水泥路面全厚式移動破碎就地冷再生技術的工程應用

劉晟 李明 嵇展飛 羅科 楊奇

摘? 要：該文結合工程實例，對水泥混凝土路面全厚式移動破碎就地冷再生技術的施工工藝和技術特點進行概述。相比于傳統路面的養護改造技術，這項水泥路面就地冷再生技術具有比其他工藝先進的優勢，實踐證明，冷再生與水穩層一次成型施工方法是可行的，可靠的。這種施工方法不僅在技術上可行、質量上可靠，還做到了舊料利用，經濟環保，更是大幅縮短了工期，減少對交通的影響，特別是對于大交通流量線路上施工，具有明顯的優勢，加快水泥路面養護改造的步伐。

關鍵詞：全厚式移動破碎；就地冷再生；水穩層；水泥路面；養護改造

中圖分類號：U418.8? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0175-05

Abstract： Combined with an engineering example， this paper summarizes the construction technology and technical characteristics of full-thickness moving crushing and in-situ cold recycling of cement concrete pavement. Compared with the traditional pavement maintenance and reconstruction technology， this cement pavement in-situ cold recycling technology has more advanced advantages than other technology. Practice has proved that the one-time forming construction method of cold regeneration and water stabilized layer is feasible and reliable. This construction method is not only technically feasible and reliable in quality， but also achieves the use of old materials， economy and environmental protection， but also greatly shortens the construction period and reduces the impact on the original traffic， especially for the construction on the line with large traffic flow， which has obvious advantages and accelerates the pace of maintenance and transformation of cement pavement.

Keywords： full-thickness moving crushing; in-situ cold regeneration; water-stabilized layer; cement pavement; maintenance and reconstruction

我國目前公路建設逐漸達到飽滿，越來越多水泥混凝土路的使用年限將近，勢必將面臨公路養護改造的高潮期[1]。國內外以往的施工工藝技術[2-8]，如“白+黑”[9]直接罩面，雖然防止反射裂縫的各種工藝技術層出不窮（壓漿、土工合成類材料、雙絞合鋼絲網、各種防裂材料及措施等），但由于對反射裂縫的頑固性認識不足，都沒有從根本上解決應力集中導致反射裂縫的問題，目前來看，尚未有顛覆性的材料和工藝技術解決這個難題；“白+白+黑”[10]這項工藝造價高、工期長、施工復雜、后期養護維修更困難，不適合低等級公路養護；“碎石化+加鋪罩面”[11]，碎石化本身存在施工不徹底留有隱患，碎石化效果無法有效檢驗，振動大對沿線房屋建筑和橋涵構造物、對下承層等有較大干擾，表面的細料層無法穩固形成軟弱夾層和造價不便宜（先期換板等工程量）等問題；“白+白”的問題體現在對縫困難、反射裂縫更突出，大大增加了后期的大修改造困難和成本（傳統方法難以處治下層板，治標不治本、補助標準沒有得到解決）；以換板為主要手段的中修工程存在平整度太差的問題。

隨著時代發展、科技進步，適應交通強國戰略和公路養護高質量發展的需要，不斷研發和推廣應用更高質量品質、更節能環保、更經濟適用的新技術、新材料、新工藝和新裝備是必有之路。水泥混凝土路面全厚式移動破碎就地冷再生工藝技術應運而生，從這項新工藝的名稱進行解讀，“破碎”就是指把水泥路面板變成了水泥混凝土破碎集料（碎石）；“全厚式”是從上到下必須破透，不存在隱蔽和夾層；“移動”意味著不是固定式的，不需要固定的場地，節約運輸成本、效率高；“就地”除了可以移動的特點，還意味著“原位”施工，減少了離析的可能性；“冷再生”指的是路面廢舊材料循環利用、節能環保、降低造價。一言以蔽之，這項新工藝直接把水泥路面板在施工現場改造成了水穩基層，一次成型。

