水泥混凝土梁桥桥面整体化层抛丸处理工艺关键控制参数

樊振阳，陈楚鹏，许新权

(1.广州市高速公路有限公司，广州 510290；2.广东华路交通科技有限公司，广州 510420)

0 引言

广东是我国拥有公路桥梁里程比较长的省份之一，此外，广东是亚热带气候区，具有高温多雨的气候特点，桥面铺装面临着严峻的环境考验，因此，部分桥面铺装在通车不久后即发生水泥板松散、沥青层坑槽等现象，使得路面的舒适性、安全性和耐久性均受到影响。现场调查分析发现，由于防水粘结层抗剪切强度不足，在行车荷载作用下，桥面铺装层易出现车辙、推移等病害[1-5]。目前国内外对湿热多雨地区桥面整体化层的研究和可借鉴的经验较少，尤其在桥面整体化层的抛丸处治工艺方面，尚未形成质量控制标准。

针对上述问题，于明明[6]研究了混凝土层表面处治技术、防水粘结层施工工艺及施工检测三个主要因素，提出了混凝土界面处治技术标准，确定了质量控制检测指标与评价方法。王安福[7]等选择构造深度、摩擦系数和灰度值作为混凝土桥面板粗糙度的评价指标，研究了采用不同抛丸工艺时混凝土桥面板粗糙度的变化情况，分析并得出不同抛丸工艺对桥面粗糙度的影响规律。卢哲安[8]等研究了水泥混凝土桥面铺装层结合面粘结强度的影响状况，结果表明：结合面的粘结强度不足时，在荷载作用下，结合面会发生剥离，从而导致推挤而造成铺装层的开裂，保证结合面具有足够的粘结强度对于保证铺装层的正常工作至关重要。方志禾[9]等研究认为：避免桥面铺装层的局部脱空尤为重要，有必要加强桥面铺装和行车道板之间的粘结措施，以增强其粘结强度，尽可能使桥面铺装的局部脱空限制在1mm以下。

综上所述，国内外在桥面铺装防水粘结层材料方面的研究滞后于生产实际需要，现有研究主要是针对它们发生的病害来开展的，主要集中在水泥混凝土的合理设计厚度/沥青混凝土和桥面铺装的铺装厚度、桥面整体化层钢筋配筋率和混凝土材料的性能要求等方面，但桥面整体化层抛丸处治工艺的具体控制参数未明确，亟需开展相关研究。本文依托广州新白云国际机场第二高速公路建设项目开展了相关研究，旨在通过试验研究及实体工程验证，提出切实可行的桥面整体化层抛丸工艺关键控制参数。

1 试验方案设计

1.1 试件成型

(1)采用室内成型试件的尺寸为3m×3cm×5cm，水泥混凝土配合比见表1。

表1 水泥混凝土配合比

(2)按照不同的浮浆要求(表2)，对区域进行进一步处理。在如图1所示的试件区域6处采用编织袋等拉毛工具将表面浮浆进行处理，使得骨料露出，表面基本没有浮浆，形成浮浆Ⅰ型表面；区域8处则在表面洒一定量的水泥并采用抹光工具进行抹光，使得表面浮浆较多，形成浮浆浮浆Ⅲ型表面；其余区域则抹光处理后进行简单拉毛，表面浮浆一般，形成浮浆Ⅱ型。

表2 浮浆类型及表面状况

图1 成型完后试件表面区域划分

(3)对试件进行养生，养生7d后按照不同的抛丸工艺参数进行抛丸，测试MPD和BPN值。

1.2 试验方案

试验时采用抛丸机，分别按照相应的工艺参数在试件表面抛丸，根据试验结果确定抛丸工艺的控制参数。试验方案见表3。

表3 试验方案

2 试验结果分析

2.1 抛丸速度

根据上述试验方案，不同抛丸速度条件下对试件进行抛丸，其结果如图2和图3所示。

图2 不同抛丸速度条件下试件表面MPD均值

图3 不同抛丸速度条件下试件表面BPN均值

根据上述测试结果可知：随着抛丸速度的变化，试件的MPD和BPN也发生变化。当抛丸速度超过2档(10～15m/min)时，试件表面的MPD和BPN与未抛丸前没有明显变化，主要原因是由于抛丸速度过快时，丸料和试件表面的接触面积不足，造成了试件表面的粗糙度和摩擦系数未有明显变化。根据上述试验结果可知，抛丸速度控制在2档以下时，粗糙度和摩擦系数有一定的改善，考虑到施工效率因素，施工时建议抛丸速度控制在2档(10～15m/min)。

