旧水泥混凝土路面“白加黑”改造技术分析
摘要：随着服役年限的不断增加，部分旧水泥混凝土路面渐渐无法满足实际的需要。
在此背景下，旧水泥混凝土路面的加铺即“白加黑”逐渐引起了业内人士的重视。
本文对旧水泥混凝土路面的加铺技术展开研究和探讨，结合某道路改造工程的实施，阐述了旧水泥混凝土路面处治的方法和加铺沥吉混凝土方案，供同行参考。
毕业论文网 关键词：沥青加铺；白加黑；反射裂缝；关键技术 中图分类号：U416.216 文献标识码：B 文章编号：1008—0422（2014）07—0178—02 1 引言 在我国，由于水泥混凝土路面具有承载能力高、成本低、取材方便等诸多优点，在很长一段时间内被广泛应用于干线公路及城市道路。
但是随着使用年限的增加及用户使用要求的提高，其行车舒适性差、噪声大、养护不便等缺点也逐渐暴露出来。
目前，越来越多的水泥混凝土路面尤其是城市道路都将改造成行驶性能更优的沥青混凝土路面（俗称“白加黑”）。
如何有效防止和控制老路面的反射裂缝是旧水泥混凝土路面改造过程中的重点。
2 反射裂缝的成因分析 水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝主要是由于温度应力和交通荷载以及它们的耦合作用引起的。
交通荷载主要引起加铺层的剪切型反射裂缝，在车轮荷载的作用下，接缝两侧的弯沉差过大而引起沥青加铺层的剪切破坏并逐步向上扩展，形成荷载型反射裂缝（如图1所示）。
温度变化使得路面结构产生两种变形，第一种是由于温度下降使得接缝处沥青加铺层及水泥混凝土路面板产生收缩而引起张开型反射裂缝。
第二种是由于昼夜温差导致各结构层存在温度梯度，且不同材料具有不同的热膨胀系数，造成水泥混凝土路面板及沥青加铺层的收缩及翘曲而导致加铺层的反射裂缝（如图2所示）。
导致水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝形成的因素较为复杂，不论是单一因素还是多种因素综合作用，所引起的反射裂缝通常都经历三个阶段：第一阶段为起裂阶段，沥青加铺层由于旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处存在原始的缺陷，使路面结构不完整。
路面结构在温度荷载或交荷载或其耦合作用下产生的应力和位移在接缝处不再连续，并产生较大的应力集中。
第二阶段为稳定扩展阶段，沥青加铺层在外力的反复作用下引起的应力集中使裂缝在加铺层的厚度方向纵向向上扩展和其表面的横向扩展。
第三个阶段为破裂阶段，沥青加铺层经过温度和交通荷载的反复作用，反射裂缝最终贯穿整个沥青加铺层。
3 旧水泥混凝土路面加铺沥青面层关键技术 根据反射裂缝的成因，本文提出了旧水泥混凝土路面加铺沥青面层的三个关键技术： 3.1 旧水泥混凝土路面病害处理 旧水泥混凝土面板处理是工程成败的关键，目前，旧水泥混凝土路面病害处理主要有三种方式：一是旧板处治，对旧板进行病害处治后利用为基层：二是旧板破碎，对旧板进行病害处治后利用为基层或垫层：三是旧板破除废弃。
旧水泥混凝土路面采用哪种方式处理，主要取决于旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定结果，因此，旧路面板块处理前应对旧水泥混凝土路面进行检测调查。
当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良、中、次时，可采用旧板处治方案，处治合格后，再加铺沥青面层。
常见的旧板破碎的主要做法是旧路面打裂压稳、冲击压实及旧板碎石化处理。
打裂压稳改建方案，打裂后应使75%以上的旧混凝土板产生不规则开裂，相邻裂缝形成的块状面积为0.4—0.6m2。
冲击压实改建方案，打裂后应使75%以上的旧混凝土板断裂成40cm—60cm碎块并交错咬合成稳固的整体。
碎石化改建方案，破碎后应使75%以上的旧混凝土板破碎成最大尺寸小于40cm的颗粒。
常见的旧板处治方法如表1。
旧水泥混凝土路面采用上述方法处治后，须进行路面弯沉检测，其质量控制标准为：经综合处治后的旧混凝土路面应满足接缝或裂缝处的板边弯沉小于20（0.01 mm），弯沉差小于6（0.01mm），错台小于5mm，若上述三项弯沉指标均满足要求，则可直接加铺沥青面层，若不满足，应在加铺前修补处治旧路面不满足要求的路段至合格。
