行業(yè)資訊
水泥混凝土路面“白改黑”施工工藝研究與探討
一、前言
路面“白改黑”施工工藝，以其經(jīng)濟、環(huán)保、高效，及改造后的優(yōu)良的綜合路用性能，廣泛應(yīng)用于混凝土路面的改造工程中。本文分別對“白改黑”工藝的技術(shù)背景、優(yōu)勢、典型的施工方案及工藝路線以及科學(xué)選擇工藝方案的決策機制進行了分析和探討，為混凝土路面“白改黑”施工工藝的工程實施提供參考和借鑒。
目前我國的水泥路面的總量巨大，特別是三級以下公路中硬化路面基本都是水泥混凝土路面，尤其農(nóng)村“村村通”工程實施后，混凝土路面里程激增。隨著經(jīng)濟發(fā)展和交通量快速增加，未來混凝土路面維護翻修的總里程量也必然將越來越大。因此，針對水泥混凝土路面的維修、改造、養(yǎng)護等問題和工藝的研究和分析勢在必行。
道路“白改黑”, 是在水泥混凝土路面上, 經(jīng)過改造處理、鋪設(shè)瀝青混凝土, 使原來的混凝土剛性路面（灰白色）改建為瀝青混凝土柔性路面（黑色），俗稱“白改黑”。舊水泥混凝土路面“白改黑”技術(shù)因其兼具瀝青混凝土路面路用性能優(yōu)異和充分發(fā)揮舊水泥混凝土路面強度高的特點，被廣泛應(yīng)用于舊混凝土路面的改建工程。
二、技術(shù)背景
我國從20 世紀(jì)70 年代開始，許多道路尤其是南方的許多省際干線公路都建成了造價相對便宜的水泥混凝土路面。目前，我國水泥路面的里程數(shù)總量巨大，特別是高速公路等級以下的各等級公路，國道、省道、縣道等，如表1 所示。其中，高速公路水泥混凝土路面比重約為7.3%，一級公路水泥混凝土路面比重約為40% ；二級公路水泥混凝土路面比重約為57%。隨著我國改革開放以來國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，公路交通量和汽車載重量日趨增加，在社會經(jīng)濟大發(fā)展帶來的重交通負(fù)荷沖擊下，同時由于設(shè)計、材料、施工技術(shù)、施工管理和質(zhì)量控制等方面的不足，以及自然災(zāi)害的破壞等原因，使得水泥混凝土路面在投入使用3 ～ 5 年后，就出現(xiàn)了大量的早期破壞，大量出現(xiàn)了斷板、錯板、裂縫、剝落、坑洞等損害，從而嚴(yán)重影響了行車的速度、舒適性和安全性。舊混凝土路面大修改造的工程任務(wù)量巨大，亟待有經(jīng)濟可行、環(huán)保方便的養(yǎng)護工藝來解決，而“白改黑”工藝的運用也逐漸普及和成熟。
三、路面白改黑工藝的優(yōu)勢
1、路面白改黑解決的問題
白改黑首先解決的是混凝土路面在使用過程中出現(xiàn)的早期破壞和病變，比如出現(xiàn)的斷板、錯板、裂縫、剝落、坑洞等損害，通過因地制宜采取針對性的處理措施和“白改黑”工藝，解決上述這些病害，從而整體提升路面路用效果，提升路面使用品質(zhì)，提高行車舒適性。此外，通過混凝土路面的“白改黑”改造，還能解決水泥路面一些固有的問題：
（1）解決了由于混凝土材料特性限制，所設(shè)置的接縫和各種漲縫，從而導(dǎo)致行車舒適性較差、行車胎噪聲大的問題；
?。?/span>2）水泥混凝土路面磨耗后，容易造成灰塵到處飛揚；
?。?/span>3）白色水泥混凝土路面配上標(biāo)志線的視覺效果也較差，易引起視覺疲勞，且光線吸收差，反光、眩目，也易造成交通事故；
（4）路面一旦出現(xiàn)破損，必須整塊破碎挖除，產(chǎn)生大量廢料，污染環(huán)境，且受水泥凝結(jié)期限制，澆筑后須等待較長時間才能開放，工程量和對交通影響較大。
2、路面白改黑帶來路用效果的優(yōu)勢
典型的“白改黑”工程前、后，原路面和改造后新路面的對比外觀如圖1 所示，相比水泥路面，改建后的瀝青路面具有以下優(yōu)勢：
?。?/span>1）瀝青路面美觀、行車舒適、胎噪聲小，有利于提高輪胎的抓地力;
（2）具有較強的防滑性，從而提高行車安全系數(shù);
（3）瀝青路面后期便于維護，相應(yīng)工程量及對交通的影響小。
