摘 要

隨著混凝土廢棄物的增加和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),，舊水泥路面再生利用成為近年來路面工程領(lǐng)域的一個研究熱點,。本文對水泥路面再生技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,，從舊水泥路面的碎石化技術(shù)出發(fā)，介紹了碎石化技術(shù)的發(fā)展歷程及目前的進(jìn)展;總結(jié)了碎石化后再生集料在半剛性基層建設(shè)中的應(yīng)用及存在問題;并分析了室內(nèi)對再生水泥混凝土工作性能以及力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀,。最后,，針對目前存在的主要問題，提出了進(jìn)一步的研究建議,。

關(guān)鍵詞

舊水泥路面碎石化 | 再生集料 | 再生半剛性基層 | 再生水泥混凝土

水泥混凝土路面作為主要的路面結(jié)構(gòu)形式,，被廣泛的應(yīng)用于重載車輛較多的港口、隧道及橋梁鋪裝中,。隨著近年來超載現(xiàn)象的加重,，早期建造的水泥混凝土路面面板出現(xiàn)大面積破損，亟待修補(bǔ)或重建,。目前,，每年由于舊水泥路面大修、改建養(yǎng)護(hù)管理投稿交流合作加微信627361748等產(chǎn)生的廢舊水泥混凝土碎石超過千萬噸,，但廢舊水泥路面板的再生利用效率較低,。將廢舊水泥混凝土面板用于新路面基層或面層的建設(shè)中，既能減少新集料的開采,，節(jié)約自然資源,、減少環(huán)境污染，又能消除由于廢舊集料堆積造成的環(huán)境破壞和耕地占用,，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益,。

目前，水泥混凝土碎石主要作為再生骨料用于路面水泥穩(wěn)定基層,、底基層建設(shè),。然而，破碎水泥混凝土碎石對新拌混凝土的工作性能,、強(qiáng)度特性,、吸水性以及磨耗性能的影響，導(dǎo)致舊水泥混凝土碎石的使用和添加對再生基層或面層的疲勞性能和耐久性與新拌水泥混凝土具有明顯的區(qū)別,。研究水泥混凝土路面處置方法以及再生集料對路面基層或面層性能的影響規(guī)律,，對增加水泥碎石再生利用率，防止路面病害,、延長路面使用壽命具有積極的作用,。因此，道路從業(yè)人員從以下幾方面入手,，對舊水泥混凝土路面的再生利用進(jìn)行了深入的研究,。

美國密蘇里州在路面養(yǎng)護(hù)手冊中，將舊水泥路面碎石化定義為:一種將舊水泥混凝土路面離散化的處置工藝,。這種離散化處置方法將舊水泥混凝土面板破碎為直徑在7~30cm之間的棱角性明顯的顆粒,。由于破碎過程和工藝不會擾動顆粒間的嵌擠結(jié)構(gòu),，因此，舊水泥路面碎石化層的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于普通的碎石基層,，其剛度約為后者的三倍以上,。養(yǎng)護(hù)技術(shù)手冊中，建議舊水泥路面碎石化后的加鋪層既可以是瀝青混合料面層也可以是新建水泥混凝土面層,。美國在對舊水泥混凝土路面破碎層以及加鋪層使用性能及耐久性進(jìn)行了大量深入的研究和觀測后認(rèn)為,，破碎顆粒的粒徑是影響加鋪層反射裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的主要因素。當(dāng)破碎顆粒的粒徑小于15cm時,，破碎層表面平整,，加鋪層的耐久性更好。同時,，破碎層加州承載比也是影響新建路面使用性能的主要因素,，長期的高性能路面服役水平要求加州承載比大于5。在美國,，舊水泥路面碎石化處理被公認(rèn)為是最終的有效的處置手段,。

在我國，部分早期鋪筑的水泥路面發(fā)生了大面積的破損,。對這些發(fā)生了嚴(yán)重病害的水泥路面主要采取破碎板移除,、壓漿固定和碎石化三種處置方法。

碎石化作為對舊水泥路面最徹底的處置手段,，在104,、205和321國道舊水泥路面的處置中得到了推廣和應(yīng)用。處理后的破碎層作為水泥穩(wěn)定碎石基層或者底基層使用,，再在其上加鋪瀝青或水泥混凝土面層,。大量采用了舊水泥路面碎石層的路段使用性能良好，只有部分出現(xiàn)縱,、橫向裂縫,。

針對影響破碎效果的主要因素，歐國林等對多錘頭破碎,、共振破碎,、打裂壓穩(wěn)和沖擊壓實等多種破碎技術(shù)進(jìn)行對比分析，認(rèn)為多錘頭破碎在病害處置程度,、材料再生利用、工程造價,、施工進(jìn)度以及適用性等方面均具有明顯的優(yōu)勢,。

