水泥混凝土桥面板粗糙化技术研究

2021-12-13何文华卢天翔

建材世界 2021年6期

何文华，区桦，宗炜,卢天翔

(中南安全环境技术研究院股份有限公司，武汉 430070)

在公路运营过程中，尤其高温天气及重载交通条件下，水泥混凝土桥面沥青铺装产生的剪应力大于层间抗剪强度，导致层间剪应力和拉应力增大，从而产生车辙、推移、坑槽等一系列病害。

为提高水泥混凝土桥面板与沥青混凝土铺装层之间的抗剪强度，可以采用性能优异的防水粘结层，也可以采取措施提高水泥混凝土桥面板的粗糙度。按现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)：“水泥混凝土桥面板宜进行铣刨或抛丸打毛处理，处理后桥面板构造深度宜为0.4～0.8 mm”[1]，可以通过铣刨和抛丸消除桥面浮浆，达到形成所需构造深度的目的，从而进一步加强沥青混凝土铺装层与水泥混凝土桥面板的粘结。又根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)：“水泥混凝土桥面板表面应作铣刨拉毛处理，清除浮浆，除去过高的突出部位”[2]。桥面处理的好坏直接影响防水层与桥面结合性能[3]，目前用于水泥混凝土桥面粗糙化处理的工艺通常有凿毛、抛丸、铣刨等。

1 凿毛

1.1 工艺原理

钨钢合金凿毛头以高压空气作为动力，高速冲击混凝土表面，通过不断上下往复动作，在桥面板表面形成一定的构造深度，不影响混凝土结构及强度。凿毛结束后，采用扫地机清理，再用吹风机吹净，洒水车冲洗之后施工防水粘结层。

1.2 工艺特点

采用手推式凿毛机凿毛桥面板可以处理包括边角部位的整个桥面，但手推式凿毛机需人工控制，效率不高，且施工过程凿除的颗粒易溅射，危害操作人员安全，同时产生大量粉尘和附着物，易造成二次污染。施工后需清理粉尘和附着物，再用吹风机吹净。手推式凿毛机及凿毛后混凝土表面如图1所示。

2 抛丸

2.1 工艺原理

抛丸是指应用抛丸机通过机械的方法利用离心力让金属丸料高速冲击表面，剥离工作表面上的杂质、附着物，抛丸后工作表面的丸料受到反弹，与灰尘、杂质等一起在强烈的气流裹携下，一起回到分离系统[4]。利用抛丸可提高路面粗糙度和摩擦系数，提高桥面防水黏结层与桥面的粘结强度。抛丸机有手持式抛丸机和车载式抛丸机两种，如图2所示。

采用手持式抛丸机、车载抛丸机对桥面实施抛丸，车载抛丸机抛丸后的水泥混凝土表面具有更大的构造深度，抛丸后的效果如图3所示。

2.2 工艺特点

抛丸机具有如下特点：通过丸料与混凝土桥面接触，不会造成混凝土的骨料松动和破坏，不会破坏原水泥混凝土桥面结构及平整度；施工便捷、效率高，通过控制钢丸料的形状和尺寸、抛丸机行走速度、抛射流量等参数，保证混凝土表面粗糙度。

对于车载式抛丸机，其特点如下：抛丸装置和吸尘系统一体式设计；带自动反吹系统，保障连续工作，大容量储灰斗大大降低清理时间；适合平整大面积作业，效率高；带有报警提示等安全设施。

手持式抛丸机适合桥面夹层较少的水泥混凝土桥面板，车载式抛丸机更适用平整度较好的水泥混凝土桥面板。

3 铣刨

3.1 工艺原理

铣刨是采用铣刨设备对原路面铣削后形成一定构造深度的表面，消除路面结构损坏的工艺。普通铣刨刀间距通常为12 mm、15 mm或18 mm，铣刨深度0～300 mm。精细铣刨是在普通铣刨工艺的基础上将铣刨鼓更换为刀间距不大于8 mm的精铣刨鼓，铣刨深度0～100 mm[5，6]。

