水泥路面“白改黑”加铺技术要点

■陈德路

（福建省高速公路集团有限公司漳州管理分公司，漳州 363000）

0 “白改黑”技术的时代背景

上世纪八九十年代，国、省道修建的水泥混凝土路面因具有：①刚度大、承载能力强。板底分布荷载小，对基层承载力的要求相对较低；②稳定性好（高温稳定性、低温稳定性、水稳定性）；③标准轴载作用下弯拉强度高、疲劳寿命长；④养护工作量小，使用寿命长等优点，加上国内施工企业技术成熟、又能充分利用当地矿藏资源，水泥及集料等路用材料均能就地取材而得到快速发展。但随着国家经济的快速发展，公路交通量骤然增长，以载货汽车的比例增长和重载超限为显著特征，水泥混凝土路面在重交通流量和重载的双重作用下，普遍出现大量的断板、角隅破损甚至断角、接缝处破损、沉陷引起错台、开裂、板底脱空、填缝料脱落等病害，以断板、板底脱空、开裂和错台为典型，特别是地质情况和气候环境比较复杂的地区尤为如此。这些病害已严重影响了路面行驶质量，降低公路服务水平，甚至带来不同程度的安全隐患，制约了经济发展对公路交通的服务需求[1]。

1 “白改黑”路面结构概述

1.1 “白改黑”加铺

水泥路面传统的维修方法或采用整块挖除、重新浇筑；或采用“白加白”，即加铺一层水泥混凝土面层。由于面板强度高、硬度大，挖除费工费时，混凝体浇筑与养护龄期时间长，二者都没能摆脱水泥混凝土使用和维修困难的固有缺陷，治标不治本。沥青混凝土因具有施工周期短、养护维修快捷、表面平整（无断缝）、路表抗滑性能好、噪声低、行车舒适等优点，直接加铺在水泥混凝土路面上，构成“白加黑”复合式路面结构，在国、省道水泥路改造工程的应用中，有效改善路面行驶质量，提高公路运输效益，因而得到普遍推广。

“白改黑”加铺是指：利用旧水泥混凝土（灰白色）的强度和刚度并具有良好扩散应力的能力，经病害彻底处治后加铺沥青混凝土面层（黑色），构成上黑（加铺层）下白 （旧水泥路面灰白色）的复合式路面结构 （如图1所示），以改善路面使用性能，包括：承载能力、稳定性、耐久性、表面平整性、表面抗滑性，达到环保、防尘、降噪和行车舒适的效果。特别是表面平整性和表面抗滑性方面尤其显著，经“白改黑”加铺后，车辆在雨天行驶时，紧急制动效果显著提高，大大减少交通事故。近年来对国、省道水泥路大都采用此法进行改造，工程实践较多，施工工艺相对成熟，既充分留用原路面结构材料，又有效控制工期，取得良好的社会效益。

图1 “白改黑”路面结构示意图

1.2 “白改黑”路面结构的优势

（1）改善表面平整性

不平整的路表增大行车阻力，使车辆产生附加的振动作用，这种振动作用造成行车颠簸，影响行车的速度和安全、驾驶的平稳和乘客的舒适，同时，振动还会对路面施加冲击力，加剧路面和车辆机件的损坏和轮胎的破坏。因此，加铺后提高路表平整性，改善行车安全性、舒适性。

（2）增强表面抗滑性能

路面抗滑性能在车辆低速时主要取决于集料表面的微观纹理，高速时主要取决于路面表面的宏观纹理，增强路面与轮胎的附着力或摩擦力，雨天高速行车，或紧急制动或突然启动或爬坡、拐弯时，车辆能避免轮胎空转或打滑。尤其紧急制动效果显著改善。由于水泥混凝土表面易磨光，沥青混凝土在抗滑性方面凸显优势。

1.3 “白改黑”路面结构存在的问题

“白改黑”加铺通车2～3年后，通常相继出现的病害：裂缝、反射裂缝、松散、坑洞、唧桨、推移。尤其以反射裂缝和推移最为显著。

（1）加铺层反射裂缝

反射裂缝是“白改黑”加铺最主要的问题之一，表现形式通常有：

①平行缝：旧水泥路面板的构造缝或旧板开裂但尚未形成错台而形成；

②纵向缝：水泥板发生错台形成的纵向不平整而造成。

沥青混凝土加铺层属于柔性路面结构，与刚性的水泥混凝土结构存在很大的差异。旧水泥面板客观上存在胀缝、缩缝、施工缝和原有裂缝，造成承重层介质不连续，加铺后在重载交通的作用下和环境影响下，重载交通作用指车轮通过时接缝处因相邻板块的弯沉差出现竖向集中剪应力；环境影响指温变效应（降温因收缩产生水平向集中拉应力，升温因膨胀受约束产生温度翘曲应力）。相邻板块的弯沉差与温变效应长期综合作用，接缝处加铺层底面因疲劳而开裂，随后缓慢扩展到顶面，形成反射裂缝。路表水随即沿裂缝渗入面层，引起面层材料脱落。

