水泥混凝土“白改黑”的几点浅见

韩方伟

（徐州市交通规划设计研究院 ，江苏徐州 221006）

0 前言

由于水泥混凝土路面具有承载能力强、稳定性好、材料易得、有利环保、耐久性优良等优点，在全世界各地得到广泛应用。我国在20世纪90年代修建了大量的水泥混凝土路面，到2000年，公路水泥混凝土路面的总里程已达到118576 km。徐州及周边地区在这一时期也修建了大量的水泥混凝土路面：横贯徐州东西的310、311国道、323省道，连通南北的104国道，252省道。经过一、二十年的使用，这些水泥混凝土路面陆续出现了各种病害，严重影响了道路的正常运营，因此需要对这些道路的路面进行改造。水泥混凝土路面改造有“白改白”和“白改黑”两大类改造方式，具体选用哪种改造方式应根据具体情况进行抉择。

随着经济的发展，车辆保有量的快速增加，特别是小轿车保有量的迅猛增长，对道路行驶舒适性要求提出了更高的要求。另外，由于水泥混凝土路面接缝多，且易于破坏；路面一旦出现破坏，维修较为困难；水泥混凝土路面的光、热反射能力较大，容易造成驾驶员眼部疲劳，增加安全隐患等缺点。水泥混凝土路面改造大都选择“白改黑”的改造方式。

水泥混凝土路面“白改黑”具体的改造方案应根据水泥混凝土路面破损及弯沉情况，道路路基情况等综合确定。总得来说，有以下两类方法：（1）处治原混凝土板后加铺沥青面层；（2）破碎或挖除原有混凝土板后加铺沥青面层。下面结合徐州地区已改造道路的经验和教训，对这两类方法作些介绍。

1 修复破损的水泥混凝土路面，加铺沥青混凝土面层

该方法主要利用现有混凝土面板的强度，以混凝土面板作为主要承重层。一般来说，这种方法较为节省投资，但也存在混凝土面板接缝容易反射至沥青面层形成反射裂缝，加铺层与原混凝土板间黏结较差这两种主要病害，尤以反射裂缝最为严重，也最难处治。为减缓水泥板反射裂缝，通常有三大处理方案。

1.1 改善罩面层的厚度与性能

最有效的方法就是增加罩面层的厚度，根据相关研究，沥青混凝土加铺层厚度超过15 cm可以改变整个路面结构的应力状况，减少温度对老路混凝土板块的影响，但增加厚度也意味着增加成本。另外，在加铺层沥青混合料的配比上，改变组成材料，优化骨料级配，包括采用改性沥青、橡胶沥青来提高加铺层的变形能力，添加一些添加剂来提高混合料的变形能力或者是强度。也可以采用沥青含量比较高的混合料类型，比如SMA混合料。经验表明，由于沥青用量比较高，所以抗反射裂缝的效果比较好。当然，采用这种沥青混凝土工程造价更高。成本过高是制约使用加厚沥青混凝土面层这种方法的主要原因。

1.2 采用中间层

中间层分为两种类型：一是高模量的夹层，例如玻纤格栅、聚酯纤维布等土工材料。由于材料模量比较高，抗拉强度高，加铺在罩面下，在沥青混凝土裂缝产生后与沥青混凝土共同受力，可提高面层的抗拉强度，起到一定延缓反射裂缝的作用；但其在垂直方向上刚度很小，抗剪能力很弱。二是采用低模量的夹层，通常称为应力吸收薄膜夹层(SAM)。这种材料比较柔软，变形能力很强，即使在较大的变形下仍然不会开裂，可以将水泥板受力不同而产生的一定位移、裂缝在这一层消散掉，就不会向加铺层上反射。这种方法对夹层的施工要求较高，另外其实际使用效果有待观察。

1.3 采用补强层

当旧混凝土路面破损严重或道路的交通量尤其是重载交通量比较大时，在沥青罩面层和处治后的混凝土路面之间增加一层基层。常用的方式是采用半刚性基层，以增加加铺层的厚度，减少反射裂缝发生的几率，并尽可能地降低造价。这种方式对老路水泥混凝土面板的处治要求不如以上两种方式严格，施工速度较快，质量易于控制，因此在路面改造工程中应用得比较广泛。但其防止、减缓反射裂缝的效果也不是十分理想，老混凝土面板的接缝、裂缝始终是隐患，特别是纵向接缝易在沥青面层形成反射裂缝；同时路面加高过高，对沿线村镇居民生产、生活均有不利影响。

徐州市三环南路（311国道）位于泉山、珠山山脚，岩层埋藏浅，地质情况良好，路基稳固；路面破损较少，总体PQI为89分，评定标准为良级。因此采用修复病害板块，然后油毛毡贴缝，铺筑应力吸收层后加铺沥青混凝土的改造方法。铺筑应力吸收层之前彻底修复病害板块：更换破碎板，修复或增设传力杆及拉杆，修补和填封裂缝，磨平错台，压浆填封板底脱空，清除旧混凝土面层表面的松散碎屑、油剂和轮胎擦痕，剔除接缝中失效的填缝料和杂物，并重新封缝。所有的纵缝及横缝均采用油毛毡贴缝，整体加铺一层2 cm厚改性沥青吸收层，然后铺筑12 cm的沥青面层。经过近3 a的运营，沥青面层很少病害产生。但同样的方法用在310国道徐州西段及104国道徐州北段水泥混凝土路面改造上，3 a内沥青面层便产生大量的裂缝。经调查发现主要有以下两个原因：一是因为这两段道路通行重车较多，在重型荷载作用下，应力吸收层失效；二是这两段道路路基均为土基，地质相对较差。