1? 技術概述

水泥混凝土路面全厚式移動破碎就地冷再生技術，是通過使用最新的移動式破碎機械設備在舊路面現場就將原有的水泥混凝土路面板全部破碎成具有預設計級配的再生骨料（或根據級配需求，添加一定量的天然新骨料，使其級配滿足公路水泥穩定碎石基層的要求），然后向混合料中添加水泥（或摻配其他適當的膠凝材料）、再生劑、活化劑（例如鋼渣超微粉等）、水，借助再生設備在原地拌合新生成水泥穩定碎石混合料，經過平整、壓實和養護處理后，最終形成有一定厚度的再生水泥穩定碎石基層。冷再生施工技術具有經濟環保的優點，以前由于再生機械功能限制，冷再生層無論質量和厚度都達不到預期效果。隨著再生機械功能升級，現行冷再生機能夠深度拌和，使得再生層質量明顯提高，加之深厚度水穩層施工技術的逐步成熟，冷再生技術與水穩層一次成型的施工方法在技術設備上得到了更有力的支撐。

2? 項目概況

衡陽市國省道大中修某線路段，技術等級為二級，原路面為水泥混凝土面層，路面寬度為9 m，設計速度為60 km/h。經調查原路面部分較好，兩側路肩基本完整，原有水泥路面損壞類型以龜裂、縱橫向裂縫等病害為主。據2022年此線公路技術狀況評定明細表，該段路面PCI（路面狀況指數）指標為74.62、PQI（路面性能指數）指標為79.98，PCI、PQI分級為中、中。據鉆孔取芯，得到原路面結構為26 cm水泥砼，基層為水穩碎石 20 cm（水穩下松散），將路面結構變更為原水泥砼路面冷再生后加鋪5 cm中粒式瀝青砼下面層+4 cm細粒式改性瀝青砼上面層。

3? 再生材料配合比設計

3.1? 原材料試驗

水泥穩定再生層在正式動工之前，首先對舊路面的集料進行配合比設計。借助冷再生機，在舊路面上進行銑刨并選取典型樣本，通過試驗分析，對原結構層厚度及原路面材料種類有更準確的掌握，并為試驗室配合比設計提供依據。對選擇的銑刨料樣本，必須嚴格按照相關的試驗標準和流程進行級配分析、塑性指數的測定、壓實試驗，測定其含水量等。針對粒徑分布狀況不符合設計要求的舊料，可以通過摻配一定量合適級配的新料來調整其粒徑分布，以符合級配要求，新料的選擇則需要在料場中挑選典型樣本，也需嚴格遵循相關的試驗規定和流程進行上述指標的檢測。同時還需要對水泥的標號和終凝時間進行檢測。

3.2? 材料要求

在水泥穩定再生層中，集料最大粒徑應小于37.5 mm。若該再生混合料要用于高速公路以及一級和二級公路基層，其粒徑分布狀況應該遵循表1的1號級配要求；如果要應用于高速公路、一級、二級公路底基層或二級以下公路基層，需要保證其顆粒配比符合表1的2號級配標準。

待穩定材料的塑形系數須限定在10以內。當塑形系數高于10，可以使用石灰進行穩定，或者通過復摻水泥和石灰，進行綜合穩定。添加新料的目的一是增加路面厚度；二是調整和改善破碎料的級配。對新添加的碎石或礫石的粒徑要求，完全按照JTJ 057—94《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》規范要求的級配，通過篩分試驗和計算確定。添加的新料數量，是根據再生基層的壓實厚度、再生基層設計總厚度的差值，然后通過新鋪基層的最大干密度進行（通常為2.35 g/cm3），計算得到新鋪料的數量。如果不需要添加新料（受到厚度限制），則對破碎的工藝和技術要求更高。快硬水泥、早強水泥以及已經因受潮而變質的水泥不適應用于無機結合料中，宜采用初凝時間超過3 h和終凝時間在6 h以上的水泥。水泥須保持外表干燥松散并且沒有結塊結團、沒有變質。水泥的強度等級可以選擇32.5或42.5。

