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一、技术背景
水泥混凝土路面作为路面的主要结构形式，在路面使用期末，病害严重阶段，采用其它养护措施已不能保证路面使用性能时，必须进行破碎。破碎后可能的处理方式有两种：一是从原位移除，二是原位利用。移除的成本很高，而且往往造成对环境的不利影响。原位利用可解决以上问题，一方面降低成本，另一方面也不会对环境造成不良影响，是进行水泥混凝土路面重建的最佳手段。
原位利用的主要方式：一是压浆稳固后作为中下基层, 加铺基层后再重新铺筑路面；二是压浆稳固后作为基层, 加铺防止反射裂缝的土工材料后再重新铺筑路面；三是破碎再生后作为中下基层, 加铺基层后再重新铺筑路面；四是破碎后再生作为基层, 直接加铺路面，即旧水泥砼路面的碎石化技术。
经过长期的研究和试验, 其技术应用已基本成熟, 该技术的推广应用有利于节约资源、减少浪费、防止废料污染环境等优点。
二、碎石化技术简介
1、碎石化技术的基本原理
碎石化技术的基本原理是通过专用设备对旧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, 把混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到新铺路面可以允许的范围内，从而彻底解决反射裂缝问题, 为加铺路面提供坚实、安全的基础。
图1碎石化粒径分层
碎石化后强度形成机理：路面碎石化后分为三个层次, 即: 表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部, 破碎后表层约2 cm～5 cm, 碎石化上部厚度约10 cm, , 下部厚度约10 cm。如图1所示：
（1） 碎石化表层在压实过程中, 颗粒被压密, 形成嵌挤薄层, 通过洒布透层油(或石屑嵌缝料) , 具有一定的强度和稳定性；
（2） 碎石化层上部强度主要来源于内摩擦角和预压应力。而预压力来自板被破碎时, 混凝土产生侧向体积膨胀, 混凝土颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大, 产生的预压应力也越大；
（3） 碎石化层下部的强度主要来源于“联锁咬合”作用。同时没有竖向的贯穿裂纹(具35°～40°的斜向裂纹) , 在形状上具有较好的粘合度, 具有更好的结构稳定性。
2、 碎石化技术的特点
（1）有效防止反射裂缝的发生与发展：原混凝土面板由于其基层及板体自身的损坏, 处于一种不稳定状态。但同时又具有很高的强度及稳定性, 路面回弹模量与弯沉值趋于均衡, 在其上铺筑其他路面结构可有效防止反射裂缝的发生与发展。
（2）施工速度快：碎石化施工的工艺简单、方便、快捷, 多锤头式破碎机工作速度在400~600m/h, 每小时破碎的面积为1600~2400㎡。
（3）参数可控：破碎机的各种参数如落锤的高度、行驶速度等可根据工程实际情况设定, 控制系统根据设定可实现各种动作。
（4）环境污染小：有效利用了原有水泥混凝土路面, 避免因清除旧混凝土路面板而造成的环境污染。
（5）碎石化方法比其它重建方法费用低。
3、碎石化应用的一般标准
确定碎石化适宜条件是合理使用这种方法的前提，根据国内外资料，进行碎石化应具备以下条件：
（1）功能性罩面上出现大量反射裂缝（接缝处、纵横及不规则裂缝处和修补处）；
（2）大量接缝破坏，如：错台、翻浆和角隅破坏，以至于超过 20%的接缝需要修补；
（3）超过25%的板开裂；
（4）超过20%的工作长度出现纵缝缺陷，且宽度超过 10cm；
（5）超过10%的路面需要开挖修补以达到结构性要求；
（6）超过20%的路面已经修补或需要修补；
（7）出现冻胀开裂或碱集料反应或其先兆，需要加铺罩面或重建；
