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四川简阳混凝土破碎碎石化

2019-05-14 混凝土破碎 712 次 0 评论

四川简阳混凝土破碎碎石化

一、碎石化技术简介

碎石化处理方法最早为美国亚拉巴马州交通局用来处理损害较重的混凝土路面[]。该州已有3000余公里混凝土路面经由现场碎石化处理。目前美国有26个州的交通局制订了混凝主路面碎石化的规范。加拿大安大略省则从2000年开始逐步采用该项技术处理混凝土路面。

当年就在牛津郡作了两条长度分别为26.4km和14.2km的路面[1。

碎石化技术原理是通过对水泥混凝土路面进行均匀地冲击、破碎、压实,在损失一部分结构强度和整体性的情况下,把水泥混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到沥青混凝土面层可以允许的范围内,从而彻底解决反射裂缝,为加铺沥青混凝土路面提供坚实、安全的基础。

碎石化技术提供了一个非常柔性的基层结构,但破坏了混凝土路面板块的结构性强度,所以加铺的沥青混凝土面层的铺层厚度要增加,一般在150mm以上,否则路面会产生过多的纵向裂纹和车辙。过厚的沥青混凝土面层增加了重修道路的成本,另外,道路的排水系统也需要重新考虑,但这种工艺相对重建道路的工程成本还是较低的。美国使用该技术的州超过35本而且形成了初步的施工规范。据有关资料显示该技术可延长路面使用寿命10年以上,而且具有可比造价优势、不必全封闭交通和有利于环保等特点。

碎石化的一般过程是用现场移动式的单头共振式的破碎机或者多头冲击式破碎机将旧有的混凝土路面板打成碎块。

二、多锤头碎石化设备(MHB)多头冲击式破碎机如图10.3,有12个或16个重锤两种,其原理是对设在自行式底盘后部的两排不同质量的锤头,通过分别控制其落锤高度来快速冲击破碎混凝土路面。施工时,一边行驶,一边破碎,行驶一遍即可解决混凝土路面的破碎问题。每分钟冲击30至35次。行进速度每0~8km/h,机器总重约22t至26t。行走宽度每幅1m到3.9m,破碎后的混凝土碎块尺寸一般在7.5cm以下。对于钢筋混凝土路面,要求在加工后钢筋自动剥离。破碎机的工作效率为每天处理大约1.6km单车道的混凝土路面,或者每小时处理200m单车道混凝土路面。

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图10.3多锤头碎石化设备

以美国BADGER公司生产的MHB型专用于“碎石化”技术的破碎设备为例[],该设备有两种不同的锤头,质量分别为454kg和681kg,质量大的锤头布置在外侧。每个锤头可以在1min内冲击破碎路面30~35次,锤头的最大工作行程1524mm。操作人员通过控制每个锤头的行程来改变冲击破碎路面的冲击能量。单个锤头的冲击力在1500kN左右,由于锤头下方焊有宽度仅为1cm左右的破碎刃条,这样,实际的冲击破碎应力可以达到500MPa左右,尽管该设备的单个锤头质量轻,但其破碎应力集中,工作效果较好。据2003年在合一宁高速公路维修现场观察,MHB型破碎机破碎之后,再用一台宝马BW213DH-3型的振动压路机(该机的压路滚筒具有Z型凸状斜条纹)来进行碎石化作业,经该压路机压实后的路面已经是非常均匀的碎石路面了,表面粒径非常一致,在3cm左右。破碎后的混凝土层深度在15cm左右,表层碎块直径小于10cm的占80%以上。下层大颗粒可达37.5cm,下层直接经压路机压实形成嵌挤结构,可以增加基层的承载强度。

MHB型破碎机工作时底盘的行驶速度不到1km/h。该设备实际破碎旧路面平均工作效率为2000~3000m2/h。

单头破碎的碾压一般由自重不小于9.1t的压实机滚压,可以加振动碾压。碾压过程有可能将粒料尺寸进一步变细。多头冲击式破碎机要求由振动式,自重不小于9.1t的乙形格网式碾压机压实,并有胶轮碾压机碾压。Z型钢轮压路机(见图10.4)为单钢轮振动压路机,钢轮外包Z型钢箍并通过螺栓固定在压实轮表面。

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图10.4z形格网式碾压机压实施工及破碎状况

三、共振式碎石化破碎机]

