一、碎石化技术发展历程

水泥混凝土路面共振碎石化技术（下称：该技术）1986年在美国纽约州首次使用，美国50个州中至少38个州已推广应用，该技术是继打裂压稳法、破碎压稳法、多锤头碎石化法之后升级产生，我国2004年引进、2005年开始应用。目前，在我国国省干线、高速公路水泥混凝土路面改造为沥青路面（俗称：白加黑、白改黑）中已大面积使用，累计里程达3000余公里、面积达3500余万平方米。使用效果表明：该技术具有无反射裂缝、原路面材料100%循环利用、节省造价30%以上等优势，是“白改黑”的一项成熟技术。

二、共振碎石化形成机理

该技术采用高频、低幅振动破碎原理，共振破碎机通过振动头高频振动激励下方的水泥混凝土路面（下称：水泥板），当施加的激励频率与水泥板的固有最低频率接近时，振动头与水泥板产生共振，使水泥板瞬时破碎。

图1 共振碎石化原理

三、碎石化后形成的结构

共振碎石化后，水泥板表面形成了5cm—8cm（约板厚的1/4—1/3）断级配碎石层，水泥板剩余部分形成了沿路线纵向与水平向成30°～60°夹角的啮合嵌挤、众多不规则裂缝但又相互交织并贯通的块石状裂而不散的结构。

图2 共振碎石化后结构示意图

 图3 共振碎石化后剖面图

四、碎石化层的结构特征

共振碎石化后，水泥板碎裂为一层高强度的粒料层。由于碎石化层由具有高强度的散粒体构成，使碎石化层具备较高抗压强度、抗剪切强度、透水和耐水性；因不具备受拉能力，故不传递裂缝末端处较大的拉应力或拉应变。由于碎石化层由啮合嵌挤、众多不规则裂缝但又相互交织并贯通的块石构成，属柔性化体系，其弹性模量与原路面基层匹配，加铺沥青混合料结构层后，路面下基层、上基层、碎石化层、沥青面层等结构组合更趋近柔性路面层状弹性体系假设。

五、“白改黑”常用方案的比较

1、直接加铺沥青结构层

将己破损的水泥混凝土板作恢复性处理、脱空部分作填充处理、对水泥板的纵缝和横缝作防裂处理，再在其上加铺沥青层。由于未彻底消除水泥板产生竖向位移、水平位移、翘曲变形的根源，道路运营一段时间后，沥青面层沿水泥板的纵缝和横缝处产生规则的反射裂缝。

图4 直接加铺反射裂缝

2、块状破碎加铺沥青层

采用打裂压稳法、破碎压稳法、多锤头碎石化法破碎，使水泥板形成不规则的独立块状，再在其上加铺半刚性基层，然后铺筑沥青层。由于破碎时易扰动水泥板下的基层，导致局部地段承载能力不足，成为路面病害的隐患区域；破碎后不规则的水泥块单个尺寸过大，易形成应力集中，造成加铺的半刚性基层破坏，形成不规则的裂缝，并与半刚性基层结构性裂缝叠加，使沥青路面产生不规则的反射裂缝。

图5 块状破碎加铺不规则反射裂缝

3、共振碎石化加铺沥青层

采用共振破碎机使水泥板碎石化，表面撒布补充2.36mm-5mm石料整平、碾压、成型，再洒布乳化沥青或建立同步碎石封层或建立沥青贯入层，形成过渡层，既具封层功能又具应力吸收功能，然后铺筑沥青混合料结构层。经过碎石化处理后，一是使原刚性结构完全改变成了柔性体系，彻底根除了反射裂缝源；二是碎石化层具有优良的排水性，路表下渗水能迅速外排，消除了产生路面水损害的隐患；三是路面下基层、上基层、碎石化层、沥青面层等结构组合更符合弹性力学基本假定的层状弹性体系，白改黑后的沥青路面受力更均匀，更利于延长路面的使用寿命。从已经采用“共振碎石技术”白改黑的项目后评价表明，路面无裂缝、无结构性再破坏现象发生；若根据路面面层的磨耗情况适时实施预防性养护措施，我们将实现长寿命周期路面的预期。

六、“白改黑”共振碎石化技术优势

1、彻底根治了沥青路面产生反射裂缝的源头；

2、原路面、原基层100%利用，不产生弃碴、不需要填料，综合噪音小；

3、缩短施工工期30%以上，节省建设投资30%以上；

4、破碎后立即开放交通，对交通干扰小；

5、沥青路面寿命10年以上，大大降低了日常养护费用。

七、施工过程照片

 

八、“白改黑”共振碎石化应用效果

图6  共振碎石化5年后路面局部效果

图7  G210国道通车5年后路面整体效果

 图8 益常高速（通车3年）

图9 G108冕宁县至拖乌山段（通车4年）