反射裂缝的产生、发展和破坏是一个缓慢连续的过程，最初由温度应力引起，行车荷载的重复作用加剧了发射裂缝的扩展，最终扩展到加铺层顶面导致破坏。

（2）加铺层与旧水泥路面的层间黏结

水泥混凝土与沥青混凝土层间黏结不良，抗剪能力低，导致加铺层出现推移、拥包等病害，尤其是薄层加铺，弯道、陡坡路段，层间连接更为重要。

2 旧水泥路面调查与使用性能评价

对旧水泥路面的调查和使用性能的评价，是合理布置加铺层的重要前提和必要过程。

2.1 旧水泥路面病害调查

调查路面损坏状况，包括：损坏类型、轻重程度、范围与修复措施等，现场病害照片如图2所示。

（1）裂缝、断板、断角、角隅破损;

（2）唧桨、错台、板块脱空、沉陷;

（3）接缝损坏;

（4）磨损、露骨、坑洞与起皮。

图2 路面破碎病害现场照片

2.2 旧路面状况检测

（1）旧路面当量回弹模量

以板中为标准荷载位置，每车道、每公里布置若干检测区，检测区从板块荷载中心点起等距布点，测定弯沉值。一般采用贝克曼梁弯沉仪进行检测，现场检测如图3所示。

图3 贝克曼梁弯沉检测现场照片

（2）接缝传荷能力

标准荷载施加于临缝路面、实测接缝两侧边缘弯沉值，通常每公里单幅检测20点，测点在两个车道上交错布置，采用落锤式弯沉仪检测。

（3）取芯检测旧水泥板强度

依据弯沉检测结果取芯检测其弯拉、抗压强度。还可以根据现场情况，对水泥路面裂缝板、破碎板等病害及完好板块处取芯，现场取芯样照片如图4所示。

图4 裂缝处取芯现场照片

2.3 旧水泥路面使用性能评价

旧水泥路面使用性能评价从不同角度反映路面状况对行车要求的适应工况，包括：

（1）路面结构承载能力：即路面在达到预定的破坏之前所能承受的车辆荷载作用次数。

（2）接缝传荷能力：根据弯沉差的规定值，判定接缝传荷能力的好坏。以评价整体性好坏。

（3）结构强度与厚度：统计计算强度与厚度，按规定方法判定路面整体性好坏。

（4）旧水泥路面当量回弹模量：计算各车道板中心荷载下的弯沉，判定路面结构整体性好坏。

（5）旧路面状况评价：旧水泥路面的损坏状况采用断板率（DBL）和平均错台量两项指标评定。根据病害调查的断裂类板块数量，按断裂缝种类和严重程度的不同，采用不同的权系数进行修正，计算断板率DBL和平均错台量。

（6）总体评价。

对以上五项检测与计算结果综合分析，判定是否符合加铺条件。

3 加铺层沥青混合料类型的选择

加铺改造的目的是改善面层路用性能并持久保持这些性能即所谓耐久性，以提高路面行驶质量。国、省道水泥路“白改黑”加铺沥青面层，路用性能中主要体现在降噪、潮湿抗滑性能的提高、减震（良好的路表平整度）方面显著改善，在投资造价可承受前提下，根据交通等级和功能需求确定加铺层混合料类型。

3.1 确定交通等级

国、省道周边开发区多、制造业厂家多，因而载货车辆质量大，时常出现季节性、周期性高峰，交通量、轴载组成及增长率等交通特征接近重交通，推荐按照重交通等级加铺设计计算，即大型客车及中型以上货车交通量1500～3000 辆/日·车道。

3.2 选择混合料所用的集料大小

集料公称最大粒径的采用取决于交通等级，交通荷载越重，采用越大的集料与之匹配，以满足承载要求[3]。

3.3 考虑路表表观

混合料所用的集料越大，路面表面纹理越粗，抗滑性越好，但施工时通常也越容易离析。

综上三个因素，加铺层下层推荐采用中粒式密级配混合料，如AC-20或AC-16，其粗糙的表面有利于层间连接，同时由于沥青用量相对较低，作为加铺层的下层比较经济；上层推荐采用沥青玛蹄脂碎石（SMA），与密级配混合料相比，SMA沥青混合料具有高粗集料含量、高沥青含量、高矿粉含量以及低空隙率等特点，既提高抗永久变形能力，又增加沥青的黏结能力，提高耐久性，低空隙率减少水的渗入和混合料老化硬化[4]。通过合理级配组成设计后具有良好的高温稳定性、水稳定性、构造纹理。各层厚度依据改造设计计算确定。

