水泥板粒石化再生技术
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一、工程背景
近年来随着交通量的不断增大，越来越多的水泥路面出现了不同程度的病害，然而水泥路面大修的常规做法不仅成本较高，而且污染很大，因此对水泥路面进行合理的再生利用式目前道路界一大热门问题。
图1 水泥路面病害
二、水泥路面再生原材料与配合比设计
2.1材料
2.1.1水泥
所选用水泥必须满足我国《道路硅酸盐水泥》（GB13693-2005）规范要求，水泥的初凝时间在3h以上，终凝时间宜在6h以上，不应使用快凝、早强水泥。水泥应疏松、干燥，无聚团、结块、受潮变质。水泥强度等级为32.5或42.5。
2.1.2 旧水泥板粒化材料
粒化以后的再生粗集料，其检测项目和满足指标满足下表1要求。
表1 再生粗集检测项目和指标要求
名称 | 序号 | 检测项目 | 计量单位 | 规定值 |
水泥砼路面粒化料 | 1 | 最大粒径 | cm | ≤7 |
2 | 压碎值 | % | ≤30 | |
3 | 表观相对密度 | g/cm3 | ≥2.45 | |
4 | 吸水率 | % | ≤5 |
粒化以后的再生细集料，其检测项目和满足指标满足下表2要求。
表2 再生细集检测项目和指标要求
名称 | 序号 | 检测项目 | 计量单位 | 规定值 |
细集料 | 1 | 砂当量 | % | ≥60 |
2 | 表观相对密度 | g/cm3 | ≥2.45 | |
3 | 吸水率 | % | ≤5 |
2.1.3 新添加集料
细集料规格为0~4.75mm或0~2.36mm，其检测项目如下表3。
表3 新添细集料检测项目和指标要求
名称 | 序号 | 检测项目 | 计量单位 | 规定值 |
细集料 | 1 | 砂当量 | % | ≥60 |
2 | 表观相对密度 | g/cm | ≥2.45 | |
3 | 含水率 | % | ≤4 |
粗集料是指粒径范围在4.75~26.5mm的集料，其检测项目如下表4。
表4 新添粗集料检测项目和指标要求
名称 | 序号 | 检测项目 | 计量单位 | 规定值 |
粗集料 | 1 | 压碎值 | % | ≤30 |
2 | 表观相对密度 | / | ≥2.45 | |
3 | 吸水率 | % | ≤3 | |
4 | 针片状含量 | % | ≤20 |
2.2 现场（PTH）粒化配合比设计
2.2.1 目标配合比
推荐材料配合比：水泥砼面板粒化料：碎石（2.36~4.75）mm：石屑（0~2.36）mm=80.0:7.0:13.0（%），级配组成符合《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）中3号级配要求。推荐水泥剂量为5.0%，混合料最大干密度为2.024g/cm3，最佳含水量为6.0%，7天无侧限抗压强度代表值为3.4MPa。
2.2.2 现场取料级配
为了不使路面标高提高，对水泥砼面板进行两种尺寸（即最大粒径分别为5cm和7cm）的粒化，以期能不用添加新料，使用全旧料进行再生,其中粒化再生级配的控制范围采用骨架密实型的级配范围。两种尺寸的粒化料以的筛分结果及级配范围见表5。
表5 筛分结果及级配范围
筛孔尺寸（mm） | 50.0 | 37.5 | 31.5 | 26.5 | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | |
通过百分率（%） | 5cm | 100.0 | 100.0 | 99.4 | 96.6 | 87.8 | 82.1 | 75.6 | 65.4 | 46.3 | 33.4 | 27.5 | 21.2 | 9.7 | 4.9 | 0.0 |
7cm | 100.0 | 97.9 | 93.5 | 90.9 | 80.6 | 73.7 | 67.5 | 55.9 | 34.8 | 23.2 | 18.5 | 14.0 | 6.1 | 2.9 | 0.0 | |
7cm（优化以后） | 100.0 | 100 | 98.9 | 96.0 | 80.4 | 73.1 | 65.1 | 51.1 | 32 | 21.6 | 16.9 | 13.0 | 5.6 | 2.5 | 0.0 | |
上限 | 100.0 | 100.0 | 100 | 90 | 72 | / | / | 47 | 29 | 17 | / | 8 | / | / | 0 | |
下限 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | 89 | / | / | 67 | 49 | 35 | / | 22 | / | / | 7 | |