精细铣刨采用精细铣刨机在水泥路面上铣刨出具有细密纹理的表面，从而增加路面的摩擦力，提高铺装层和桥面的层间粘结强度。不同铣刨机铣刨鼓及精细铣刨效果如图4所示。

3.2 工艺特点

精细铣刨与普通铣刨的区别主要体现在铣刨鼓。同一长度的铣刨鼓，精铣刨鼓刀间距小于普通铣刨鼓刀间距，精铣刨鼓刀具数量远大于普通铣刨鼓刀具数量，具体区别如表1所示。

表1 普通铣刨与精细铣刨的区别

相比目前常用的桥面粗糙化设备，精细铣刨机有以下特点：1)精细铣刨机处理浮浆效果更好，整个表面铣刨清理不留任何死角。2)精细铣刨机自带横坡纵坡找平仪，对桥隧因施工造成的横向、纵向平整度可同步处理。3)精细铣刨机施工效率高，每天能够处理近万平方米，施工速度是一般抛丸的3倍。4)经过精细铣刨后的水泥砼桥面具有更细密均匀的粗糙表面，可以增强水泥砼和沥青面层的粘结，大幅提高沥青铺装层的使用寿命。

4 不同工艺对比研究

结合实际工程，对凿毛、铣刨、抛丸等技术处理后的水泥混凝土桥面进行抗滑性能、力学性能检测。在水泥混凝土桥面采用不同的粗糙化工艺处理，检测构造深度和摩擦系数；清理干净之后在水泥混凝土桥面分别喷洒热改性沥青，通过20 ℃条件下的直剪试验和拉拔试验测试不同水泥混凝土桥面板粗糙化工艺处理后的剪切强度和拉拔强度。抗滑性能、力学性能如表2所示。

表2 不同粗糙化工艺处理后水泥混凝土桥面抗滑性能、力学性能

通过表2可以发现，凿毛、手持式抛丸机抛丸处理后，桥面构造深度较小但均能满足要求，变异系数相对较大，均匀性较差。

车载式抛丸机处理后桥面构造深度变异系数小，均匀性更好，构造深度适中，效率较高。

普通铣刨效果与水泥混凝土桥面平整度相关，铣刨后桥面构造深度过大，均匀性较差，易出现“漏筋”现象。也容易出现沟槽，如不清除沟槽内杂质，在防水粘结层施工时碎石容易在沟槽内堆积。

精细铣刨处理后，桥面构造深度满足要求，变异系数相对较小，均匀性较好，构造深度适中，但难以处理边角等重难点部位。精细铣刨对桥面平整度要求高，平整度较差的桥面容易出现漏铣现象。

考虑构造深度及摩擦系数，不同水泥混凝土桥面应采取不同的粗糙化方案。对于平整度较好的现浇梁水泥混凝土桥面铺装，采用精细铣刨工艺能够保证桥面的粗糙度；而对于平整度稍差的预制梁水泥混凝土桥面铺装，适合采用车载式抛丸机抛丸；而对于水泥混凝土桥面的桥面边角部位，精细铣刨和车载式抛丸机抛丸均难以有效处理，可以采用凿毛或手持式抛丸机处理。

凿毛处理后的剪切强度和拉拔强度高于抛丸后的剪切强度和拉拔强度。而精细铣刨和普通铣刨处理后的力学性能最优。凿毛处理后的界面由于构造深度较大，粗糙度较大，单位面积上的接触面积更大，也能提供更大的摩擦力和粘结力。手持式抛丸机抛丸之后的界面表面仍有部分浮浆，使防水材料与水泥混凝土桥面不能有效粘结，易造成剪切破坏。所以凿毛处理后的层间粘结性能高于手持式抛丸机抛丸，但又低于车载式抛丸机抛丸。由于拉拔试验结果主要与防水粘结层性能以及界面接触面积相关，铣刨尤其是精细铣刨处理后的界面，拉拔试验结果均较大。精细铣刨相比其他处理方式，既可提高界面的洁净度，又能增加界面的接触面积，因此同一防水粘结层采用精细铣刨具有更大的拉拔强度。