水泥路面再生利用技術與新型路面材料研究
發布時間：2018-01-23 共1頁
目前我國已建成的公路中水泥混凝土路面約19萬km，在已建成的高速公路路面中，水泥混凝土路面約7436km。隨著我國部分早期修建的水泥混凝土路面和部分近期修建的但已出現不同程度的早期損壞的水泥混凝土路面，已達到需要翻修的程度，如何翻修的問題已日益成為公路部門必須面對和必須解決的技術問題。雖然我國有些省份在采用瀝青加鋪層技術改造水泥混凝土路面方面進行了許多有益的嘗試和艱苦的技術探索，但不可否認的是水泥混凝土路面的反射裂縫問題一直是影響加鋪層使用壽命與使用性能的最根本的原因。
1、舊水泥路面改造與再生的路面結構設計及修筑工藝
（1）水泥路面板再生的路面結構組合設計
針對打裂壓穩鋪筑瀝青混合料加鋪層的路面結構組合，可以采取“白+黑”和“白+白”加鋪層的結構及修筑工藝，包括層間結合設計與材料應用等，其中防治反射裂縫是其關鍵問題。
對反射裂縫先后采用的防治措施有：增加瀝青加鋪層厚度、設置應力吸收薄膜夾層、加筋瀝青||層及其他具有良好路用性能的瀝青混合料、設置隔離層以及處治舊路面板（封填裂縫、破碎穩定舊路面）等。我們對纖維瀝青混合料的試驗研究，發現纖維瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能和高溫抗車轍性能，并擬在重慶城口和渝北進行現場試驗研究。通過對瀝青混合料的級配的改善，提高了瀝青混合料的高溫抗車轍性能，獲得了抗車轍瀝青混合料。還對改性瀝||青混凝土及SMA等優良瀝青加鋪層材料進行了研究。
碎石化后瀝青罩面厚度采用AASHTO設計方法和設計程序。要求最小罩面厚度為15cm，且最好為密級配結構。國內瀝青混合料加鋪層的厚度一般為12～15cm（個別用到18cm－京滬高速泰化段），根據碎石化后路面表面彎沉測試結果，確定是否需要加鋪基層。
水泥混凝土罩面層厚度可根據交通狀況，按新建路面設計方法設計。
（2）乳化瀝青灌入再生料技術
水泥混凝土路面碎石化后，在鋪設瀝青面層之間，可采用乳化瀝青灌入再生料技術，以增強碎石化基層與面層的粘結、并提高路面整體強度。該方法較為簡單，可采用乳化瀝青灑布設備進行施工，適用于采用MHB、沖擊壓穩等設備的碎石化破碎工藝。關鍵點是乳化瀝青用量、灌入深度、灑布均勻程度等技術的控制與評價。一般做法是：
采用MHB破碎機把原水泥混凝土破碎一遍；
采用Z型壓路機（20-25噸）將破碎后路面振動壓實2-3遍；
用膠輪壓路機震動壓實3遍；
灑灌入改性乳化瀝青，其用量為2.5-3.5 kg/m2；
灑熱乳化瀝青作防水粘接層，其用量為1.0kg/m2；
撒布一層粒徑為3-5mm石屑，用16噸鋼輪壓路機碾壓2遍；
封閉交通8-12h后，攤鋪改性瀝青混合料或者鋪筑水泥混凝土。
2、水泥混凝土路面快速檢測評價技術
水泥混凝土路面快速檢測技術包括：水泥混凝土路面板安定性檢測、路面破損狀況檢測、結構承載力檢測、行駛質量檢測、抗滑能力檢測、交通狀況檢測等；研究建立水泥混凝土路面狀況快速檢測評價體系和相關的評價模型，建立水泥混凝土路面狀況的判別標準。其中的技術難點在于水泥混凝土路面板安定性檢測，主要是如何判定水泥混凝土路面板脫空狀況。