国内外的研究资料表明，旧板处治后沥青加铺层的反射裂缝无法避免，只能延缓和减少，要根治反射裂缝唯有把旧路破碎化，但旧路破碎却不能充分利用现有旧路的剩余强度，造成投资浪费。
为了延缓和减少沥青加铺层的反射裂缝，可通过合理设置水泥混凝土面板和沥青面层之间的夹层。
2.2 旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层的设置 在旧水泥混凝土路面板和加铺层之间设置夹层，可以使沥青加铺层底面的应力或应变因偏离应力集中的接缝（或裂缝）端部而降低，同时也可以改变包括夹层在内的加铺层结构的抗拉和抗剪能力，目前，常用的夹层种类较多，可分为四大类。
2.2.1 应力吸收层 应力吸收层，在旧混凝土路面上设置一层高弹性低劲度的沥青软夹层，包括美国Koch公司的Strata系统（价格昂贵），中国自主研制的应力吸收层如：普通基质沥青应力吸收层、层布法应力吸收层、同步碎石封层、橡胶应力吸收层等。
其作用为降低旧混凝土面层与沥青加铺层之间的粘附阻力，使二者易于蠕动和滑移，从而减少温度下降引起的反射裂缝；同时，由于隔开了接缝（裂缝）端部，也可以降低加铺层底面的荷载应力。
2.2.2 土工格栅 包括聚丙烯或聚酯土工格栅、玻璃格栅和金属格栅。
既有较高拉伸强度，又有一定变形延展能力，对于温度和荷载引起的反射裂缝都有一定的抑制作用。
常用的材料有聚酯土工格栅、玻璃纤维格栅等。
2.2.3 土工织物夹层 包括聚丙烯或聚酯织物以及聚乙烯、聚酯无纺织物，其作用原理与橡胶沥青应力吸收夹层相同，而织物由于模量稍高，可对加铺层起少量加筋作用。
常用的材料有防水卷材贴缝和抗裂贴等。
2.2.4 裂缝缓解层 主要为大粒径开级配沥青碎石和级配碎石。
大粒径沥青碎石的厚度，一般为80—120mm，级配碎石的厚度一般为100—150mm。
其作用为削弱拉应力、拉应变的传递能力，并且能消散、吸收由交通荷载及温度变化产生的荷载应力和温度应力。
2.3 沥青加铺层 根据反射裂缝的机理，为延缓和减少反射裂缝，沥青加铺层主要应从结构和材料两方面进行综合考虑。
2.3.1 加铺层结构组合 以国内沥青路面设计理论为依据，以弹性层状连续体系理论为基础，利用钻孔和弯沉检测得到的结构参数进行分析，并按沥青路面的设计指标（路表弯沉值、层底拉应力和沥青层剪应力）计算确定所需厚度。
根据国内经验表明，沥青混凝土面层的最小厚度为8—10cm比较理想，面层厚度超过10cm，可有效防止受拉疲劳产生的裂缝，还可以降低车辆荷载引起的剪应力。
2.3.2 加铺层的材料选择 原材料是影响沥青混凝土质量的根本所在，严格把好进场材料关对沥青混凝土生产质量将产生至关重要的影响。
关键的材料沥青要选重交通道路石油沥青、改性沥青或橡胶沥青，其性能、指标必须符合高等级路面施工要求。
材料中适当增加沥青用量，减小混合料空隙率，可延缓裂缝的扩展。
3 工程实例分析及应用 湖南娄底市湘阳街城市道路改造工程的设计标准：城市主干路，设计速度60km/h，道路规划红线55m，本次改造范围道路全长5.16km，全线采用双向六车道，并设置非机动车道和人行道。
3.1 旧路概况及检测情况 本段道路现状为水泥砼路面，经检测，旧水泥混凝土路面损坏状况及传荷能力的评定等级均为中级，各项指标如表2。
根据本段道路旧水泥混凝土路面结构层的钻孔取芯检测，本路段的旧水泥混凝土原结构为：厚24cm水泥混凝土面层+厚15cm 5%水泥稳定碎石基层+厚12cm级配碎石底基层。
根据本段道路旧水泥混凝土路面回弹弯沉检测报告：本段道路水泥混凝土路面弯沉范围主要集中在10—30（0.01mm），实测弯沉的平均值为15.5（0.01mm），标准差为10.89。
旧水泥混凝土路面结构参数检测结果如下表： 根据上述分析，表明本段道路旧水泥砼路面还剩余较高的承载能力，为了充分利用旧路面，降低工程造价，本段道路不宜采用旧板破碎和旧板破除废弃的处治方案，因此，本段道路采用旧板处治合格后加铺沥青面层方案。
3.2交通量调查及路面结构计算 路面设计采用双轮组单轴载100kN作为标准轴载（BZZ—100），本段道路路面设计基准期为15年。
根据调查、预测的交通量数据及旧水泥混凝土路面检测结果，计算得出设计基准期内一个车道上的累计当量轴次为715万次，沥青路面加铺层的厚度为10cm可满足设计要求。