碎石化的设备目前大都是引自美国,除了落锤式机型外,还有共振式机型。20世纪末美国人首先研制出了共振式破碎设备,在长期的实验室及试用改进、换代提高后,由美国共振机器公司(Resonant Machines Inc.)将这种技术大规模应用于工程施工中并取得了理想的效果。

2004年3月在全国公路第二届科技创新高层论坛上[19],美国共振机械公司介绍了一种共振式碎石化破碎机。该机是通过锤头与路面撞击振动来破碎水泥混凝土,其原理是锤头与路面撞击产生共振使混凝土加速破碎。其基本结构是在工作底盘(工程机械、牵引车等)后部装有一个悬臂的矩形锻造合金钢梁,梁的端处设有22cm宽的锐状破碎器。工作装置的外观很像一个路面“磕头机”,工作时处在合金钢梁上的液压马达带动偏心质量块旋转,促使处于悬臂梁端处的锐状破碎器产生对混凝土的振动破碎力。

图10.5为美国RT公司的RB500系列共振破碎机。RMT共振破碎机的主要技术参数为200:

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图10.5RB500型共振式破碎机

发动机功率:350~600hp;振动梁宽度为:457~660mm;破碎锤头:152.4~304.8mm;振动频率:35~53Hz;振幅:约20mm;振动梁配重:5443~9070kg;总重量:27216~31753kg;最大破碎深度:660mm;生产率:约100m2/h。

共振式破碎设备是利用振动梁带动工作锤头振动,锤头与路面接触。锤头的振动频率约44Hz左右,振幅为20mm。该机可以将普通混凝土路面破碎成1.5cm的碎块。工作效率为:工作8h,可以将厚25cm、宽7m、长600m的普通混凝土路面破碎。施工时从道路中间开始,每次间隔20cm进行破碎,中间留下的20cm混凝土路面待破碎下一个工作面时,由混凝土发生振动位移而自动破碎,因而工作效率较高。

通过调节锤头的振动频率,使其接近水泥面板的固有频率,激发其共振,即可轻而易举的将水泥混凝土面板击碎。工作锤头上装有专用传感器,感应路面的振动反馈,由电脑自动调节振动频率,搜寻被击物的自有频率,并引起水泥面板在锤头下局部范围内产生共振,使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃,如图10.6所示。同时还可控制被击碎的碎块粒度和破碎深度。

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图10.6共振式破碎机工作锤头的共振破碎效果[u9]

四、共振破碎与重锤冲击式破碎效果比较

安迈路面技术(上海)有限公司张西农[口91](2005)将水泥路面改造工程中的共振破碎技术与重锤冲击式破碎法进行了对比。对比的结论是共振破碎技术更具优越性。

(1)破碎后的碎石尺寸理想、均匀。

由于共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内,能使板块较均匀地分裂,通过微调振动频率,改变振动的力度,可使破碎后的碎块尺寸达到3~8英寸(8~20厘米)的较理想尺寸。

破碎后的粒度上部较小,下部较大由于振动力是由面板上部向下部传递的,振动锤并不在一个点上连续振动,而是快速向前移动的,所以振动在混凝土中存在衰减梯度,从而使上部的破碎粒度较小,下部的破碎粒度较大。这样的结构带来了更大的好处。首先是小粒度可更好地消除反射裂缝,同时下部的较大的粒度提高了路基的承载能力。其次是上部小粒度有利于路面渗水的横向排除,下部的大粒度又可起到阻止渗水向下渗透的作用。破碎后的碎石纹路规则排列,并与路面形成35°~40°夹角共振破碎的工作锤头在激发路面共振的同时快速向前移动,冲击的合力指向前下方,从而使振碎的裂纹与路面形成了一定的夹角。这一夹角可使碎石块之间相互嵌合,经压实后相互啮合的更紧,从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用。共振破碎机使碎石裂纹走向倾斜的示意图如图10.6所示。而普通重锤冲击式破碎方法的冲击力是垂直向下的,碎石裂纹也只能是大致垂直于路面的,这不利于稳定层的承重与稳定。