判斷水泥混凝土路面板地脫空的技術一直是世界性的難題。國內外取得了許多的研究成果，如采用貝克曼梁或FWD、路面雷達等探測水泥路面板底脫空程度等。
（1）路面雷達GPR的脫空診斷技術
GPR測速可以達到80km/h以上， 可用于路面與機場道面結構層厚度檢測；脫空識別；地下異物識別，如鋼筋，燃氣管道，排水管道等；含水量、壓實度評價等。如圖1所示，其原理是通過對雷達反射信號的接收、處理與分析，可以找出路面脫空的可疑位置、程度、范圍等。由于反射信號受各種噪聲的影響較，應重點研究判別的準確性。為此，采用FWD驗證、人工開挖驗證是必須的，有助于建立反射波形與實際脫空狀況的對應關系，豐富和積累GPR的使用經驗。
（2）FWD的脫空診斷技術
對GPR發現的可疑脫空點，采用FWD脫空診斷技術。采用AASHTO方法，檢測板邊同一點的三個荷載水平下的彎沉，并進行線性回歸，若回歸的直線經過坐標原點，則認為無脫空，否則認為有脫空。
3、水泥混凝土路面改造與破碎工藝
重慶交通學院和交通部公路科學研究所等單位研究認為，當混凝土路面斷板率低于10%時，可采取打裂壓穩技術直接加鋪瀝青混凝土罩面，對于斷板率介于10～15%的水泥路面，在打裂壓穩之后鋪設防反射裂縫材料后加鋪瀝青混凝土罩面層；而對于斷板率超過15%且有明顯結構性破壞的水泥路面（或相鄰板的位移（沉降差）于4mm「美國AI的標準為3mm」就需要將板打碎處理），要求在對路基及基層有問題處進行局部處理后，將混凝土面板進行破碎壓實作為基層，再加鋪瀝青混凝土罩面。
國內外現有的破碎工藝主要包括RoadMiner開路王系列破碎工藝、MHB型多頭重錘破碎工藝、RMI共振型破碎工藝、沖擊壓穩工藝、門板式震裂壓穩工藝、沖擊鎬鑿碎壓穩工藝等。我們在研究過程中，采用了MHB型多頭重錘破碎工藝、門板式震裂壓穩工藝、沖擊鎬鑿碎壓穩工藝等。同時，對典型路段進行使用效果評估。主要評價內容有：路面使用性能變化規律，反射裂縫率隨時間的變化，防止反射裂縫措施的有效性等。項目研究在重慶、湖北、廣東取得了良好的效果。
1、舊水泥路面改造與再生的路面結構設計及修筑工藝
（1）水泥路面板再生的路面結構組合設計
針對打裂壓穩鋪筑瀝青混合料加鋪層的路面結構組合，可以采取“白+黑”和“白+白”加鋪層的結構及修筑工藝，包括層間結合設計與材料應用等，其中防治反射裂縫是其關鍵問題。
對反射裂縫先后采用的防治措施有：增加瀝青加鋪層厚度、設置應力吸收薄膜夾層、加筋瀝青||層及其他具有良好路用性能的瀝青混合料、設置隔離層以及處治舊路面板（封填裂縫、破碎穩定舊路面）等。我們對纖維瀝青混合料的試驗研究，發現纖維瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能和高溫抗車轍性能，并擬在重慶城口和渝北進行現場試驗研究。通過對瀝青混合料的級配的改善，提高了瀝青混合料的高溫抗車轍性能，獲得了抗車轍瀝青混合料。還對改性瀝||青混凝土及SMA等優良瀝青加鋪層材料進行了研究。
碎石化后瀝青罩面厚度采用AASHTO設計方法和設計程序。要求最小罩面厚度為15cm，且最好為密級配結構。國內瀝青混合料加鋪層的厚度一般為12～15cm（個別用到18cm－京滬高速泰化段），根據碎石化后路面表面彎沉測試結果，確定是否需要加鋪基層。
水泥混凝土罩面層厚度可根據交通狀況，按新建路面設計方法設計。