三、碎石化专用施工设备及主要工艺
1、施工设备
（1）破碎设备
碎石化再生技术对破碎要求较高, 目前主要破碎设备有多锤头破碎机（Multiple – Head Breaker MHB)和共振破碎机两种。MHB是一种多锤头破碎设备, 如图2所示。它利用设备所带多个重锤的重力下落对水泥混凝土路面板进行锤击。破碎系统为中间备有2排各3对650 kg的锤头, 两侧各有1对865 kg的翼锤。每对锤头提升高度可独立调节, 最大提升高度113m, 重锤下落时可产生1138～1111 kN·m冲击能量(锤击功可以调节) 。MHB具备一次全宽破碎4m的能力, 设备工作速度一般在每天单车道115 km。破碎机装备了帷幕，防止破碎飞屑。
图2 MHB破碎机图3 共振式破碎机
共振破碎机的施工效率比较高, 如图3所示, 可以达到1英里车道/天。这种破碎机械产生的冲击能量传播范围较小, 对附件构造物的影响较小。其破碎宽度也较小, 需往返多次。
（2）压实设备
Z型钢轮压路机，见图4，为单压实轮、自装配、自动力的单钢轮振动压路机,钢轮外包Z型钢箍并通过螺栓固定在压实轮表面。从而确保碾压效果和表面的平整。振动压路机的最小毛重不低于9吨。
图4 Z型钢轮压路机
2、施工工艺
在实践推广过程中，该项技术经过最近几年的不断优化、不断发展，目前已经形成了一套较为成熟的工艺流程，主要的工艺流程为：MHB 破碎一遍→Z 型压路机振动压实2遍→采用级配碎石回填局部凹处→光轮压路机振动压实4~5 遍→测回弹弯沉值→挖换弹簧板块→撒布乳化沥青透层油→破乳后撒布石屑→光轮压路机静压2 遍→测回弹弯沉值（底基层面控制弯沉）→4~12 小时后摊铺HMA。
3、施工注意事项
(1) 根据路幅宽度调整一次破碎宽度, 通常可取一块水泥面板宽度值;
(2) 两次破碎工序之间的破碎宽度应有一定的重复范围, 建议交叉范围不小于30 cm,保证水泥面板得到充分破碎;
(3) 应控制多锤式破碎机的工作速度, 保证较好的破碎效果。
(4) 破碎完成后, 应检查破碎效果, 若不满足要求,应对局部位置重新破碎, 直至满足要求为止。
4、碎石化施工质量控制标准
碎石化施工完成后, 应保证碎石后的水泥路面层的强度、稳定性, 并及时进行相关检测及顶面回弹模量等进行检测, 如下表所示：
碎石化施工质量检验指标与频度
项次 检测项目 频率 质量标准
1 弯沉(0.01mm) 每车道每公里每20m连续测定，检查40~60个点 相关要求
2 顶面回弹模量 每车道每公里测定1~3个点 120~500MPa
3 表面沉降量 每20m取一点 小于5mm
4 外观检测 每公里开挖一个试坑 相关要求
5 顶部粒径 每20m一处 < 7.5cm
6 上部粒径 试验段每50m一处，不均匀时抽查5% < 22.5cm
7 下部粒径 试验段每50m一处，不均匀时抽查5% < 37.5cm
8 横坡度 每200m4个断面 正负0.5%
9 平整度 每200m2处，每处连续10尺 < 20mm
10 纵段高程 每200m2处 正负2cm
四、施工注意事项
进行碎石化处理的施工路段在没有摊铺完沥青混凝土面层之前不允许开放道路交通。
碎石化施工前, 要对施工路段上的桥梁、涵洞、通道、地下管线等的位置调查清楚,施工时必须对碎石化影响范围内的这些构造物进行安全避让。
碎石化要把75%的水泥混凝土路面破碎成颗粒（肉眼观测），表面尺寸要小于7.5cm，中间部分要小于22.5cm，底部要小于37.5cm。如果破碎后的颗粒粒径超过要求尺寸，应该对其进行再破碎或清除，清楚后用密级配的破碎粒料替换并压实。
旧路面碎石化后, 丧失了抵抗雨水滲透侵蚀的能力，所以路面碎石化后应及时进行加铺层的铺筑, 防止雨水的进入。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