(2)破碎深度可控制,不冲击路基,保证路基下的管线设施完好无损。

共振式破碎机通过调节振动频率和振幅,即可控制破碎的深度。因为它是在试图以接近混凝土的固有频率而振动,在发生共振的瞬间,锤头就向前运动了,垂直向下的冲击力很小,而且面板下边的材料为非混凝土,不会与之共振,所以避免了对路基的冲击,路基下的其他管线设施自然就不会受到影响了。路基不受冲击,保持了原有路基的平整度和密实度的均匀性。而普通的重锤冲击式破碎方法则不然,它们的冲击力垂直向下,要以路基为依托来打碎面板,所以冲击力通过面板直接传递给路基。为将面板底部击碎,巨大的重锤会使路基受到严重冲击,破坏了原有路基的平整度和密实度的均匀性,并且会使地下管线及其他设施受到影响。

(3)可使钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离。

共振破碎技术使振动发生在水泥板块内部,对钢筋混凝土而言,钢筋的固有频率与水泥混凝土有异,从而使钢筋很容易与水泥碎块完全剥离。

(4)振动影响小,施工适应范围大。

共振破碎技术是工作头与局部水泥板块之间的振动,高频低幅,振动波衰减很快,传递范围很小,一般不会影响到施工点附近2~3米外的构件。而重锤冲击式的振动力是非常大的,它可通过路基波及到施工周围的建筑,所以施工前应做一定的防范,一般20m之内不应有振动敏感型建筑物。所以,共振破碎技术的应用范围比较广,市政、机场、港口、重要设施附近的公路等对振动级别有要求的地方,采用共振技术可很好地解决问题。

(5)噪音小,不扰民。

共振破碎的振幅较小,锤头与路面共振破碎所产生的噪音还没有机器发动机的噪音大。

而低频高幅的重锤冲击式破碎法就不同了,它的振动噪音和振动波一样传递很远,影响较大。

(6)破碎深度大、施工效率高。

通过调节振动频率和振幅,共振破碎设备可使破碎深度达到660mm。完全满足一般机场跑道、停机坪和一些港口码头水泥面板的破碎改造任务。共振破碎机的生产率可达10000平方码/天(即每天8360m2)。由于其工作点很窄,在公路上施工时,可单车道施工,不用断绝交通,每天可完成2km左右的破碎工作。

五、碎石化技术的适用范围

碎石化改造技术在美国应用的基本条件如下[185]:

(1)出现大量的接缝缺陷,如:错台、翻浆和角隅破坏等导致超过20%的接缝需要修补。

(2)超过20%的板出现开裂。

(3)超过20%的路面已被修补或需要修补。

碎石化改造技术的适用范围在美国一般采用图10.7所示的判定方法[15]。一般来说,只要原路基CBR值大于7,且水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过13in(33cm),便可采用碎石化改造技术。

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图10.7碎石化改造技术的适用范围

碎石化项目很少遇到不适合的地方,像路基材料损坏太厉害,不能承受破碎路面的负荷的地区。这种情况主要是在较低的地方,积水较多的区域,地下水位较高路基积水的路面,以及路基含有较湿的粘土和混入泥沙的粘土的地区。

RMI公司的网页介绍,当共振破碎机在路面上留下两英寸或以上的车辙时,就表明这些路段不适合进行碎石化或必须清除或重建。这些区域不能承载交通负荷,应该清除和重建。

但是,如果共振破碎机造成路面反弹但没有明显的车辙,路面就能够支撑这个6000磅重的机器,而且随着边缘排水系统开始排干路基和底基层的水分,它应该足够强壮可以承载交通负荷。共振破碎机的质量可足以用来发现这些路段的情况,而不必使用橡胶轮胎“检验”压路机。

一台重型橡胶轮胎“检验”压路机有可能对路基和互相啮合的碎石化混凝土造成损坏,用10t光辊振动压路机进行两到三次碾压可足以将表面细碎粒压入表面裂纹,进一步提高破碎混凝土的模量,使破碎混凝土嵌入路基中可能存在的空穴中,并压出一致平滑的表面用于摊铺。用水罐车在表面过一遍后,再最后进行一遍带“振动”碾压,被证明有利于准备好摊铺表面。有美国几个州在其规范中对这种概念进行了描述,碎石化混凝土需要“压稳”。路面被破裂,而不是粉碎,同时,表面可以压平和“压稳”,不可能也不必要进行一般意义的压实。

六、旧水泥路面碎石化设计

碎石化设计要点有[20]:

