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旧水泥路面碎石化改造技术

旧水泥路面碎石化改造技术

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【摘要】:
在我国,有近1/3的高速公路为水泥路面,有近80%的县乡道路为水泥路面,随着使用年限的增长,以及我国交通建设的不断发展,部分水泥路面相继出现开裂、断板、错台等病害,严重影响了路面行车安全和通行性能,许多的水泥路面养护维修不及时,路面使用性能逐渐变坏,直到最后难以通行时才不得不采取维修措施,而此时路面早已发生严重的结构性损坏,维修往往不得不采取“开膛破肚”式的全面维修,与其说是维修,不如说是新建。不

在我国,有近1/3的高速公路为水泥路面,有近80%的县乡道路为水泥路面,随着使用年限的增长以及我国交通建设的不断发展,部分水泥路面相继出现开裂、断板、错台等病害,严重影响了路面行车安全和通行性能,许多的水泥路面养护维修不及时,路面使用性能逐渐变坏,直到最后难以通行时才不得不采取维修措施,而此时路面早已发生严重的结构性损坏,维修往往不得不采取“开膛破肚”式的全面维修,与其说是维修,不如说是新建。不仅造成交通拥堵,还造成严重的环境污染,社会影响及其不好。无论是经济效益还是社会效益都是极其不划算。

对于水泥路面的维修,铣刨工艺是不无法实施的。目前通常采取的措施是破碎凿除,一方面造成材料的浪费,另一方面造成环境的污染。

为相应党中央建设节约型社会,做到可持续发展,各种路面再生利用技术陆续出现;其中,碎石化技术就是一种行之有效的针对水泥路面养护维修和再生利用的新技术。将原有的旧水泥混凝土路面通过专用设备碎石化后作为基层或下面层,其上再加铺一层沥青面层,从而达到恢复路面性能的目的。

对于旧水泥混凝土路面改建为沥青路面所要解决的主要问题是防止旧砼面板的温湿变形、翘曲应力上传至沥青面层而引起开裂,导致沥青路面的使用寿命缩短。而碎石化技术即先把砼板的予以破碎,达到一定尺寸后,形成相互嵌挤的碎石化结构层,类似于级配碎石层,碎石化结构层能够最大限度的吸收路面结构层应力,从而有效避免了应力集中现象,最大限度的减少了反射裂缝出现的可能。所以说,碎石化技术从“根源”上解决了加铺沥青层反射裂缝的问题。  

碎石化技术可以充分利用原有路面结构材料,最大限度减少对环境的影响,并且最大限度的减少了路面在后期使用过程中可能出现的反射裂缝。 采用“白改黑”,即在旧水泥混凝土路面上加铺沥青面层是针对水泥混凝土路面改建的最有效措施,目前被国内各地区广泛采用。    

目前,针对旧水泥混凝土路面的处治技术有冲击压实、打裂压稳和碎石化三种。

各种措施的对比分析如下:

冲击压实技术是以蓝派断裂稳固处理旧砼路面的“五棱形”设备为代表,其工艺原理为通过牵引机车拖动非圆形压实轮(正五边形为主)以一定的速度行走,通过压实轮的棱角和带肋钢筋达到对砼路面的高冲击压实及揉搓,以便促使砼路面的断裂,然后稳固的目的,通过一定的压实遍数,钢凸形轮使旧砼路面先产生横向裂缝,并逐渐延伸产生纵向裂缝,使旧砼板形成相互嵌挤的路面结构层,但板最终破裂的尺寸并不是非常理想(几何尺寸一般控制在 50-70cm为限),对上覆沥青层的应力吸收效果不是最佳尺寸,路面使用时间长后仍然会产生应力集中的现象,延长路面使用寿命效果不佳;

打裂压稳所采用的破碎设备为门式剪刀破碎机,其门式冲击锤的重量在5t以上,宽度约有 214m,冲击锤提升到一定高度后(高度一般依砼路面厚度而定),自由下落产生巨大的冲击力将旧砼路面横向打裂,再通过振动压路机碾压使旧路面产生纵裂并稳固,其最终效果是 75%的面板不规则开裂,尺寸控制在0.4~0.6m范围内。但是整个面板的开裂情况并不均匀。实践表明该方法延长路面使用寿命也有限。    