3.3? 配合比設計

1）首先對銑刨的舊路面材料和新的天然集料等組成材料的級配進行篩分確定。依據各自的級配制定合成級配，使其符合表1的級配范圍。設計的合成級配應盡量接近表格中級配范圍的中值。如若經過多輪調整還是無法達到級配要求，那么就需要選擇合適級配檔位的新料。

2）按照3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%的水泥劑量分別配置同一種刨銑樣品。按照JTJ 057—94《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中的T 0804—94的試驗方法進行混合料的最大干密度和最佳含水量的測定。

3）根據規定壓實度，計算出在采取不同的水泥劑量時，試件的干密度。按照最佳含水量和所計算的干密度制備試件。在進行強度測試時，最少的平行測試試樣數量不應低于表2中的規定。如果試驗結果的偏差系數超過了表2中所規定的數值，需進行重新制備試件，并查明原因，調整試驗方案。如果偏差系數無法下降，應適當增加試樣數量。

4）在規定的溫濕度養護環境下，試件需要養護6 d，浸水24 h后，根據JTJ 057—94《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行無側限抗壓強度的測試，試驗結果需達到表3中規定的強度。根據表3的強度要求，通過試驗明確水泥穩定再生混合料的組成配比，包括所需的水泥劑量和再生混合料的最佳含水量。而當再生混合料的物理或力學性能要做調整，或者需要改變合成級配時，還需要確定新料的摻比。

基層作為路面結構的主要承重層，必須具備足夠的穩定性和強度。該項目經過實驗室配合比設計后，選用了添加5%水泥的水泥穩定碎石作為基層。限定了水泥穩定碎石基層的最大顆粒直徑不超出37.5 mm，混合材料的壓實度應該符合重型擊實標準，達到98%以上，7 d齡期的無側限抗壓強度到達3 MPa以上（25 ℃，濕養6 d，浸水1 d）。選用的水泥是初始凝固時間較長（大概6 h），強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥。同時，基層碎石的壓碎值未超過35%。

為了減少基層產生裂縫的情況，在確保設計強度的基礎上，要限制水泥的用量。在減少水分的過程中，必須對細骨料和粉料的用量采取嚴格控制。根據施工場地的天氣環境，有必要限制水分的含量。具體而言，水泥的含量不能超過5.5%，0.75 mm以下的顆粒級配骨料的含量也不得超過4%，含水量不應超過最佳含水量的1%。

4? 試驗段施工

預破。利用路面破板機（俗稱“啄木鳥”），對舊水泥混凝土路面板進行簡易破碎。再利用全厚式移動破碎機，對經過預破的路面進行第一次全厚式移動破碎，轉子旋轉方向與行車方向保持一致形成10 cm左右的粗破碎料。最后利用全厚式移動破碎機，對經過一破后的路面進行第二次全厚式移動破碎，轉子方向與一破相反，刀頭比一破的小一些，最后形成符合水穩基層級配要求的破碎料。

添加新料。針對單一粒徑（或者一檔料）采用堆方方法，通過挖機、鏟車和平地機鋪展。多粒徑（或者2～3檔料）混合料可以每檔料逐一堆方，通過挖機、鏟車和平地機鋪展，每檔料鋪展完成后，必須進行碾壓（通常靜壓+輕振各一次），最終達到厚度均勻的要求，不可多檔料混合堆方，也不可每檔料鋪展后在松散料面上進行另一檔料的堆方和鋪展，容易易造成離析和“花白臉”。