舊水泥混凝土路面碎石化究其原理是一個能量轉(zhuǎn)化的過程，重錘在自由落體后將自身的動能和勢能轉(zhuǎn)化為水泥路面上與重錘接觸點的勢能和動能,，路面在沖擊荷載作用下破碎,，將原本完整的水泥混凝土板塊破碎成具有一定尺寸的混凝土顆粒,。由于水泥混凝土路面接受沖擊荷載作用吸收其動能和勢能時，滿足由近到遠(yuǎn)能量遞減的原則,，因此,，碎石化層中混凝土的顆粒粒徑延深度方向逐漸增大。整體上,，根據(jù)顆粒粒徑及強(qiáng)度特性,，可將碎石化層分為松散層、碎石化層上部和碎石化層下部三個層次,。其中最上部是一層松散層是碎石化層中強(qiáng)度最小的薄弱環(huán)節(jié),，在正常破碎的情況下，松散層由極薄的一層集料顆粒組成,，盡管單獨的松散層集料顆粒棱角性良好,，但集料顆粒之間沒有嵌擠作用，且集料中扁平顆粒含量多,，因此將其作為單獨的結(jié)構(gòu)層,，則其強(qiáng)度無法滿足路用性能的要求。碎石化層上部厚度約為10cm左右,，主要由破碎混凝土顆粒間的嵌擠形成強(qiáng)度,。混凝土板塊破碎后體積膨脹,，碎石之間存在預(yù)壓應(yīng)力,。碎石化層下部是一層厚度約為10cm，粒徑小于37cm的混凝土塊組成,。養(yǎng)護(hù)管理投稿交流合作加微信627361748雖然由于裂縫的存在,，碎石化層下部無法像完整的混凝土板塊一樣傳遞和擴(kuò)散荷載。但較大的混凝土塊體間的不平整的接觸面的存在,，形成了塊體間的豎向抗剪強(qiáng)度,。而這種豎向抗剪強(qiáng)度作用力，比普通的嵌擠作用更大,，具有更高的強(qiáng)度和更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。

王靜、張洪亮等認(rèn)為,，當(dāng)需要加鋪瀝青或者水泥混凝土路面面層時,，就需要對破碎層采取進(jìn)一步的壓實處理。壓實的主要作用是將表面的扁平顆粒進(jìn)一步破碎,，同時穩(wěn)固下層塊料,，為新建瀝青面層提供一個平整的表面，為避免壓實過度而將碎石化層壓入基層,，壓實操作應(yīng)在干燥條件下進(jìn)行,。為了充分壓實和形成嵌擠結(jié)構(gòu),，舊水泥混凝土路面的壓實一般需分別采用Z字型壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī),、振動鋼輪壓路機(jī)依次碾壓,。碾壓結(jié)束后為避免加鋪層施工中經(jīng)歷碎石化處理的下承層出現(xiàn)集料推移，并使破碎層中的松散層具有一定的結(jié)合力,，一般在其上面灑布乳化瀝青或熱瀝青透層油,，然后在瀝青透層表面撒布適量的石屑，用量以覆蓋油層為標(biāo)準(zhǔn),。

破碎后的水泥混凝土路面除了作為基層在其表面直接加鋪瀝青或者水泥面層外,，將破碎后的水泥混凝土碎石作為再生集料用于半剛性基層瀝青路面建設(shè)也是其主要的處置方式。自20世紀(jì)40年代起,，再生集料已經(jīng)在美國用于穩(wěn)定或非穩(wěn)定類基層的鋪筑,。20世紀(jì)70年代，美國對再生集料的使用性能進(jìn)行了深入的研究后制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范,，認(rèn)為再生集料應(yīng)用于新路面建設(shè)是完全可行的,。通過對再生集料和新集料基層試件疲勞性能的對比，美國的研究人員發(fā)現(xiàn),，再生集料試件的疲勞性能與新集料試件并無明顯的差異,，再生混合料基層的疲勞性能、耐久性完全能夠滿足無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層的技術(shù)要求,。

加拿大,、荷蘭、法國,、日本,、意大利等國出于廢舊料再生利用的目的，對舊水泥混凝土路面破碎再生集料及其相關(guān)的混合料性能也進(jìn)行了深入的研究,。認(rèn)為舊混凝土的抗壓強(qiáng)度,、破碎再生料中的針片狀含量對再生混凝土的強(qiáng)度有顯著的影響。只要破碎再生集料的性能能夠滿足相應(yīng)路面層次的技術(shù)要求,，再生混凝土完全可以作為基層材料使用,，甚至在較低應(yīng)力條件小表現(xiàn)出比天然集料更高的回彈模量。再生集料對無機(jī)結(jié)合料性能的影響主要表現(xiàn)在是施工和易性,、收縮特性,、抗磨耗性以及吸水性等方面。