中值 | 100.0 | 100.0 | 100 | 95 | 80.5 | / | / | 57 | 39 | 26 | / | 15 | / | / | 3.5 | |
5cm级配曲线图如下图：
7cm级配曲线图如下图：
按现场优化方案以后再次取料得到的6cm筛分结果如下图
2.2.2 现场推荐粒化尺寸
通过现场粒化尺寸的筛分结果，建议PTH粒化机的粒化尺寸调整为6cm，同时可能还需要添加部分2.36~4.75mm的新料优化级配曲线。
2.3 再生材料力学性能
粒化再生材料层压实度代表值≥97%，压实度极值≥93%，其力学性能检测项目及标准值见表7。
表7 力学性能检测项目及指标要求
检测项目 | 单位 | 要求值 | 备注 |
无侧限抗压强度 | MPa | ≥3.0 | 水泥剂量3.0～5.5% |
间接抗拉强度试验（劈裂试验） | MPa | ≥0.35 | 水泥剂量3.0～5.5% |
三、主要设备
3.1 现场粒化（PTH）施工设备
主要施工设备与配置见表8所示。
表8 主要设备与配置
设备名称 | 型号和主要技术参数 | 工作效率（m2/d） | 配置台数 |
镐头机 | / | 800～1200 | 2～3 |
挖掘机 | / | 2500～3000 | 1 |
洒水车 | 8～10t | 1500～2000 | 2～3 |
PTH粒化机 | PTH2500HD | 800～1200 | 1 |
平地机 | GR180 | 3000～5000 | 1 |
就地再生机 | WR 2000 XL | 3000～5000 | 1 |
单钢轮振动压路机 | XS263J | 3000～5000 | 1 |
胶轮压路机 | / | 3000～5000 | 1 |
注：按之前施工的速度来看，一台镐头机一天完成100m，为保证施工效率，建议配置至少3台镐头机。
3.2 移动场地粒化（MR 110 Z EVO）施工设备
主要施工设备与配置见表9所示。
表9 主要设备与配置
设备名称 | 型号和主要技术参数 | 工作效率（m2/d） | 配置台数 |
镐头机 | / | 800～1200 | 2～3 |
挖掘机 | / | 2500～3000 | 2 |
反击式破碎机 | MR 110 Z EVO | 4000～6000 | 1 |
平地机 | GR180 | 3000～5000 | 1 |
就地再生机 | WR 2000 XL | 3000～5000 | 1 |
单钢轮振动压路机 | XS263J | 3000～5000 | 1 |
胶轮压路机 | / | 3000～5000 | 1 |
四、施工工艺流程及质量控制
4.1 施工工艺流程
4.2 施工准备工作
粒化机、就地再生机以及相应的配套设备准备完毕即具备施工条件，在正式施工之前还要进行下面要求的准备工作：
（1）对再生施工中所需要的所有机械设备进行全面的功能检查；
（2）检查各设备所装水或稳定剂是否能满足再生路段施工的需要；
（3）对施工中安全设施进行检查，检查其是否达到要求；
（4）排出就地再生机喷洒系统中的空气并确保所有阀门均处于工作状态；
（5）检查再生机操作人员工作是否到位，如是否将于稳定剂添加量有关的数据输入微机等。
（6）再生路段是否有明确的安全导向标志，所有施工人员是否均已清楚施工程序。
4.3 现场粒化（PTH）粒化机施工工艺与质量控制
对半幅路面进行破碎，预先用炮头机破碎半幅路面的一半后将破碎料翻起，使用粒化机对高于路表面的破碎料进行粒化，之后用同样的方式对另一半进行粒化。用挖掘机将路面下部材料翻起后使用粒化机对其进行深度粒化，深度粒化的遍数视粒化效果而定。
4.3.1预破碎
镐头机对水泥板路面进行预破碎，将水泥板先破碎成30cm以下的水泥块。
镐头机预破碎时，需要保证破碎深度小于等于水泥板厚度，尽量不破坏原有路基强度，纵向与横向的炮眼距离不应超过30cm，镐头机预破碎的宽度不宜超过3m。
图1 镐头机预破碎
4.3.2洒水
在进行粒化破碎前，应先用洒水车对破碎的水泥板进行洒水，以起到降尘的作用。
图2 洒水车降尘
4.3.3水泥板粒化
用PTH粒化机对已经预破碎的路面进一步破碎。PTH粒化机进行粒化前，需要预先用挖掘机整理出一个1m长，深度为水泥板厚度宽度大于等于粒化机宽度的工作空间，来让粒化机可以下沉到路面底部。（粒化机指的是拖头后面的破碎装置）
PTH粒化机破碎遍数不宜超过3遍，基本破碎的遍数保持在1-2遍，破碎遍数一旦确定不得随意更改，以保持粒化后材料的均匀性。水泥板路面粒化的宽度建议不小于PTH粒化机宽度+0.1~0.2m内，粒化深度为水泥板厚度，对于无法一次性破碎的路面，可以选择用挖掘机挖出一部分水泥块，先破碎原路面水泥块，再将挖出的水泥块填回原路面进行2次破碎。