水泥撒布。破碎后的作業面（或者添加新料后的作業面）必須經過初步壓實（即靜壓+振壓各不少于一次，防止撒布車作業時形成撤槽，導致水泥撒布不均勻），然后使用專用的粉料撒布車進行撒布，精確控制水泥含量和均勻性（電子秤控制，通過編碼器與行車速度聯動），撒布車的出料口盡量低，可以有效避免揚塵，水泥撒布后的區域必須嚴格進行交通管制，嚴防非施工車輛進入作業區，導致揚塵和水泥的散失和破壞均勻性，水泥撒布和再生拌和宜伴隨前后串聯作業，或者撒布水泥與再生拌和時間不宜超過1 h，嚴格觀察天氣變化情況，不得在降雨條件下作業。

再生劑撒布。再生劑是用來提高再生混合料活性，防止施工后開裂的材料，再生劑有粉劑（例如礦物、鋼渣等超微粉等）、化工類水性劑（例如水玻璃、硫酸鐵鈣等）等，具體要根據試驗確定效果和最佳摻量，結合材料價格進行綜合選擇。通常將粉劑再生劑（活性劑）摻入水泥中進行混合撒布（需與水泥進行充分攪拌均勻），水性劑再生拌和時摻入水中進行混合撒布。

精確控制含水量。通過擊實試驗和配合比試驗確定，通常高溫季節施工含水量控制在高于最佳含水量1～2個百分點；含水量噴淋系統必須通過電子秤進行精確控制，并與行進速度通過編碼器進行聯動，不得通過人工經驗控制設備行進速度；嚴格控制再生機的行進速度，通常控制在不超過6 m/min，以確保混合料拌和充分、均勻，確保拌合后的混合料從上到下全厚度各種粒徑的顆粒均勻分布，不出現上下粗細不均勻的離析現象。精確控制再生深度，已初步碾壓后的破碎料層以下1～2 cm（即原路面基層表面翻松1～2 cm，目的是增加再生基層和原路面基層之間的層間連接），嚴禁再生拌和厚度不夠，導致再生基層與原基層之間形成軟弱夾層。

整平。利用平地機對經過再生拌和后的混合料進行整平，以滿足設計的標高和路拱橫坡，平整度滿足施工要求。①碾壓：接頭處的碾壓一定反復進行，并且與平地機整平組合進行，這是影響平整度的關鍵環節，初壓后膠輪碾壓要慢速，主要起到搓揉的作用，有利于集料的嵌擠和致密。②養生：碾壓完工后，立即灑水并覆蓋土工布進行養生，整個養生期間，持續保持再生基層面的濕潤。通常2～4 d即可取芯檢測，并開放交通。養生結束后，立即噴灑透層油，有利于抑塵和防止剝落，經過實測，該工程再生基層的厚度已符合設計的標準，并能有效取出完整無損的芯樣且密實均勻、無斷根，其無側限抗壓強度、彎沉值和壓實度亦滿足設計及規定的需求。相關實測質量結果詳見表4。

瀝青混凝土路面完工并開放交通后，路面綜合性能穩定，未出現反射裂縫、車轍等現象。

5? 結論

1）相對于傳統的公路養護施工工藝，此工藝通過現場就地施工，充分利用了舊路面材料，避免了在路面改造過程中對舊水泥路面的挖掘、廢料搬運、廢棄處理以及購買大量新料所需成本，且移動和破碎能同時進行，因此顯著降低了支出成本，具有良好的經濟效益。

2）水泥就地冷再生機械施工一次性就可以完成破碎路面結構、添加新料及再生劑、水泥拌和、基層攤鋪及壓實成型，大大簡化了工程施工的復雜度，同時也縮減了工期。

3）水泥就地冷再生技術只在指定的區域內工作，全套的冷再生設備都能放在同一車道內。對施工區域之外的地方不會產生影響，允許開放式施工，未施工區域和其他車道的行駛車輛以及行人可以照常活動，盡量降低對交通的影響，揚塵和噪音小，不擾民。這種方法適用于車流密集或路面狹窄的施工環境。

4）根據老路面材質的具體狀況，可以設計并檢測準確的配比以選擇適合的添加劑進行摻和，這樣不僅能確保再生材料的高品質和施工質量，制造出密實且平整的基層，延長修復后新道路的使用壽命。

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