(1)破碎混凝土路面

(2)正确设计和安装路边缘和地下排水系统

(3)正确设计沥青罩面

一般流程为,首先要正确设计和安装路面排水系统;再用破碎设备将旧路面破碎;采用10t左右的压路机对破碎后的路面碾压4~6次;按设计要求摊铺新的沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。

共振破碎后的碎石粒度结构为上部40~80mm是粒度较小的透水结构,下部160~

200mm为粒度较大嵌锁紧密的不透水层。这样的基层结构可使面层的渗水沿上边的透水层横向排走,阻止其向下面基础的渗透,以确保路基的水稳性。破碎改造工程中的排水设计一般是在路面边缘或路肩下设置300~500mm的碎石排水沟,再采用透水管、土工布、排水井等措施加以细化。设置好排水系统后,再进行共振破碎作业。不用断绝交通,单车道施工。一台RB500型破碎机每天可完成1.8~2.4km的破碎任务。图10.8为碎石化排水系统通道布置及出口图[204]。

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图10.9试坑的开挖和检查

4.破碎施工

达到碎石化的水泥混凝土板的破碎尺寸的要求。

5.修复软弱基层或底基层

在压实机下方,任何局部地方有垂直移动超过2cm的地方,都要开挖除掉,用新材料回填。在破碎施工和压实操作时如发现部分单独的软弱基层或底基层时,应按以下程序加以修复:

(1)清除原混凝土路面和基层;

(2)根据具体情况,开挖到具有足够强度的路基深度;

(3)从路基到破碎混凝土板底采用满足规范要求的级配粒料回填,剩余的部分应可采用贫混凝土、大粒径碎石或粗粒式沥青混合料回填。

6.破碎后压实

压实的主要作用是将表面较长、较宽的颗粒进一步破碎,紧固下层块料以增加结构强度并提供一个用于沥青混凝土罩面的平滑表面。应避免过度压实和在路基含水量较大时进行压实操作,以避免损坏底基层。具体压实的次数应在试验区确定,一般为Z型压路机2~3遍,光轮压路机1~2遍。

7.破碎后的养护

破碎后的水泥混凝土路面不得开放交通。必须开放交通的应在摊铺沥青混凝土之前对由于开放交通而松散或不稳定的路段进行重新压实。

8.沥青透层

在摊铺沥青混凝土之前,应在破碎并压实后的水泥混凝土表面上均匀洒布乳化沥青透层油,用量为2.5~3kg/m2,然后在表面均匀撒布一薄层石屑,厚度为0.5~1.0cm,用光轮压路机稳定。

图10.10为多锤头碎石化设备MHB施工和碎石化后路面的效果图。

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图10.10碎石化后路面效果图

用碎石化现场处理旧混凝土路面,在施工中还要需要注意或可能遇到的问题[口有:

a)灰尘的控制,承包商可能需要自备水车作为灰尘控制及碾压时使用;b)操作人员必要时调整机器能量,避免破坏路面下的结构、设施;c)湿土在冲击振动下可能会局部变软,应随时调整机器运行速度,落锤间距等。路面下部情况应该在前期评估中勘查清楚,特别是在有很弱的地基土的路段,如果混凝土结构承载力完好,在混凝土没有破坏时,可以承担一部分载力,混凝土板一旦破坏,重达9t的单头式破碎机或重达20多吨的多头式破碎机,坐落在破坏的混凝土和软土地基上,可能进一步破坏地基土,引起施工问题,还要不得不加厚沥青基层或维修局部软土地基。密执安州的研究报告发现碎石化和沥青加铺费用可能比单纯混凝土加铺层要贵。另外在新建路肩要安装排水系统。对于钢筋混凝土路面板,在破碎后钢筋和混凝土会自动剥离。钢筋可以留在破碎的混凝土碎块内部,不必取出。如果钢筋有露出破碎的混凝土路面的情况,应该剪断露出的部分并取走。

在碎石化操作之前,路面上所有沥青填补都要取掉,也要拿掉填缝胶及膨胀材料等。在碎石化以后,破碎的混凝土中如有上述杂物,也应清除掉。破碎机要一次破碎粒径和深度达到要求,不能第一次粒径和深度不合要求,再进行第二遍破碎。因此开始施工时要开挖1m见方的试验坑来检验粒料尺寸和破碎深度。


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