施工时，需要注意整个行车线应保持一直线，行车过程中应保持车头平行于原路面不要倾斜，尽量保证需要破碎的水泥块在PTH粒化机宽度范围内。当无法做到时，应用挖掘机挖出一部分水泥块，或者先用PTH粒化机剃平翘起路面的一部分之后在进行进一步粒化。
需要检测的主要指标有：（1）在PTH粒化机对路面进行粒化前，应预先对镐头机预破碎的水泥块直径进行选择性测量确保大部分直径在30cm左右以后方可进行施工；（2）PTH粒化机粒化完成以后需要对部分路段用挖掘机挖起粒化料，观察是否还有较大直径的水泥块未粒化到所需粒径。
图3 现场粒化机进行施工
图4 粒化机粒化后
4.3.4基层就地再生机进行现场拌合
再生料铣刨、破碎、拌和、摊铺、预压实根据所确定的再生机工作宽度和再生幅数，进行再生施工。施工中为了避免出现局部漏掉再生，同时应考虑在再生路面上设置再生机的方向引导措施，保证再生机沿着正确的方向前进，操作员要随时观察再生机的行驶轨迹，保证再生前后两幅的搭接，搭接宽为40cm左右，同时，行驶线形要保持顺直。拌和后的材料经过导料装置以料带的形式置于两条后履之间，并利用履带后面的布料搅龙和强夯熨平板，实现再生料的摊铺及预压实。
直线和不设超高的平曲线段，再生机应首先沿着路幅的外侧开始，然后逐渐向路幅内侧施工；设超高的平曲线段，再生机应首先沿着路幅的内侧开始，然后逐渐向路幅外侧施工。加水前，需要测定旧料的实际含水量：根据所测定的数据，确定冷再生拌和机的加水量，冷再生混合料的含水量比最佳含水量高出1%。拌和过程中应随时检测拌和的均匀性，含水量、水泥剂量和再生厚度。冷再生拌和均匀后应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，即无明显粗细集料离析现象，且水分合适、均匀。
图5 基层就地再生机进行拌合
4.3.5 平地机整平
整平采用平地机进行整平，整平时一起调整路幅横坡。
对于局部底洼处，用新拌的混合料进行找平，将高处料直接刮出路外，以免形成薄层贴补现象，之后在表面抹上一层约3cm厚的水泥砂浆，撒布砂时可根据现场施工进度选择人工还是机械撒布。
整形应达到规定的横坡及根据松铺系数确定的标高，并特别注意接缝必须顺适平整。在整形过程中，严禁任何车辆通行，并保证无明显粗细集料离析现象。当发现存在局部离析现象时，应在其表面浇一层水泥浆，确保表面材料粘结良好。
图6 平地机整平
4.3.6 压实
根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同，制定碾压方案，应使各部分碾压到的次数尽量相同，路面两侧应多压2-3遍。
再生下一幅时，开始对前一幅进行碾压，确保尽快压实再生基层。当混合料的含水量为最佳含水量±1％范围内时，立即在结构层全宽范围内进行碾压。直线和不设超高的平曲线段，由路肩向路中心碾压；设超高的平曲线段，由内侧向外侧进行碾压，碾压时应重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时，即为一遍。
由于再生机自重大，当再生机经过再生层后，再生机的轮迹处的再生料密实度比其他地方更密实，为保证压实厚度的一致性，先用单钢轮压路机对再生层低速静压一遍，这个过程应在稳压阶段完成。压实工艺如下，现场大面积使用可根据试验段的结果确定：
26t单钢轮压路机静压1遍→单钢轮压路机高幅低频强振压实3遍→单钢轮压路机低幅高频强振压实3遍→洒水使再生层顶面充分湿润→轮胎压路机压实4-6遍水分蒸发后，再进行最后的补压，消除水分散发后的空隙。
图7 单钢轮压路机静压
图8 胶轮压路机复压
4.5 养生
每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生。
（1）宜养生7-9d，采用覆盖（吸水土工布或者草垫）进行养生。养生结束后，必须将覆盖物清除干净；
（2）在养生期间未采用覆盖措施的水泥稳定冷再生层上，除洒水车外，应封闭交通。
（3）如果天气炎热或者水分蒸发较快时，需不定期持续洒水，保证水泥能充分发生水化反应。
4.6 检验和验收标准
4.6.1施工质量控制
为保证冷再生工程的质量，施工过程的质量检查是极为重要的，在参照《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）并对其它相关资料进行总结的基础上，根据现场施工时对工程质量影响的几个方面进行了研究，对施工过程质量检查提出以下几个方面的要求：
（1）为保证材料粒化以后的均匀性，在施工时，应确保粒化遍数相同，严禁使用不同的粒化遍数。
（2）PTH粒化机粒化过程中应有人在车头观察行车路线是否成一直线，当出现倾斜或者偏离原路线的情况时，应及时通知驾驶人员回归原路线。