碎石化技术是采用多锤头破碎机最终改变旧砼路面结构强度和模量,能最终使旧砼路面结构的下层形成37.5cm、中层形成22.5cm的嵌挤结构层、上层最大尺寸不超过7.5cm的碎石结构层。多锤头破碎机由动力系统和破碎系统组成,中间备有2排各3对 650Kg的锤头,两侧各有1865Kg的翼锤,每对锤头的高度可根据砼板的强度和厚度调节。最终以实际破碎效果为准。

 

应用碎石化技术须注意的问题:   

1、板体破碎程度问题。     

碎石化设备的锤头落距是根据路面的强度和模量随机而定的,实际施工时,落距由技术人员根据已破碎路面的破碎程度随机人为调整。20余公里的水泥混凝土路面,实际上各段的强度、厚度和模量离散性还是相当大的,这样势必造成整个路面在人为的操控下进行破碎,肯定影响破碎的整体效果,最终导致破碎板的尺寸大小不很均匀,结构破坏的程度很难把握到最佳区域。

相关研究表明:破碎后水泥砼路面的有效模量随着结构破坏程度的增大而减小,而反射裂缝出现的可能性随着结构破坏程度的减小而增大。 研究和实践表明:最佳的破碎粒径应根据路面交通量大小和组成,加铺层结构形式、下卧层结构的强度和稳定性等综合而定,实际操作中,可采用工程类比法参照以往类似工程进行。破碎后,应进行充分的碾压,并及时对碎石化后的结构层表面进行封闭处理,避免表面遭到车辆荷载和降雨的破坏。建议对顶面弯沉进行检测,弯沉标准可参照相关工程经验和设计要求执行。  

2、破碎后表面处治问题。     

碎石化后,为了消除表面薄层的混凝土片,并对旧混凝土路面进行进一步压实,通常采用“Z”型压路机进行碾压。碾压过后,表面层存在一层厚2cm左右的粒径小于0.5cm的薄层,该层实际上是由一层石屑和石粉组成,在施工过程中极不稳定,容易被风或者施工车辆轮胎带走,并且严重影响沥青加铺层与碎石化层的粘结,因此,在碾压完成后,有必要对碎石化层进行表面处治,通常采用喷洒乳化沥青粘层油进行表层处治,乳化沥青喷洒量根据实际工程通过现场洒布试验来确定。     

3、破碎后平整度问题。     

碎石化后的表层平整度也是比较难保证的,这给上覆沥青层的平整度带来了一定的隐患,尤其是作为柔性基层的碎石层并没有很合适的平整度验收标准,无疑厚度不均匀的上覆层又会带来沥青路面的受力不均衡,再加上覆沥青层的追密现象,致使改造路在使用一段时间后,平整度这一指标降低较大,使路面的整体使用效果较差。

4、路面结构层排水问题。

碎石化后的路面结构层排水通路无法确定,由于碎石化后的老路基层受到一定的破坏,实际新建路面结构层的水下渗后没有比较理想的排水通路由于碎石化后的表面并不平整,透层沥青也无法起到封层的作用,所以路面结构层间水有可能对新旧路基层和碎石化后的石屑层产生不良的影响,有可能产生唧浆等病害,进而造成新老路之间的联结强度和老路基层受到破坏。  

5、路面技术规范及质量验收标准。     

旧砼路面经碎石化技术处理后,该层结构实际上是作为柔性基层使用的,目前国内大部分规范和验收标准都是针对半刚性基层的。而作为柔性基层的该层结构目前还没有相应的验收标准和技术规范,例如:弯沉、平整度等指标实际上是没有办法验收的,所以该层结构的验收实际上是没有什么很明确的标准和依据,即便对国外制定的有些破碎效果标准,目前在原意的理解上,不同的专家们之间还存在相当多的分歧,这样势必就给该技术的推广和现场管理人员的管理带来了一定的麻烦。