3.3 路面结构方案比选 3.3.1 面层材料的选择 目前，沥青路面表面层常使用的材料有：橡胶沥青、改性沥青和普通沥青。
各种材料的发展、材料组成及其性能的对比如下： （1）橡胶沥青 橡胶沥青起源于上世60年代，在美国的亚利桑那州、加州、德州、佛州都地区，橡胶沥青已经成为最常用的道路材料。
经过50多年的发展应用证明，把橡胶沥青应用于道路工程中，可以在提高道路各种使用性能的同时大大降低建造成本与养护费用，降低行车噪音。
橡胶沥青是由基质沥青、回收的废旧轮胎橡胶粉和某些添加剂掺和成的混合物，其中至少有混合物总质量15%的橡胶成分，并在热的基质沥青中充分反应而使橡胶颗粒溶胀。
（2）改性沥青 从最初的普通沥青发展到后来的改性沥青，现在已经有多种改性沥青面世，但其中应用最为广泛还是SBS改性沥青。
（3）橡胶沥青与改性沥青、普通沥青相比，体现以下特性与优点： ①抗反射裂缝。
橡胶沥青粘度高，混合料油膜较厚而不会析漏，可加强层间粘结，原路面的各种裂缝难以穿透加铺层反射出来，可延缓反射裂缝。
同时，橡胶沥青在高温下具有较大的弹性和弹性恢复能力，可以改善路面抗变形能力和抗疲劳开裂的性能：具有较好的高低温性能，减轻沥青对温度的敏感性。
②抗低温脆裂。
由于橡胶本身的可塑性和延展性，使得橡胶沥青低温延度增大，橡胶沥青路面抗低温脆裂能力大大增强。
③高温车辙。
橡胶沥青本身拥有较强的高温稳定性和粘性，所以用于路面结构中的橡胶沥青胶结料具有高粘性与不易流动性。
另外碎石外层所裹附的橡胶沥青胶结料中含有大颗粒的橡胶粉，可产生较大的磨阻力，也使碎石不易滑动，可减少车辙形成，同时保证结构能力。
④是城市道路降低噪音的新材料，与普通沥青相比，可降低行车噪音，提高人居舒适环境。
⑤提高行车安全性。
路面摩擦力增大，刹车阻力增大，提高了行车安全。
⑥节约能源和自然资源，有利于环境保护。
橡胶沥青的生产可利用废旧轮胎，符合国家提倡的“建立节约型社会”、“发展循环经济”等政策。
3.3.2 旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层处理方案的比选 目前，旧水泥混凝土路面与沥青混凝土面层间夹层最常用的材料有：橡胶应力吸收层、玻璃纤维格栅、抗裂贴、开级配沥青碎石裂缝缓解层等。
本项目采用四种方案进行比选： （1）方案一：橡胶沥青应力吸收层SAMI 橡胶沥青应力吸收层是指铺筑于水泥混凝土路面与沥青路面之间，将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料的约3/4高度，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，这时所形成碎石封层模式的路面即为橡胶沥青应力吸收层。
应力吸收层材料具有较低的弹性模量、非常好的柔韧性和弹性，橡胶沥青应力吸收层示意图如图3所示。
缺点是施工工艺术较复杂。
（2）方案二：玻璃纤维格栅 玻璃纤维格栅有较高的抗拉强度和弹性模量高的特点，弹性和耐疲劳性。
施工简单，造价较低。
缺点是荷载模式（偏荷载）反射裂缝作用不明显；很难与水泥板形成良好的粘结，容易产生沥青层的推移；没有防水功能。
（3）方案三：抗裂贴 高分子抗裂贴是由沥青基的高分子聚合物、高强抗拉胎基、耐高温并与沥青相容的高强织物复合而成。
沥青砼加铺层与旧路面块板之间的缝上铺设抗裂贴作为应力应变消散夹层，具有延缓或抑制反射裂缝产生以及防治水损害的效果。
优点是高分子抗裂贴施工最简单。
缺点是对路面要求较高，较易遭到破坏，造成结构性漏水。
造价较高。
（4）方案四：开级配沥青碎石裂缝缓解层 采用开级配沥青碎石和级配碎石，厚度为80mm，但本项目位于主城区，两侧建筑对加铺后路面标高要求较为严格，因此，本方案不适合于对路面标高控制较严的道路改造工程。
经多方案经济技术比选，本项目采用的路面结构如表4所示。
4 结语 该路面“白加黑”改造后通车近一年，目前无反射裂缝产生，路面使用效果良好。
旧水泥混凝土路面沥青加铺技术是公路建设可持续发展战略的重要组成部分，在我国现阶段具有重要的现实意义。
因此，针对旧水泥混凝土路面加铺沥青层进行关键技术研究及应用，蕴涵巨大的经济效益和社会效益，是顺应交通市政行业建设可持续发展的战略举措。