摘要：旧水泥混凝土路面共振碎石化技术具有能有效防止反射裂缝、保持路基及路基下设施完好、旧混凝土面板可直接用作基层、施工噪音小且环保、防止水气侵害等优点，在目前大量旧水泥混凝土路面的“白改黑”工程中有广阔的应用前景。本文介绍了共振碎石化技术的工作原理及其优势，并对其在道路改造中的应用技术进行分析。
关键词：共振碎石化技术；反射裂缝；白改黑
引言
随着社会的进步，新工艺、新技术、新材料的引用，道路工程的发展日益迅速，许多以前修建的水泥混凝土道路也趋近使用年限，各种各样的路面问题逐渐凸显，所以旧水泥混凝土路面的修复和改造问题亟待解决，由于沥青路面相对于水泥路面在行车舒适性、力学性能、噪声控制以及便于养护等方面的优势，路面的“白改黑”工程逐渐成为道路改造的趋势，但尚存在许多工程技术问题有待解决，而其中最主要的难题就是反射裂缝，共振碎石化技术是目前实现消除反射裂缝和保持水泥混凝土路面剩余较高承载力的最优工艺，在路面“白改黑”工程中广泛应用。
1.共振碎石化技术
水泥混凝土路面共振碎石化技术最早于上世纪80年代在美国使用，2004年引入中国，由于其日益完善的施工工艺和社会效益，在我国的许多地方得以施行。
共振碎石化技术使用的主要施工机械为路面共振破碎机，1986年，纽约州运输部的工程师John Brizzell首次使用共振破碎机械进行道路破碎，经过多年的发展和改进，现如今的共振破碎设备日益完善。其动力依靠的是大功率柴油发动机，驱动与振动采用闭式液压系统，具有动力强劲，工作可靠等优点。
共振破碎机的关键与核心部件是共振梁，由偏心凸轮旋转产生偏心力，共振梁在偏心轴的驱动下，在42～46HZ频率下产生振动谐波，支点和配重点振幅为零，破碎锤头以高频低幅（2cm）敲击混凝土路面，混凝土内部因剪切力而产生裂纹，直到材料边界。工作锤头上装有专用传感器，感应路面状况传递给电脑，由电脑自动调节碎石化机锤头振动频率以接近该频率，这样锤头的振动就能引起旧水泥路面板局部范围内共振，使路面内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃形成破碎开裂，并能控制被击碎颗粒的大小和破碎深度。
共振梁共振破碎原理
旧水泥混凝土路面碎石化后的碎块紧密啮合，破碎裂缝大多与水平方向成35°～40°角，即基本沿最大剪切面破裂，这种角度破裂可以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。
2.共振碎石化的优势
(1)是世界上唯一能根除反射裂缝的工艺
碎石化施工如果粒石尺寸太大或者大小不均，反射裂缝仍然会产生；如果破碎的尺寸过小，或者相互没有嵌锁，整个破碎后的水泥混凝土层就会因缺乏强度而失效。共振碎石化后碎石的大小大多为3～20cm，接近于最佳尺寸，分布也比较均匀。碾压后的小颗粒均衡分散，可以有效避免反射裂缝的产生。
碎石化后路面结构图
(2)保持路基及路基下设施完好
改造后斜向的破碎裂纹将路面压力均匀地分散到更大的面积上，减少对路基的局部压力，并且碾压程度可以掌控，不会直接对基层造成抨击。共振式破碎机在产生共振的同时，工作锤头会向前运动，垂直向下的抨击力度就会减小，况且混凝土块面板下层的原料也不是混凝土，所以就不会发生共振现象，因此有效解决了对路基的抨击问题，路基下的管线等设施也不会遭到损坏。
(3)旧混凝土面板可直接用作基层
采用共振碎石化技术对工程进行施工时，可以直接把碾碎的混凝土面板用来做基层或底基层使用，更能发挥板块和结构层的剩余强度。施工工艺比较简单，而且施工周期不长，加速了工程施工的进度，同时节省了原料和运输成本，使得整体成本也大大减少。把碾碎后的水泥路面可以直接作为基层，然后加铺新的层面，这是“白改黑”工程的理想化目标。
(4)施工噪音小且环保
