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水泥混凝土路面“白改黑”施工工艺研究与探讨

  路面“白改黑”施工工艺,以其经济、环保、高效,及改造后的优良的综合路用性能,广泛应用于混凝土路面的改造工程中。本文分别对“白改黑”工艺的技术背景、优势、典型的施工方案及工艺路线以及科学选择工艺方案的决策机制进行了分析和探讨,为混凝土路面“白改黑”施工工艺的工程实施提供参考和借鉴。
  目前我国的水泥路面的总量巨大,特别是三级以下公路中硬化路面基本都是水泥混凝土路面,尤其农村“村村通”工程实施后,混凝土路面里程激增。随着经济发展和交通量快速增加,未来混凝土路面维护翻修的总里程量也必然将越来越大。因此,针对水泥混凝土路面的维修、改造、养护等问题和工艺的研究和分析势在必行。
  道路“白改黑”, 是在水泥混凝土路面上, 经过改造处理、铺设沥青混凝土, 使原来的混凝土刚性路面(灰白色)改建为沥青混凝土柔性路面(黑色),俗称“白改黑”。旧水泥混凝土路面“白改黑”技术因其兼具沥青混凝土路面路用性能优异和充分发挥旧水泥混凝土路面强度高的特点,被广泛应用于旧混凝土路面的改建工程。
  1 技术背景
  我国从20 世纪70 年代开始,许多道路尤其是南方的许多省际干线公路都建成了造价相对便宜的水泥混凝土路面。目前,我国水泥路面的里程数总量巨大,特别是高速公路等级以下的各等级公路,国道、省道、县道等,如表1 所示。其中,高速公路水泥混凝土路面比重约为7.3%,一级公路水泥混凝土路面比重约为40% ;二级公路水泥混凝土路面比重约为57%。随着我国改革开放以来国民经济的迅速发展,公路交通量和汽车载重量日趋增加,在社会经济大发展带来的重交通负荷冲击下,同时由于设计、材料、施工技术、施工管理和质量控制等方面的不足,以及自然灾害的破坏等原因,使得水泥混凝土路面在投入使用3 ~ 5 年后,就出现了大量的早期破坏,大量出现了断板、错板、裂缝、剥落、坑洞等损害,从而严重影响了行车的速度、舒适性和安全性。旧混凝土路面大修改造的工程任务量巨大,亟待有经济可行、环保方便的养护工艺来解决,而“白改黑”工艺的运用也逐渐普及和成熟。
  2 路面白改黑工艺的优势
  2.1 路面白改黑解决的问题
  白改黑首先解决的是混凝土路面在使用过程中出现的早期破坏和病变,比如出现的断板、错板、裂缝、剥落、坑洞等损害,通过因地制宜采取针对性的处理措施和“白改黑”工艺,解决上述这些病害,从而整体提升路面路用效果,提升路面使用品质,提高行车舒适性。此外,通过混凝土路面的“白改黑”改造,还能解决水泥路面一些固有的问题:
  (1)解决了由于混凝土材料特性限制,所设置的接缝和各种涨缝,从而导致行车舒适性较差、行车胎噪声大的问题;
  (2)水泥混凝土路面磨耗后,容易造成灰尘到处飞扬;
  (3)白色水泥混凝土路面配上标志线的视觉效果也较差,易引起视觉疲劳,且光线吸收差,反光、眩目,也易造成交通事故;
  (4)路面一旦出现破损,必须整块破碎挖除,产生大量废料,污染环境,且受水泥凝结期限制,浇筑后须等待较长时间才能开放,工程量和对交通影响较大。
  2.2 路面白改黑带来路用效果的优势
  典型的“白改黑”工程前、后,原路面和改造后新路面的对比外观如图1 所示,相比水泥路面,改建后的沥青路面具有以下优势:
  (1)沥青路面美观、行车舒适、胎噪声小,有利于提高轮胎的抓地力;
  (2)具有较强的防滑性,从而提高行车安全系数;
  (3)沥青路面后期便于维护,相应工程量及对交通的影响小。
  (4)沥青材料可以进行反复利用, 有效地提高资源的利用率。
