉碎，粉碎后的最大顆粒直徑為76～152m，并由輸送機集中堆放。最后，利用破碎機進行二次粉碎，使顆粒尺寸在76mm以上的混凝土塊進行循環破碎，而直徑在76mm以下的混凝土則被輸送至滾筒破碎機，粉碎至所需的顆粒，這里用4.75mm的方孔篩分選顆粒尺寸大于或小于4.75mm的粗集料，用沙篩控制顆粒直徑小于75mm的細集料。在水泥穩定碎石基層中使用的再生集料，顆粒直徑為75pm的粉體應該在0%～7%之間。

（二）比較分析

舊水泥混凝土路面的再生利用技術各有優點和不足。首先，破碎穩定技術機械化程度高、施工速度快、占地少、環保等優點，但也存在著對專業機械的依賴性以及設備的投資成本過高等問題。采用壓實或壓實處理的基層，因其彎沉分布較大，破碎板接頭處的差異沉降引起的應力集中，容易導致瀝青面層出現較大的拉應力，從而出現反射裂縫。而增設水穩層只能減輕裂縫的發生，也會使道路高程升高，從而影響穿越城市路段道路兩側的居住環境。其次，粉碎法是一種從沖壓工藝發展而來的更加徹底的水泥混凝土破碎工藝，目標是將水泥混凝土板粉碎為10～20cm的顆粒，也就是將水泥混凝土板粉碎為高強度粉體。需要注意的是，碎化處理技術雖能徹底解決瀝青加鋪的反射裂縫問題，但作用深度僅局限在水泥砼面層，一般采用乳化瀝青處理后，再加鋪瀝青面層，因而更適合在原有路面條件良好的白改黑改造中使用。針對該項目原有路面條件不佳，主要以斷裂型病害為主，基礎層的強度與厚度均達不到設計要求，還存在大量的彎沉量的情況，必須慎重采用碎石技術，防止因原有路面結構強度不夠而造成的后續安全隱患。最后，集料再生技術主要由原材原位粉碎、送到集料廠進行篩選、再利用三個階段進行集料回收，此工藝由傳統的破碎設備實現，成本低廉，且能解決反射裂紋問題。通過對再生集料進行篩分分級，可以獲得滿足標準規定的級配。此外，在物理機械性能上，集料的壓碎值、密度、針狀粒子的含量等指標都符合標準。采用水泥、石灰、粉煤灰等無機粘結料，采用可再生骨料作為路面材料，可獲得較好的路用特性，主要指標（例如，強度、抗凍性、回彈模量、干縮性等）均可達到目前規范對高等級公路基層的要求。與原始集料相比，采用再生骨料作為基礎材料，可以直接節省20%的投資，既有經濟效益，又有環境效益。綜合比較分析，在此工程中，可利用集料再生技術粉碎、篩分舊板材，并將其應用于水泥穩定碎石的基層中。

四、案例分析

以麻城閔集—白果普通公路S206老水泥路面共振碎石化改造為例，S206是麻城市的石材專用道路，途經閔集鎮和白果鎮，是麻城石材工業園內數百個石材加工企業、上萬臺重型汽車的主要運輸線路。從閔集石材園區交叉路口到白果鎮，全長9.281公里，目前的水泥路寬度9.0m，設計時速60km/h，采用2層18cm厚水泥穩定碎石基層+20cm水泥混凝土面板，于2000年建成通車。自通車以來，因長時間的重載運輸，以及大量的灑水降塵作用，出現了大面積網裂、塌陷、斷板斷裂，完好率僅為60%。為了更好地服務麻城石材工業園區，提升道路通行能力，麻城市公路管理局決定對閔集石材園區與S206交叉路口—白果段水泥路面進行大修。

施工方案如下：

方案一：當斷板率≤5%，可以認為水泥混凝土路面結構穩定，板底脫空較少。

方案二：當5%＜斷板率≤80%，路面破碎嚴重，板塊小而碎，易產生豎向剪應力，要消散應力集中，采用共振碎石化。

第一，借助共振碎石化技術對舊道路進行破碎碾壓。第二，碎石化完成以后撒上不乳化瀝青。第三，鋪上8cm密級配瀝青穩定碎石ATB－25。第四，利用瀝青纖維碎石封層。第五，鋪上4cm細粒式改性瀝青混凝土AC－13。有的地段通車半年，效果還是很不錯，能承受重載運輸的交通壓力。

施工步驟：第一，共振碎石化破碎碾壓。第二，碎石化后灑布乳化瀝青。第三，攤鋪8cm密級配瀝青穩定碎石ATB－25。第四，熱熔復合改性瀝青纖維碎石封層。第五，攤鋪4cm細粒式改性瀝青混凝土AC－13。

五、結語

綜上所述，隨著交通行業飛速發展，對道路路面的質量提出了更高的要求。隨著環保理念的推行，舊水泥混凝土路面的再生利用工作也越來越重要。舊水泥混凝土路面的再生利用技術主要有兩大類：現場再生技術和集料再生技術。應用再生利用技術，能緩解改造舊水泥混凝土路面工作中造成的交通擁堵問題和環境污染問題，節約施工成本。在應用舊水泥混凝土路面再生利用技術的過程中，相關部門和人員要充分認識每項技術的工藝要點，保障舊水泥混凝土路面再生利用的有效性，確保道路的使用壽命。

參考文獻：

[1]王彪.舊水泥混凝土路面再生利用破碎技術應用探析[J].中國建材科技，2021，30（05）：181-182.

[2]白萬玉.舊水泥混凝土路面就地再生水泥穩定碎石基層施工技術[J].黑龍江交通科技，2021，44（08）：16+18.

[3]李巍.舊水泥混凝土路面再生集料在路面大修工程中的應用[J].交通建設與管理，2021（03）：84-86.

[4]于政，譚友春.廢舊水泥混凝土路面在道路工程中的再生利用[J].黑龍江交通科技，2021，44（02）：24-26+29.

[5]高世強，王歡.廢舊混凝土及圬工在高速公路改擴建工程再生利用研究[J].公路交通科技（應用技術版），2020，16（04）：130-132.