共振破碎施工时，最主要的噪音来自于柴油发动机，产生的噪音和振动相对较小，传播距离短，不会对居民的生活及工作造成太大影响。另一方面对环境不会造成破坏，破碎产生的粉尘相对较低，通过预洒水工艺可以有效降低破碎过程中的粉尘。共振碎石化破碎技术不产生固体废弃物、无污染，消耗的新资源、新能源少，相应的碳排放量少。共振碎石化技术是一种绿色、环保、低碳的水泥混凝土路面“白改黑”技术。
(5)防止水气侵害
水损害是道路工程中的主要问题，共振碎石化施工中破碎层上部具有良好的排水功能，能够有效将水分排到路侧；破碎层的下层不透水，能够防止水分渗透到路基。
3.共振碎石化技术的工艺措施
3.1设置排水系统
(1)若旧水泥混凝土路面已设置排水系统，应对其进行仔细检查并评估。若原有排水系统完好且排水效果良好，可只对原排水系统进行疏通或修复；若原排水系统损坏严重、排水不畅，则应重新安置排水系统。
(2)共振碎石化前设置的排水系统主要指路面结构内部排水。
(3)排水系统设置形式为路面边缘排水系统，由纵向排水管、横向排水管、过滤织物、集水沟及回填料组成。
3.2试振及开挖检测坑
(1)考虑到铺筑试验路段的需要，试振区长度宜为500～1000m，道路等级高或里程长取高值，等级低或里程短取低值，试振区宽度为单向或双向路幅宽。检测坑通常为1.2m×1.2m×h（水泥混凝土面层厚），检测坑通常选在试振区的中央部位，数量1～3个。
(2)检测坑的回填料不可用现场挖出的碎石化层材料，现场挖出料需移走，回填采用粗集料或者沥青碎石。
(3)若发现检测坑处碎石化层不满足碎石化要求，需另开挖一处检测坑。若仍不满足要求，则试振区的施工参数不满足要求，仔细检查分析并调整施工参数后，应另觅一试振区试振至满足要求为止。
(4)施工参数一旦经过试振区确定下来，就可在整个碎石化工程路段内采取，除非路段状况发生了较大的改变。
3.3共振破碎
(1)若外侧车道边缘、内侧车道靠中央分隔带边缘有路缘石或其他设施，共振碎石化机械施工时可能会受到阻碍，车道边缘应留有300mm左右的路面不破碎（其底部裂纹巳扩展到边缘）。
(2)碎石化施工顺序一般由外侧车道边缘开始，如果相邻车道沿纵缝进行了切割，也可由中间向两边的顺序破碎。每一遍碎石化宽度约200mm，相邻两遍碎石化区域会有约50mm的间隔或重叠区。
(3)碎石化一个车道的时，实际破碎宽度应超出一个车道宽度至少150mm。
3.4碾压
(1)碎石化层碾压按初压、复压、终压三个阶段进行，分别采用钢轮振动压路机、轮胎压路机、钢轮振动压路机。直线和不设超高的平曲线段，由两侧路肩开始向路中心碾压；设超高的平曲线段，由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
(2)振动压路机碾压相邻碾压带应重叠宽度100～200mm，折回时应停止振动；轮胎压路机碾压时相邻碾压带应重叠1/3～1/2的碾压轮宽度。
(3)对路面边缘、加宽等大型压路机难于碾压的部位，宜采用自重1～2t的小型振动压路机或振动夯板作补充碾压。
(4)上面层必须洒水达最佳含水量约4～5%才能碾压，一般采用平压1次，振压2～3次，平压1～2次为宜。
结语
共振碎石化技术是一种旧水泥路面改造的新技术，不仅解决了改造过程中反射裂缝的问题，而且施工工艺简单、施工周期短、工程造价低，符合文明施工和环境保护的标准，在今后的道路“白改黑”工程中将会得到更多的推广应用。
参考文献：
[1]熊少辉.水泥路面白改黑工程中共振碎石化技术的应用[J].
[2]水泥混凝土路面共振碎石化技术手册.
[3]郭秋金.共振碎石化技术在城市道路改造中的应用[J].福建建筑，2015（8）.
[4]共振碎石化技术在旧水泥混凝土路面改造中的应用[J].
[5]浅谈共振碎石化技术在水泥混凝土路面改造中的应用[J].
论文作者:陈前
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/17
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