（3）再生机后应有专人跟随，随时检查再生深度和含水量，并配合再生机操作员进行调整；
（4）再生机后宜安排4～5人处理边线和清理混合料中的杂质以及每刀下刀和起刀位置的余料，以防止影响纵横向接缝、平整度和再生材料的密实性；
（5）碾压过程中，再生层的表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁大量洒水碾压；
（6）碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和或用其他方法处理，使其达到质量要求；
（7）整形时应将高处料直接刮出路外，不应形成薄层贴补现象。
在对施工质量进行控制，具体项目、频度和质量标准可参照表10进行。
表10 施工质量控制检查表
项次 | 检查项目 | 规定值或允许偏差 | 检查方法 | 频率 |
二级公路 | ||||
1 | 粒化机粒化均匀性 | 符合设计要求 | 筛分试验 | 每3000m2一次 |
2 | 粒化最大粒径（mm） | ≤70 | 用挖掘机挖出一部分料过筛孔 | 每500m一次 |
3 | 水泥撒布量（m2） | 符合设计要求 | 尺量 | 每200m每车道测5点 |
4 | 再生深度(cm) | 设计要求±1 | 开挖（或以钢纤刺入）、尺量 | 下刀、收刀两侧；每200m每车道开挖一点；每50m每车道尺量一点 |
5 | 再生混合料级配 | 符合设计要求 | 不加水泥铣刨风干筛分 | 每3000m2一次 |
6 | 集料压碎值(%) | 满足规范要求 | 观察，异常时随时试验 | —— |
7 | 水泥剂量(%) | 不小于设计值-1.0% | 滴定法、直读式测钙仪 | 每3000m2一次，至少6个样品 |
8 | 含水量(%) | 满足规范要求 | 随时观察异常时随时试验 | —— |
9 | 拌和均匀性 | 无灰条、灰团、色泽均匀，无离析现象 | 随时观察 | —— |
10 | 再生机行进速度与转子速度（m/min） | 以试验段结果为准适当调整 | 从仪表读取 | 每200m每车道一次 |
注：表中允许偏差均指与设计值之差，项次1、2只在使用PTH粒化机时需要检查。
4.6.2工程质量验收标准
冷再生工程结束需对工程项目进行检查验收，以满足基本的路用性能要求，验收主要内容见表11。
表11 工程质量验收项目表
项次 | 检查项目 | 规定值或允许偏差 | 检查方法 | 频率 | ||
二级及以下公路 | ||||||
1 | 压实度(%) | 代表值 | 97 | 规范方法 | 每200m每车道2处 | |
极值 | 93 | |||||
2 | 平整度(mm) | 12 | 3m直尺 | 每200m测2处×10尺 | ||
3 | 纵断高程(mm) | +5，-15 | 水准仪 | 每200m测4个断面 | ||
4 | 宽度(mm) | 符合设计要求 | 尺量 | 每200m测4个断面 | ||
5 | 厚度(mm) | 代表值 | -19 | 规范方法 | 每200m每车道1点 | |
合格值 | -20 | |||||
6 | 横坡(%) | ±0.5 | 水准仪 | 每200m测4个断面 | ||
7 | 强度(MPa) | 符合设计要求 | 规范方法 | |||
8 | 弯沉值（0.01mm） | 符合设计要求 | 规范方法 | |||
五、安全措施
（1）使用PTH粒化机进行半幅施工时，需要在施工路与通行路之间搭建约3m高的安全挡板以防飞溅出的石子伤及路人。
（2）在交通较为拥挤的道路，需要与当地路政进行协调，派出交通协管员指挥交通。
（3）在使用PTH粒化机粒化时，若出现因粒化破碎时的扬尘导致路面视线降低时，应设置警示标牌，提醒车辆减速慢行。
（4）施工现场设立安全告示牌，防止非施工人员进入施工现场；各交通路口设立交通及文明指示牌，施工现场安全标志明显，夜间设警示灯。
（5）现场用电作业人员遵守安全规程，按规定使用绝缘工具：移动式电器一律采用橡皮绝缘电缆，配电箱设门并配锁，符合“一机一闸，一箱一漏”要求。
（6）施工机械设备实行定机定人定岗“三定制度”；严禁机械带“病”运转，超负荷作业；施工车辆在施工便道上的行驶速度不大于10km/h，严禁无证驾驶；设备必须有安全警示标志。
六、环保措施
（1）施工下脚料、废料、余料要及时清理回收。
（2）控制施工噪音，对于PTH粒化机扬尘较大的问题，需要配置洒水车，最大限度降低扬尘带来的空气污染问题，净化空气。
（3）使用节能环保型机械设备。
撰稿人：汤建忠
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