2.2 抛丸次数

对区域5分别进行4次2档抛丸，每次抛丸后测试其MPD均值和BPN均值，测试结果如图4和图5所示。

图4 不同抛丸次数下试件表面MPD均值

图5 不同抛丸次数下试件表面BPN均值

根据上述测试结果可知：抛丸1次后，试件表面的MPD值和BPN值增加，即抛丸后试件表面的粗糙度和摩擦系数均得到改善；但随着抛丸次数≥2次后，抛丸对试件表面的MPD值和BPN改善效果则不再明显，因此，为保证施工效率，实际施工时建议抛丸1次。

2.3 表面浮浆

对区域6、区域7和区域8分别进行1次2档抛丸，抛丸前后测试其MPD均值和BPN均值，测试结果如图6和图7所示。

图6 不同表面浮浆状况条件下试件表面MPD均值

图7 不同表面浮浆状况条件下试件表面BPN均值

根据上述测试结果可知：表面浮浆对于抛丸的效果有较大影响，抛丸后，提高了浮浆Ⅰ型和浮浆Ⅱ型试件表面的MPD均值和BPN均值，试件表面的粗糙度和摩擦系数得到改善，但对试件抛丸后，降低了浮浆Ⅲ型试件表面的MPD均值和BPN均值。实际工程中，需要控制试件表面的浮浆，即应控制桥面整体化层表面浮浆状况为浮浆Ⅰ型和浮浆Ⅱ型，严禁表面浮浆状况为浮浆Ⅲ型。

3 工程应用

3.1 工程概况

广州新白云国际机场第二高速公路是空港经济区的主通道，连接中心城市核心城区和交通枢纽，预计短期以客车交通为主，未来可能接入重载货流，设计交通等级为特重交通，车流量和国内外客流量大，对行车舒适性、安全性、全天候通行能力、设施免(低)维护等方面有较高的要求。此外，项目南北段采用了桥隧比高达92.0%和68.3%的设计方案，且位于多雨地区，雨季长、雨量大，暴雨天气频发，对桥面铺装层与下部结构的层间粘结等均有较高的要求。

3.2 工程应用效果

根据室内试验结果，按照2档抛丸1次的抛丸控制参数进行抛丸，施工过程中严格控制表面浮浆，使得表面浮浆控制为浮浆Ⅰ型和浮浆Ⅱ型。利用激光纹理仪和摆式摩擦系数仪测试广州新白云国际机场第二高速公路大塘高架桥桥面整体化层的MPD和BPN值，测试结果如图8和图9所示。

图9 大塘高架桥桥面整体化层摩擦系数

根据检测结果可知，抛丸后大塘高架桥桥面整体化层具有较好的粗糙度和摩擦系数，可更好地保证桥面铺装层和下部整体化层的粘结。截止2022年1月，广州新白云国际机场第二高速公路建设项目部分桥面段已开放交通2年，桥面未见明显的病害。

4 结论

经室内试验和广州机场新白云国际第二高速公路实体工程验证，得到以下结论：

(1)抛丸次数、抛丸速度和表面浮浆对抛丸工艺的效果均具有影响。

(2)抛丸速度>2档(10～15m/min)，抛丸后桥面整体化层表面粗糙度和摩擦系数未见明显改善，现场施工时建议控制抛丸速度≤15m/min。

(3)抛丸次数>1次后，随着抛丸次数的增加，桥面整体化层表面粗糙度和摩擦系数不再明显变化，现场施工时建议抛丸1次。

(4)表面浮浆状况对抛丸工艺具有较大的影响，应严禁桥面整体化层表面浮浆为浮浆Ⅲ型。