（4）瀝青材料可以進行反復(fù)利用, 有效地提高資源的利用率。
四、路面“白改黑”工藝方案的選擇決策
對于服務(wù)時間較長的水泥混凝土道路，首先根據(jù)路面結(jié)構(gòu)和交通量（以往交通量和預(yù)測交通量）計算面板的剩余壽命，并結(jié)合實際的養(yǎng)護歷史和道路的路況制定近期的養(yǎng)護規(guī)劃．確定舊水泥混凝土道路改造方案時需要根據(jù)實際道路的破損情況，并針對不同的改造措施進行技術(shù)和經(jīng)濟上的對比，從而確定最佳的改造措施[4][5]。
如果面板剩余壽命較長，并且根據(jù)養(yǎng)護歷史數(shù)據(jù)得出裂縫和斷板病害出現(xiàn)頻率較低，此時只需要進行常規(guī)的水泥混凝土路面養(yǎng)護處理。 如剩余壽命所剩無幾，并且面板更換頻繁，嚴(yán)重的甚至局部路基出現(xiàn)破壞，此時需要對舊路進行相應(yīng)的處置或修復(fù)后才能作為“墊層”進行白改黑改造[3][7]。
五、路面白改黑典型方案及工藝
方案一：局部基層修復(fù)，拉毛處理，中間粘結(jié)層施工，攤鋪瀝青面層
典型工藝流程：修復(fù)基層→（拉毛原路面）→噴油→鋪土工布（灑布橡膠瀝青→灑布瀝青碎石）→碾壓→攤鋪瀝青面層→碾壓，其施工情況如圖2 所示。
其中也有用橡膠瀝青+ 瀝青碎石代替土工布作為應(yīng)力吸收層。該方法適用于路面破損不嚴(yán)重，斷板率較低（低于20%）情況。
施工前鑿平或用瀝青砂調(diào)平板塊錯臺嚴(yán)重部位，對板底脫空采取壓漿補強處理, 更新或補灌舊路面板接、裂縫，將舊路面上尖銳凸出部分鏟除，采用銑刨機或拋丸機拉毛原水泥路面，并對原路面徹底清掃，不得含有污物、塵土、碎石?；鶎犹幚頇z查合格后, 采用瀝青灑布機在舊路面上均勻噴灑一層乳化瀝青。待粘層乳化瀝青破乳后，由人工或?qū)Ｓ迷O(shè)備鋪設(shè)土工布， 并在表面用輕型工具碾壓，使土工布與舊路面緊密粘結(jié)。土工布鋪設(shè)完成后，可進行瀝青面層的施工[6]。
在舊水泥混凝土基層與瀝青面間鋪設(shè)一層專用土工布，其作用在于使加鋪層與舊混凝土路面之間形成彈性的間層, 減小層間結(jié)合力，將反射裂縫應(yīng)力由垂直方向轉(zhuǎn)為水平方向，并擴展至更寬范圍，避免應(yīng)力集中，起到緩裂、防裂的作用，防止加鋪層的反射開裂，同時防止雨水下滲對基層造成破壞。
方案二：處置基層，原板塊破碎，新鋪中間層，最后攤鋪瀝青面層
典型工藝流程：基層處治→板塊破碎→碾壓→撒布透層油→撒布石屑→碾壓→（攤鋪水泥穩(wěn)定碎石基層/ 瀝青穩(wěn)定碎石基層）→攤鋪瀝青面層→碾壓，其施工情況如圖3 所示。
其中，由于公路等級不同，在石屑層和瀝青面層之間可以設(shè)置水泥穩(wěn)定碎石層或瀝青穩(wěn)定碎石層。該工藝適用于路面大面積已遭破壞、喪失了整體承載能力，斷板率較高（20% 以上）或已不能達到結(jié)構(gòu)強度要求的情況。
該方案一般是利用特殊施工機械，在對局部破壞嚴(yán)重的基層進行處治后，將舊水泥混凝土板塊破碎成較小的粒徑（通常，底部不超過37.5 cm，中間不超過22.5 cm，表面不超過7.5 cm），采用Z 型壓路機碾壓后作為新路面結(jié)構(gòu)基層或底基層。
碾壓完畢，要及時撒布透層油，目的在于穩(wěn)固表面碎石，防止形成滑動層。撒布完透層油，及時撒布小石屑，用輪胎壓路機碾壓穩(wěn)定，然后再加鋪新的瀝青面層。
其中，板塊破碎環(huán)節(jié)所采用的破碎設(shè)備可分為多錘頭破碎、沖擊破碎和共振破碎等幾種工藝，每種工藝所采用設(shè)備的破碎碎塊尺寸及結(jié)構(gòu)有所不同。
關(guān)于破碎工藝的選擇，要通過對個破碎工藝的施工速度、工程造價、路面板材料再生利用率、舊水泥路病害處理程度、工程適用性幾個方面綜合考慮，對其進行分析評價。例如，某白改黑工程各種破碎工藝的分析評估見表2。