（2）乳化瀝青灌入再生料技術
水泥混凝土路面碎石化后，在鋪設瀝青面層之間，可采用乳化瀝青灌入再生料技術，以增強碎石化基層與面層的粘結、并提高路面整體強度。該方法較為簡單，可采用乳化瀝青灑布設備進行施工，適用于采用MHB、沖擊壓穩等設備的碎石化破碎工藝。關鍵點是乳化瀝青用量、灌入深度、灑布均勻程度等技術的控制與評價。一般做法是：
采用MHB破碎機把原水泥混凝土破碎一遍；
采用Z型壓路機（20-25噸）將破碎后路面振動壓實2-3遍；
用膠輪壓路機震動壓實3遍；
灑灌入改性乳化瀝青，其用量為2.5-3.5 kg/m2；
灑熱乳化瀝青作防水粘接層，其用量為1.0kg/m2；
撒布一層粒徑為3-5mm石屑，用16噸鋼輪壓路機碾壓2遍；
封閉交通8-12h后，攤鋪改性瀝青混合料或者鋪筑水泥混凝土。
2、水泥混凝土路面快速檢測評價技術
水泥混凝土路面快速檢測技術包括：水泥混凝土路面板安定性檢測、路面破損狀況檢測、結構承載力檢測、行駛質量檢測、抗滑能力檢測、交通狀況檢測等；研究建立水泥混凝土路面狀況快速檢測評價體系和相關的評價模型，建立水泥混凝土路面狀況的判別標準。其中的技術難點在于水泥混凝土路面板安定性檢測，主要是如何判定水泥混凝土路面板脫空狀況。
判斷水泥混凝土路面板地脫空的技術一直是世界性的難題。國內外取得了許多的研究成果，如采用貝克曼梁或FWD、路面雷達等探測水泥路面板底脫空程度等。
（1）路面雷達GPR的脫空診斷技術
GPR測速可以達到80km/h以上， 可用于路面與機場道面結構層厚度檢測；脫空識別；地下異物識別，如鋼筋，燃氣管道，排水管道等；含水量、壓實度評價等。如圖1所示，其原理是通過對雷達反射信號的接收、處理與分析，可以找出路面脫空的可疑位置、程度、范圍等。由于反射信號受各種噪聲的影響較，應重點研究判別的準確性。為此，采用FWD驗證、人工開挖驗證是必須的，有助于建立反射波形與實際脫空狀況的對應關系，豐富和積累GPR的使用經驗。
（2）FWD的脫空診斷技術
對GPR發現的可疑脫空點，采用FWD脫空診斷技術。采用AASHTO方法，檢測板邊同一點的三個荷載水平下的彎沉，并進行線性回歸，若回歸的直線經過坐標原點，則認為無脫空，否則認為有脫空。
3、水泥混凝土路面改造與破碎工藝
重慶交通學院和交通部公路科學研究所等單位研究認為，當混凝土路面斷板率低于10%時，可采取打裂壓穩技術直接加鋪瀝青混凝土罩面，對于斷板率介于10～15%的水泥路面，在打裂壓穩之后鋪設防反射裂縫材料后加鋪瀝青混凝土罩面層；而對于斷板率超過15%且有明顯結構性破壞的水泥路面（或相鄰板的位移（沉降差）于4mm「美國AI的標準為3mm」就需要將板打碎處理），要求在對路基及基層有問題處進行局部處理后，將混凝土面板進行破碎壓實作為基層，再加鋪瀝青混凝土罩面。
國內外現有的破碎工藝主要包括RoadMiner開路王系列破碎工藝、MHB型多頭重錘破碎工藝、RMI共振型破碎工藝、沖擊壓穩工藝、門板式震裂壓穩工藝、沖擊鎬鑿碎壓穩工藝等。我們在研究過程中，采用了MHB型多頭重錘破碎工藝、門板式震裂壓穩工藝、沖擊鎬鑿碎壓穩工藝等。同時，對典型路段進行使用效果評估。主要評價內容有：路面使用性能變化規律，反射裂縫率隨時間的變化，防止反射裂縫措施的有效性等。項目研究在重慶、湖北、廣東取得了良好的效果。