水泥混凝土路面作为路面的主要结构形式，在路面使用期末，病害严重阶段，采用其它养护措施已不能保证路面使用性能时，必须进行破碎。破碎后可能的处理方式有两种：一是从原位移除，二是原位利用。移除的成本很高，而且往往造成对环境的不利影响。原位利用可解决以上问题，一方面降低成本，另一方面也不会对环境造成不良影响，是进行水泥混凝土路面重建的最佳手段。
原位利用的主要方式：一是压浆稳固后作为中下基层, 加铺基层后再重新铺筑路面；二是压浆稳固后作为基层, 加铺防止反射裂缝的土工材料后再重新铺筑路面；三是破碎再生后作为中下基层, 加铺基层后再重新铺筑路面；四是破碎后再生作为基层, 直接加铺路面，即旧水泥砼路面的碎石化技术。
经过长期的研究和试验, 其技术应用已基本成熟, 该技术的推广应用有利于节约资源、减少浪费、防止废料污染环境等优点。
二、碎石化技术简介
1、碎石化技术的基本原理
碎石化技术的基本原理是通过专用设备对旧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, 把混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到新铺路面可以允许的范围内，从而彻底解决反射裂缝问题, 为加铺路面提供坚实、安全的基础。
图1碎石化粒径分层
碎石化后强度形成机理：路面碎石化后分为三个层次, 即: 表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部, 破碎后表层约2 cm～5 cm, 碎石化上部厚度约10 cm, , 下部厚度约10 cm。如图1所示：
（1） 碎石化表层在压实过程中, 颗粒被压密, 形成嵌挤薄层, 通过洒布透层油(或石屑嵌缝料) , 具有一定的强度和稳定性；
（2） 碎石化层上部强度主要来源于内摩擦角和预压应力。而预压力来自板被破碎时, 混凝土产生侧向体积膨胀, 混凝土颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大, 产生的预压应力也越大；
（3） 碎石化层下部的强度主要来源于“联锁咬合”作用。同时没有竖向的贯穿裂纹(具35°～40°的斜向裂纹) , 在形状上具有较好的粘合度, 具有更好的结构稳定性。
2、 碎石化技术的特点
（1）有效防止反射裂缝的发生与发展：原混凝土面板由于其基层及板体自身的损坏, 处于一种不稳定状态。但同时又具有很高的强度及稳定性, 路面回弹模量与弯沉值趋于均衡, 在其上铺筑其他路面结构可有效防止反射裂缝的发生与发展。
（2）施工速度快：碎石化施工的工艺简单、方便、快捷, 多锤头式破碎机工作速度在400~600m/h, 每小时破碎的面积为1600~2400㎡。
（3）参数可控：破碎机的各种参数如落锤的高度、行驶速度等可根据工程实际情况设定, 控制系统根据设定可实现各种动作。
（4）环境污染小：有效利用了原有水泥混凝土路面, 避免因清除旧混凝土路面板而造成的环境污染。
（5）碎石化方法比其它重建方法费用低。
3、碎石化应用的一般标准
确定碎石化适宜条件是合理使用这种方法的前提，根据国内外资料，进行碎石化应具备以下条件：
（1）功能性罩面上出现大量反射裂缝（接缝处、纵横及不规则裂缝处和修补处）；
（2）大量接缝破坏，如：错台、翻浆和角隅破坏，以至于超过 20%的接缝需要修补；
（3）超过25%的板开裂；
（4）超过20%的工作长度出现纵缝缺陷，且宽度超过 10cm；
（5）超过10%的路面需要开挖修补以达到结构性要求；
（6）超过20%的路面已经修补或需要修补；
（7）出现冻胀开裂或碱集料反应或其先兆，需要加铺罩面或重建；
三、碎石化专用施工设备及主要工艺