據(jù)分析評分結(jié)果，選定多錘頭破碎技術(shù)，原路面破碎處理后作為改造后新路面結(jié)構(gòu)中的墊層。破碎后其頂面的回彈模量E0 一般都比碎石化前有所降低，并且方差較低，說明現(xiàn)場碎石化后頂面強度更加均勻，絕大部分路面E0 值在200MPa 以上[1]。多錘頭破碎、共振破碎及沖擊式破碎工藝所采用的設(shè)備及施工效果如圖4 所示。
方案三：移除原舊混凝土板塊，局部路基修整，重新攤鋪水穩(wěn)層，最后攤鋪瀝青面層
典型工藝流程：板塊破碎→清理移除→碾壓土基→攤鋪水穩(wěn)碎石層→碾壓→養(yǎng)生→攤鋪瀝青面層→碾壓，其施工情況如圖5 所示。
本改造工藝最為徹底，也是最復(fù)雜和成本較高的工藝，需移除舊水泥混凝土板塊，然后重新鋪水穩(wěn)層，最后加鋪新瀝青面層，改造成為黑色路面。該工藝適用于路面大面積破壞過于嚴(yán)重，同時局部路基已遭破壞的情況[5]。
移除舊路面后，需對路基進行檢測評估，并對局部遭破壞的路基施進行治理修復(fù)。路基處置完成后續(xù)工藝方案與新筑路面基本一致，其中水泥穩(wěn)定土碎石基層一般設(shè)計厚度為25 ～ 38 cm，基層較厚時，為保證壓實度，普遍采用分層施工，分上基層和下基層兩次施工，每層壓實厚度不超過20 cm，下層施工完畢后至少養(yǎng)生7 天方可進行上層施工。
這種方案初期投入較大，施工周期也較長，費時費力，移除的舊水泥混凝土又很難再加以利用，造成很大的浪費，并會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。其中舊板塊的破碎一般選擇液壓沖擊錘進行，破碎成可以裝運的大塊就可以移除運走了。
六、路面白改黑工藝的關(guān)鍵問題
綜上所述，路面白改黑通常采取的措施為在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青層，由于舊路面板接縫、裂縫的存在，車輛通過時裂縫兩層產(chǎn)生剪應(yīng)力，加上溫度變化引起的熱脹冷縮，造成水平方向位移。路面白改黑的兩個關(guān)鍵問題，也是難點問題：一是治理和防止水泥路面裂縫的反射問題；二是處理好瀝青面層和混凝土路面板塊的層間粘結(jié)問題。
七、結(jié) 論
在目前我國的混凝土路面的里程總量巨大的背景下，水泥混泥土“白色”路面待維修、改造、養(yǎng)護的需求十分突出。經(jīng)過大量的研究和工程實踐，“白改黑”工藝以其經(jīng)濟、環(huán)保、改造后較好的路用性能等優(yōu)點，已經(jīng)成為重要的混泥土路面提質(zhì)改造手段，已經(jīng)在等級公路、市政等工程實踐中廣泛應(yīng)用。
針對原水泥混凝土路面狀況全面調(diào)查和正確評價是合理進行加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要條件。基于路面白改黑防反射裂縫及層間粘結(jié)兩大關(guān)鍵問題，以及原水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工、交通載荷等特性的千差萬別，在加鋪改造前需要對原路面結(jié)構(gòu)性能進行全面的調(diào)查、分析、評價。 “白改黑”的工藝方案應(yīng)根據(jù)原舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)、道路等級、現(xiàn)時路況性能（斷板率、裂縫、路基狀況等）、養(yǎng)護水平、交通量等參數(shù)科學(xué)的確定白改黑工藝方案，合理設(shè)計加鋪層結(jié)構(gòu)。
在“白改黑”工程過程中因地制宜合理確定路面結(jié)構(gòu)及厚度，過程質(zhì)量控制要重點防止反射裂縫、保證新鋪層與原路面的粘結(jié)力，同時要控制好施工各環(huán)節(jié)以提高新面層高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能及水穩(wěn)定性能等。
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