推荐加铺结构组合：SMA-13+AC-20。

4 旧水泥路面病害处治

（1）破碎板处治

①基层处理，整块换板

板有两条以上裂缝、两个以上破损角、一个破损角面积大于1/4板块，且路面基层出现破坏的。

②整块换板，基层不做处理

板块有两条以上裂缝、或者板块有两个以上的角损坏、或者一板角的损坏面积大于1/4板块面积，但基层完好。

③板块局部维修

板块内仅有一条贯穿裂缝，或一个破损角，且破损角面积小于1/4板块面积[2]。

（2）裂缝处治

板内有裂缝且板内无错台时，无需换板，只进行裂缝维修和混凝土加固即可。一般，小于1cm的裂缝采用灌缝处理；大于1cm的裂缝采用填缝处理。

（3）构造缝处治

图5是一种典型的接缝处理方式，采用混凝土路面专用填缝料灌缝处理。

图5 路面板接缝的处理

（4）错台处治

错台高差小于1cm，用切削机凿除错台，修补纵坡变化在1%内。

错台高差大于1cm，且一块板不稳定时（弯沉差大于6），换板处理。

（5）板块脱空

板块脱空（弯沉值大于20）且弯沉差小于0.06mm，板块间具有良好的传荷能力，灌浆处理。

处治后的水泥路面应满足以下技术要求：

混凝土板弯沉值应小于20（0.01mm）；

相邻板块间的弯沉差应小于6（0.01mm）。

5 加铺层反射裂缝的防治措施

反射裂缝和加铺层与旧水泥路面的层间黏结不良，始终是“白改黑”路面结构的最主要的两个问题。

5.1 改善层间黏结不良的措施

（1）选择加铺层下层混合料所用的集料粒径，合理配合比，控制油石比；

（2）旧水泥板表面预处理。

常采用铣刨机铣刨后清理干净，恢复路表的平整度和粗糙度。

5.2 防治反射裂缝的措施

由于加铺时不同的交通条件和环境情况，防治反射裂缝的措施与方法也各不相同。根据侧重点的不同，大致有三种：一是侧重改变加铺层，采用不同的加铺厚度，在加铺层切缝；二是侧重对旧水泥路面的处治，如水泥面板加固，旧水泥面板碎石化处理；三是侧重设置防裂夹层，如土工材料类、应力吸收层等。

（1）加铺层切缝

面层对应旧水泥路面的接缝处位置切横缝，并填实封缝料，可防止反射裂缝的产生。此法只在旧水泥面板工况良好的路段使用，切横缝难于严格密实，易渗水。适用范围小。

（2）旧水泥面板碎石化

旧水泥面板碎石化由于工期长、破碎造价昂贵，且作为碎石基层，级配难于掌握，目前尚未形成共识。

（3）设置防裂夹层①土工材料类

土工材料类在一定程度上能防治反射裂缝的产生与扩展，但各自有材料性能的局限性。土工布可缓解因温缩效应引起的拉应力，对板块间相对位移即沉降差引起的竖向剪应力几乎不起作用；改性沥青油毡可有效缓解水平和竖向应力，但易老化，防水和黏结性能难于保持；玻纤格栅受温度变化影响大，施工质量难于控制。

②设置应力吸收层

用高粘度沥青（橡胶沥青或SBS改性沥青）撒喷在水泥板表面，立即撒布单一粒级（9～12mm）的封层集料，再进行碾压，将集料嵌入沥青膜。

应力吸收层通过沥青膜的变形和碎石的转动，消解应温度荷载引起的水平拉应力，吸收板块位移差引起的竖向剪应力，起到防止或延缓反射裂缝的产生。同时吸收层施工和易性好，施工质量易控制，适用范围广，得到广泛应用。

设置应力吸收层的作用表现在以下三个方面：

①改善层间应力状态，避免推移，延缓反射裂缝的形成，提高抗裂能力；

②粘结效果好，增强层间的黏结；

③封水和抗渗性能好，有效防止加铺层下层产生水冲刷作用。

6 沥青加铺层施工

（1）原材料品质选择与控制：选好沥青、矿料、添加剂，明确加工工艺与设备要求，从品质、加工、运输到现场管理四个环节掌控原材料质量；

（2）沥青混合料配合比设计：加铺各层目标配合比设计、生产配合比调试和施工过程优化调整；

（3）施工关键工艺与质量控制：工作面准备、拌和工艺、运输过程、摊铺工艺、碾压工艺、接缝处理等；

（4）工程质量管理与检验评定：施工过程中的关键指标压实度、厚度、弯沉、平整度的检查与检测、按评定标准规定进行质量评定。

7 结论

近年来，国、省道水泥路面改造多采用对旧水泥路面的病害处治后，直接加铺罩面，或一厚层或二层。但如何防止、延缓反射裂缝在加铺层中的产生和发展，仍是“白改黑”加铺工程中急需解决的关键问题。

设置应力吸收层，可增强层间的黏结性能，保持结构的整体性，防止路表水渗入旧水泥板裂缝，起到防水作用。既可缓解接缝处温缩效应产生的水平拉应力，也可吸收相邻板块间的沉降差引起的竖向剪应力，同时其弹性模量较低，具有足够的应变空间。有效防止和延缓反射裂缝的形成和发展。工艺要求简单易控制，适用范围广，具有良好的应用空间。

[1]杨芳.浅谈水泥混凝土路面“白改黑”工程中防反射裂缝技术.建材与装饰，2016（1）：268-270.

[2]JTJ 073.1-2001，公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].

[3]黄晓明，赵永利，高英.高速公路沥青路面设计理论与方法[M].北京.人民交通出版社,2006.

[4]梁洪国.SMA在旧水泥路面加铺工程中的应用研究［D］.长安大学，2007.