1、施工设备
（1）破碎设备
碎石化再生技术对破碎要求较高, 目前主要破碎设备有多锤头破碎机（Multiple – Head Breaker MHB)和共振破碎机两种。MHB是一种多锤头破碎设备, 如图2所示。它利用设备所带多个重锤的重力下落对水泥混凝土路面板进行锤击。破碎系统为中间备有2排各3对650 kg的锤头, 两侧各有1对865 kg的翼锤。每对锤头提升高度可独立调节, 最大提升高度113m, 重锤下落时可产生1138～1111 kN·m冲击能量(锤击功可以调节) 。MHB具备一次全宽破碎4m的能力, 设备工作速度一般在每天单车道115 km。破碎机装备了帷幕，防止破碎飞屑。
图2 MHB破碎机图3 共振式破碎机
共振破碎机的施工效率比较高, 如图3所示, 可以达到1英里车道/天。这种破碎机械产生的冲击能量传播范围较小, 对附件构造物的影响较小。其破碎宽度也较小, 需往返多次。
（2）压实设备
Z型钢轮压路机，见图4，为单压实轮、自装配、自动力的单钢轮振动压路机,钢轮外包Z型钢箍并通过螺栓固定在压实轮表面。从而确保碾压效果和表面的平整。振动压路机的最小毛重不低于9吨。
图4 Z型钢轮压路机
2、施工工艺
在实践推广过程中，该项技术经过最近几年的不断优化、不断发展，目前已经形成了一套较为成熟的工艺流程，主要的工艺流程为：MHB 破碎一遍→Z 型压路机振动压实2遍→采用级配碎石回填局部凹处→光轮压路机振动压实4~5 遍→测回弹弯沉值→挖换弹簧板块→撒布乳化沥青透层油→破乳后撒布石屑→光轮压路机静压2 遍→测回弹弯沉值（底基层面控制弯沉）→4~12 小时后摊铺HMA。
3、施工注意事项
(1) 根据路幅宽度调整一次破碎宽度, 通常可取一块水泥面板宽度值;
(2) 两次破碎工序之间的破碎宽度应有一定的重复范围, 建议交叉范围不小于30 cm,保证水泥面板得到充分破碎;
(3) 应控制多锤式破碎机的工作速度, 保证较好的破碎效果。
(4) 破碎完成后, 应检查破碎效果, 若不满足要求,应对局部位置重新破碎, 直至满足要求为止。
4、碎石化施工质量控制标准
碎石化施工完成后, 应保证碎石后的水泥路面层的强度、稳定性, 并及时进行相关检测及顶面回弹模量等进行检测, 如下表所示：
碎石化施工质量检验指标与频度
项次 检测项目 频率 质量标准
1 弯沉(0.01mm) 每车道每公里每20m连续测定，检查40~60个点 相关要求
2 顶面回弹模量 每车道每公里测定1~3个点 120~500MPa
3 表面沉降量 每20m取一点 小于5mm
4 外观检测 每公里开挖一个试坑 相关要求
5 顶部粒径 每20m一处 < 7.5cm
6 上部粒径 试验段每50m一处，不均匀时抽查5% < 22.5cm
7 下部粒径 试验段每50m一处，不均匀时抽查5% < 37.5cm
8 横坡度 每200m4个断面 正负0.5%
9 平整度 每200m2处，每处连续10尺 < 20mm
10 纵段高程 每200m2处 正负2cm
四、施工注意事项
进行碎石化处理的施工路段在没有摊铺完沥青混凝土面层之前不允许开放道路交通。
碎石化施工前, 要对施工路段上的桥梁、涵洞、通道、地下管线等的位置调查清楚,施工时必须对碎石化影响范围内的这些构造物进行安全避让。
碎石化要把75%的水泥混凝土路面破碎成颗粒（肉眼观测），表面尺寸要小于7.5cm，中间部分要小于22.5cm，底部要小于37.5cm。如果破碎后的颗粒粒径超过要求尺寸，应该对其进行再破碎或清除，清楚后用密级配的破碎粒料替换并压实。
旧路面碎石化后, 丧失了抵抗雨水滲透侵蚀的能力，所以路面碎石化后应及时进行加铺层的铺筑, 防止雨水的进入。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。