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  3 路面“白改黑”工艺方案的选择决策
  对于服务时间较长的水泥混凝土道路,首先根据路面结构和交通量(以往交通量和预测交通量)计算面板的剩余寿命,并结合实际的养护历史和道路的路况制定近期的养护规划.确定旧水泥混凝土道路改造方案时需要根据实际道路的破损情况,并针对不同的改造措施进行技术和经济上的对比,从而确定最佳的改造措施[4][5]。
  如果面板剩余寿命较长,并且根据养护历史数据得出裂缝和断板病害出现频率较低,此时只需要进行常规的水泥混凝土路面养护处理。 如剩余寿命所剩无几,并且面板更换频繁,严重的甚至局部路基出现破坏,此时需要对旧路进行相应的处置或修复后才能作为“垫层”进行白改黑改造[3][7]。
  4 路面白改黑典型方案及工艺
  4.1 方案一:局部基层修复,拉毛处理,中间粘结层施工,摊铺沥青面层
  典型工艺流程:修复基层→(拉毛原路面)→喷油→铺土工布(洒布橡胶沥青→洒布沥青碎石)→碾压→摊铺沥青面层→碾压,其施工情况如图2 所示。
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  其中也有用橡胶沥青+ 沥青碎石代替土工布作为应力吸收层。该方法适用于路面破损不严重,断板率较低(低于20%)情况。
  施工前凿平或用沥青砂调平板块错台严重部位,对板底脱空采取压浆补强处理, 更新或补灌旧路面板接、裂缝,将旧路面上尖锐凸出部分铲除,采用铣刨机或抛丸机拉毛原水泥路面,并对原路面彻底清扫,不得含有污物、尘土、碎石。基层处理检查合格后, 采用沥青洒布机在旧路面上均匀喷洒一层乳化沥青。待粘层乳化沥青破乳后,由人工或专用设备铺设土工布, 并在表面用轻型工具碾压,使土工布与旧路面紧密粘结。土工布铺设完成后,可进行沥青面层的施工[6]。
  在旧水泥混凝土基层与沥青面间铺设一层专用土工布,其作用在于使加铺层与旧混凝土路面之间形成弹性的间层, 减小层间结合力,将反射裂缝应力由垂直方向转为水平方向,并扩展至更宽范围,避免应力集中,起到缓裂、防裂的作用,防止加铺层的反射开裂,同时防止雨水下渗对基层造成破坏。
  4.2 方案二:处置基层,原板块破碎,新铺中间层,最后摊铺沥青面层
  典型工艺流程:基层处治→板块破碎→碾压→撒布透层油→撒布石屑→碾压→(摊铺水泥稳定碎石基层/ 沥青稳定碎石基层)→摊铺沥青面层→碾压,其施工情况如图3 所示。
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  其中,由于公路等级不同,在石屑层和沥青面层之间可以设置水泥稳定碎石层或沥青稳定碎石层。该工艺适用于路面大面积已遭破坏、丧失了整体承载能力,断板率较高(20% 以上)或已不能达到结构强度要求的情况。
  该方案一般是利用特殊施工机械,在对局部破坏严重的基层进行处治后,将旧水泥混凝土板块破碎成较小的粒径(通常,底部不超过37.5 cm,中间不超过22.5 cm,表面不超过7.5 cm),采用Z 型压路机碾压后作为新路面结构基层或底基层。
  碾压完毕,要及时撒布透层油,目的在于稳固表面碎石,防止形成滑动层。撒布完透层油,及时撒布小石屑,用轮胎压路机碾压稳定,然后再加铺新的沥青面层。
  其中,板块破碎环节所采用的破碎设备可分为多锤头破碎、冲击破碎和共振破碎等几种工艺,每种工艺所采用设备的破碎碎块尺寸及结构有所不同。
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