淮北市303省道水泥路改造采用了类似方法修复水泥混凝土面板，再满铺玻纤格栅，然后加铺12 cm沥青面层的方法。从使用效果来看，不到4 a路面即出现大量病害，其中以裂缝类为主。

徐州地区大部分水泥混凝土路面改造采用的是修复水泥板后加铺水泥稳定碎石及沥青面层的方法。修复混凝板土时，采用混凝土更换破碎板，大面积的破碎板也可采用水稳碎石修复，压浆填封板底脱空。然后加铺18 cm或20 cm水泥碎石及沥青混凝土面层。该方法由于加铺层较厚，使用时间较长，但也不能防止水泥板接缝反射至沥青面层上，一般不超过6 a，沥青面层就会出现较多反射裂缝，尤其是纵向裂缝（行车道和硬路肩之间纵向裂缝最为显著）。

由此可以看出使用修复混凝土面板，加铺面层的方法较难实现理想的改造目的。对于位于地质条件较差，路基存在隐患的道路更需要谨慎选择这类方法。

2 挖除或破碎旧水泥板加铺基层及沥青面层

在现行规范中，该类方法适用于水泥混凝土面板破损严重，板底脱空也很严重的道路大修改造。具体有以下几种方法。

2.1 挖除旧水泥板加铺基层及沥青面层

挖除所有的旧水泥板，利用现有的路基及基层作为新铺沥青混凝土路面的路基及底基层，在其上铺筑基层及沥青面层。这种方法最为彻底，不存在反射裂缝的问题，且能够较好地发现并处理老路路基的缺陷，同时可以降低加铺后的路面高程。其主要缺点是挖除全部水泥板的社会负面影响较大，加铺的基层厚度较大，投资较多。

2.2 破碎旧水泥板加铺基层及沥青面层

此种方法是将混凝土板破碎成小块，用做新建路面的底基层或垫层，其上加铺基层及沥青面层。根据打裂破碎的方式，可分成两种类型。

2.2.1 打裂压稳工艺（冲碾）

原理是将旧混凝土路面采用冲击的方法进行破碎，减小板块的尺寸效应，从而减少接缝处的位移，打碎以后碾压，再加铺基层和沥青面层。工程经验表明，这种方式可以起到一定的延缓反射裂缝的作用。

2.2.2 碎石化(Rubblization)处理

采用多锤头破碎机将水泥混凝土路面彻底破碎，消除原水泥混凝土路面病害，且碎石化后的粒径合理，不会产生应力集中现象，使原水泥混凝土板块在平面上强度分布均匀，还能保留原水泥混凝土路面的一定强度。破碎后，采用Z型压路机进行碾压，消除脱空效应，再加铺基层与沥青面层。该方法在国内有推广应用的趋势。

在该类方法中，打裂压稳工艺（冲碾）最为简单，且投资相对较少。冲击破碎后的水泥混凝土消除了脱空，但由于板块较大，板块之间的裂缝也较容易反射至沥青面层。而且由于板块之间缝隙较大，容易产生不均匀沉降等病害。碎石化方案较好地处理了这一问题，但由于碎石化噪音及振动较大，在城镇等建筑物及人群密集路段不宜使用。另外，由于碎石化经验不足，较容易导致改造失败。挖除所有的混凝土面板，处治老路路基及基层后，按照新建沥青混凝土路面建设新路面能够彻底解决混凝土反射裂缝问题，且施工方便，质量易于保证。其主要问题是浪费较为严重，且废弃混凝土面板容易造成环境污染。针对这一问题，可以购置一套混凝土板破碎回收设备，将挖出的混凝土板破碎、筛分，回收其中的碎石和石粉。为节省运费，可将破碎回收设备与半刚性材料拌和站安置在同一场地。这样一套设备还可以用于粉碎建筑垃圾以生产免烧砖，也可以用于今后大面积的水泥混凝土农村公路大修改造。

淮北市303省道水泥混凝土路面破损严重，采用了冲碾后加铺36 cm水泥稳定碎石基层及12 cm沥青混凝土的改造方法，未超过5 a，路面产生了大量病害。而310国道邳州东段由于沿线穿经城镇较多，采用了挖除现有两层混凝土板（共47 cm），然后加铺了36 cm水泥稳定碎石基层及12 cm沥青混凝土，改造后5 a仅出现少量病害，而且主要是水稳稳定碎石裂缝导致的反射横向裂缝。

3 结语

水泥混凝土路面“白改黑”改造方案的选择主要依据老水泥路路基及路面破损情况而定。从水泥混凝土路面改造技术现状来看，修复老路加铺沥青面层一直未能彻底解决反射裂缝问题。结合徐州及周边地区水泥混凝土路面改造情况，建议采用碎石化或破碎挖除回收碎石的方法来改造水泥混凝土路面。

[1]JTG D40-2002，公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[2]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[3]蒋应军著.重载交通水泥混凝土路面[M].北京：中国科学技术出版社.

[4]王松根，等著.就水泥混凝土路面碎石化技术应用指南[M].北京：人民交通出版社.

[5]廖卫东，陈栓发，李祖仲著.改性沥青混合料应力吸收层材料特性与结构行为[M].北京：科学出版社.