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共振碎石化
0 前言
截止至2012年底,,已成为当今世界上拥有水泥混凝土路面里程最多的国家之一。随着通车里程的不断增加,旧的水泥混凝土的路面也越来越多。同时,随着我国经济建设的快速发展,交通量和汽车的载重量也在不断增加,水泥混凝土路面在交通荷载和各种自然因素长时间综合作用下,出现了各种结构性损坏,道路服务水平下降,严重影响了行车的安全与舒适性,常采用修复或加铺的方式解决此类问题。旧水泥混凝土路面修复、加铺主要有两种方式:一种是在旧水泥混凝土路面之上直接加铺沥青混凝土,即“白加黑”;一种是把旧路面经过处理后作为下卧层再铺筑沥青混凝土,即“白改黑”。“白加黑”、“白改黑”路面工程的最大问题是反射裂缝。国内外的研究表明,针对该问题目前较成功的做法是采用旧水泥混凝土路面碎石化技术。该技术是将水泥混凝土的面板,通过专用设备一次性破碎为碎块柔性结构,因破碎后颗粒粒径小,力学模式更趋于级配碎石,因而将其命名为碎石化。
破碎机械通过振动梁将水压能量传递给锤头,在偏心轴力的驱动下产生频率的振动谐波,振幅为10~20mm,振动能量传递给旧水泥混凝土板,大部分能量被板吸收。并且碎石化机能确认旧水泥混凝土的自有频率,自动调节碎石化机锤头的振动频率以接近该频率,这样锤头的振动就能引起旧水泥板共振并迅速破碎开裂。
水泥混凝土路面碎石化后颗粒相互水泥混凝土路面碎石化后颗粒相互啮合嵌挤,
破碎裂缝多与水平向成42°~46°,即基本沿最大剪切面破裂,这种角度破裂可获得比垂直破裂更大的模量,可将荷载分散到更大的区域内。同时,由于路基材料和水泥混凝土面板材料的差异较大,因此自有频率差异也较大,所以路基不会与混凝土面板产生共振,进而高频低幅的共振冲击破碎不会影响基层的完整性和结构承载力,如图1所示。
图1 共振破碎示意图
2 碎石化层
碎石化层特点
碎石化层具备较高的抗压、抗剪切强度,但不具备受拉能力,,故不传递裂缝尖端处较大的拉应力或拉应变。碎石化层可看成由上下两层组成,如图2所示:上层基本属于散粒体,类似于级配碎石材料;下层粒径较大,嵌锁良好,使碎石层下部形成“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的板体结构,具有良好的“拱效应”,能将竖向压力变为水平推力,利于减小或者消除发射裂缝的发生可能性。上下两层之间的分界面极不平整,凹凸不平,含有钢筋的混凝土一般以最上一层钢筋为碎石化上下层的分界面。
碎石化层下层的板体结构具有一定的隔温湿作用,降低了湿度对半刚性基层的影响,使半刚性基层的胀缩减小,为道路基层的稳定性提供了条件;碎石化层上层的透水性较好,旧水混凝土路面的改造完成后,碎石化层能起到排水基层作用,渗入路面内部的雨水,可从安置的路面边缘排水系统中排出,也可从碎石化层直接排向路堤边坡(针对路堤段),从而消除了半刚性基层的冲刷和唧泥问题。
图2 碎石化路面结构图
碎石化层性能影响因素
碎石化道路加铺设计,最终要使加铺层既满足结构性要求,又需满足功能性要求。功能性病害可能会因反射裂缝的产生而出现;结构性病害可能因结构承载能力的不足而出现。要阻止反射裂缝的产生,要求碎块尺寸减小到足够小,以致旧路接裂缝处产生的位移不足以使得今后对应的加铺层层底的拉应力或剪应力过大;而旧板碎石化程度越充分,则碎