國內(nèi)對破碎集料再生利用主要目前主要局限于室內(nèi)試驗和鋪設(shè)試驗路的嘗試階段,。張超等通過大量的室內(nèi)試驗和試驗路鋪設(shè),，認(rèn)為當(dāng)采用水泥、石灰或消石灰粉作為膠結(jié)料對破碎集料進(jìn)行穩(wěn)定處理后，得到的半剛性基層路面表現(xiàn)出良好的路用性能;但在采用水泥作為膠結(jié)料時,，由于再生集料中已水化的水泥成分的存在，需對擊實混凝土的最佳含水量進(jìn)行修正,。毛學(xué)功認(rèn)為再生混凝土的最佳含水量要遠(yuǎn)小于擊實試驗得到的最佳含水量,，可以根據(jù)105℃時再生集料的質(zhì)量損失率，來確定再生水泥混凝土的最佳含水量,。金榮以再生集料半剛性基層瀝青路面作為研究對象,，對水泥穩(wěn)定再生集料混凝土的性能進(jìn)行了分析，認(rèn)為級配組成相同的水泥穩(wěn)定再生集料的抗壓,、抗拉強(qiáng)度與回彈模量及試件的干縮,、溫縮系數(shù)均隨水泥摻量的增加而增大。并在大量試驗的基礎(chǔ)上建議水泥穩(wěn)定再生集料基層的最佳水泥摻量控制在3%左右,，而再生集料基層厚度值控制在40cm左右時,，可以有效的減小瀝青路面車轍、保證新路面的平整度,、養(yǎng)護(hù)管理投稿交流合作加微信627361748并控制最大裂縫值,。程箭等開展了再生集料用于水穩(wěn)基層性能的研究，認(rèn)為含有再生集料的水穩(wěn)基層回彈模量低于天然集料,，且全部采用破碎再生粒料的基層浸水強(qiáng)度衰減迅速,，且當(dāng)再生料中0.6mm以下的細(xì)集料含量較多時，再生集料時試件的抗凍性能較差,。

目前,，對舊水泥路面混凝土性能的研究主要集中工作性、力學(xué)性能兩個方面,。Vivian等認(rèn)為,，舊水泥路面再生集料的級配對再生混凝土的工作和易性具有顯著的影響，再生集料中小于4.75mm的細(xì)集料含量越大,，再生混凝土的工作性能越差,。Padmini的研究結(jié)果表明，當(dāng)粗集料完全采用再生集料并要求再生混凝土與新拌混凝土有相同的坍落度時,，混凝土用水量要增加5%,，當(dāng)全部采用再生集料生產(chǎn)水泥混凝土?xí)r，需水量則要增大15%以上,。Gupta則提出采用石灰或粉煤灰部分取代水泥的方式,，改善再生混凝土的工作性能，盡管再生混凝土的流動性,、坍落度等較天然集料差,，但其在粘聚性和保水性方面表現(xiàn)出良好的性能。肖建莊、李宏等對再生混凝土工作性能進(jìn)行分析,，認(rèn)為,，再生混凝土流動性較小的原因是再生集料表面粗糙、棱角多,，孔隙含量較高且比表面積大,，導(dǎo)致拌和過程中集料間的摩阻力增大。邱懷中的研究結(jié)果表明,，再生集料所占比例越大,，再生混合料的坍落度越小。

再生骨料的力學(xué)性能,、表觀性能等與天然集料存在的較大差異必然導(dǎo)致再生混凝土的力學(xué)性能的變化,，因此，大量的研究人員開展了再生水泥混凝土力學(xué)性能的研究,。再生水泥混凝土力學(xué)性能的評價主要包括抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度,。李佳彬、孫躍東等認(rèn)為,，與相同水灰比和級配的新集料混凝土相比,，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度分別減小5%23%,，6%~20%,，且隨著再生集料用量的增加，再生混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度均降低,。日本BCSJ關(guān)于再生混凝土強(qiáng)度的研究認(rèn)為,，用再生集料代替細(xì)集料的再生混凝土強(qiáng)度比代替粗集料的混凝土強(qiáng)度更低，且水灰比對再生混凝土的強(qiáng)度有顯著的影響,。Khatib認(rèn)為,，水灰比含量較低時，再生混凝土抗壓和抗彎拉強(qiáng)度低于相同齡期天然集料混凝土,，而當(dāng)水灰比較大時,，再生混凝土的強(qiáng)度又高于天然集料混凝土。Hansen的試驗結(jié)果表明,，除水灰比外,，原生混凝土的強(qiáng)度也是影響再生混凝土強(qiáng)度的主要因素。

再生集料與水泥膠結(jié)料之間界面性質(zhì)研究,。再生集料表面舊水泥水化物的存在以及水化物表面的微裂縫使得再生集料與新拌混凝土中水泥的粘結(jié)狀態(tài)不同于天然集料,。由于再生集料與水泥水化物的界面性能是決定再生混凝土抗壓及彎拉強(qiáng)度的主要因素，因此,，建議對再生集料—水泥界面特性開展進(jìn)一步的研究,。