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水泥拋丸機混凝土橋面鋪裝拋丸處治技術

LANMU:CHANPINWENDA YUEDU:1486

摘要:為了提高防水粘結層及瀝青鋪裝層與混凝土橋面的粘結力,使用拋丸工藝去除橋 面灰塵、浮漿等雜物以及破碎的混凝土板塊,以便暴露出混凝土表面空隙,形成具有合適粗糙 度的表面。結合滬蓉高速公路實際工程段對混凝土橋面拋丸處理施工工藝進行現場試驗,確 定了拋丸工藝具體施工要點及控制參數等。在參考國內外規范與指南的前提下,結合試驗結 果與實際工程經驗,提出拋丸工藝處理后的驗收標準分為目測標準和實際檢測標準,并對實 測標準具體技術指標量化,以及對拋丸工藝驗收后的處理要求給出建議。本文由青島拋丸機生產廠家整理
關鍵詞:拋丸;浮漿;驗收標準;層間粘結力
1、前言
近年來隨著經濟的不斷發展,交通量也隨著相應 增加,許多高速公路通車不久,橋面瀝青混凝土鋪裝層 就出現推移、坑槽等病害。分析其病害成因主要是水 泥混凝土橋面瀝青鋪裝層在垂直荷載作用下,以及車 輛在橋面緊急制動時形成的巨大推動力,根據摩爾庫 侖定理可知,當產生的剪應力大于層間抗剪強度時,瀝 青混凝土鋪裝層將會與水泥混凝土面板發生脫離,成 為滑動界面而導致層問剪應力和拉應力大幅度增大, 特別是在高溫及重載條件下,將迅速使瀝青鋪裝層產 生推移、擁包以及車轍等早期病害,縮短了橋梁的使用 壽命,并增加了橋梁的養護費用。 國內外學者對橋面鋪裝層間破壞做了許多研究, 但其研究的根本目的都是為了提高水泥混凝土面板與 瀝青鋪裝層之間的抗剪強度。從摩爾庫侖定理可以看 出,增加粘結力值,可以提高抗剪強度。而層間粘結力 的提高主要通過防水粘結層實現,為此中國學者做了 許多研究。文獻〔1〕、〔2〕對防水粘結材料的選型、外界 環境溫度和混凝土表面狀況等因素對防水層粘結性能 和抗剪性能的影響進行分析后得出,不同的防水材料類型、同一材料類型不同材料組成的粘結、抗剪性能差 別都很大。另外材料的粘結、抗剪性能隨溫度變化很 大。文獻〔3〕對不同防水粘結材料的路用性能進行了 研究。分析了專用粘結劑材料(主要成分為氯丁膠乳化 瀝青防水涂料)、高劑量SBS改性瀝青和環氧瀝青3 種橋面防水粘結材料的性能,分析的結論是3種材料 的抗剪切強度都隨溫度增加而降低。國外的一些學者 認為應該盡量避免添加防水粘結層,理由是此粘結層 反而會成為額外的薄弱層,限制了混凝土基面和瀝青 鋪裝層之間的嵌鎖作用。但更多的學者認為添加粘結 層能夠明顯提高層間粘結力。
另一種方法就是提高層間摩擦角,即通過對橋面 水泥混凝土表面浮漿層的清除以及適當增加表面粗糙 度來實現。中國JTGF40—2004{公路瀝青路面施工 技術規范》規定:水泥混凝土橋面的瀝青鋪裝層的下臥 層必須符合平整、粗糙、整潔的要求,橋面縱橫坡符合 要求;水泥混凝土橋面板表面應作銑刨拉毛處理,清除 浮漿,除去過高的突出部位。JTGD50—2006{公路瀝 青路面設計規范》借鑒發達國家經驗,規定:特大橋、重 要大橋橋面宜進行表面噴砂處理(拋丸與噴砂屬同類 表面處理工藝)。但上述規范均未提出混凝土橋面處 理工藝的具體實施要求以及處理后的評價技術指標。 在國外,A Garbacz等人對混凝土橋面噴砂以及拋丸 等4種處理做了對比試驗研究,對其微觀結構觀察后 發現經過拋丸處理后的混凝土表面粗糙度較高,并且 對混凝土表面結構構造沒有造成明顯的影響;通過拉 拔試驗發現,在同一種防水粘結材料條件下,拋丸處理 后的層間抗拉強度較高。雖然試驗只在一種防水材料 及鋪裝層的條件下進行,可能對于不同的層間結構組 合會有不同的試驗結果,但仍具有參考價值。
中國目前用于混凝土橋面處理的工藝通常有噴砂 處理、大型銑刨機處理等。中國規范提到噴砂處理和 拋丸處理屬同類表面處理工藝,導致中國許多學者及 工程技術人員將噴砂處理工藝等同于拋丸處理工藝, 雖然兩種處理工藝施工原理及設備都很相似,但適用 范圍及處理效果有所差異。噴砂處理較初用于鋼橋面 除銹,后來鋼橋面主線上幾乎都用拋丸除銹,只在人行 通道等次要干道可能涉及到噴砂除銹,而在混凝土橋 面全線都用拋丸處理。國外學者也通過試驗對比和實 際經驗認為拋丸處理要優于噴砂處理。對于大型銑刨 機而言,銑刨寬度為0.5~2m,銑刨寬度太寬導致邊 角難以銑刨,必須經過人工鑿毛處理。更重要的是其 銑刨深度通常為3”--5C1TI,這必將損傷混凝土橋面板 的結構,而且在旖工時容易造成二次污染。 為了提高橋面瀝青混凝土及改性乳化瀝青防水粘 結層與水泥混凝土橋面之間的粘結強度,清理表面浮 漿及污染物,對橋面進行拋丸處理。筆者在參考國內 外研究基礎上,結合滬蓉高速公路季河大橋工程段,介 紹該工藝原理并對驗收技術指標進行探討。
2拋丸工藝原理
拋丸技術是指通過旋轉的葉輪把丸料(鋼丸)以 很高的速度和一定的角度拋射到需要清理的水泥混凝 土橋梁表面上,讓丸料以高速沖擊混凝土橋梁表面,達 到去除各種雜質、增加粗糙度的目的。然后在機器內 部通過配套吸塵器的氣流清洗,將丸料和清理下來的 雜質分別回收,分離出來的丸料可以再次利用。同時 拋丸機配有除塵器,可做到基本無揚塵、無污染施工, 達到提高效率、保護環境的目的。
3拋丸工藝特點
(1)對混凝土橋面損傷小。因拋丸工藝沒有直接 和混凝土橋面接觸,幾乎不會損傷混凝土橋面結構。
(2)施工方便、效率高。可以通過控制丸料的顆 粒形狀和大小、拋丸機的行走速度、拋射流量三大關鍵 參數,獲得不同的混凝土表面處理效果,既干凈又整 潔。滬蓉高速公路混凝土橋面處理項目拋丸工藝投入 拋丸機4臺,施工作業人員25入,每天可完成拋丸施 工6000”-8000m2。
(3)拋丸技術既能夠較大程度地去除混凝土基面 雜質和浮漿,增加表面微觀構造深度,又能滿足中國規 范提出的定性要求。
4拋丸工藝施工要點
在借鑒國外相關標準及指南的先進經驗基礎上, 以武荊高速公路混凝土橋面處理實際項目為依托,總 結出如下拋丸工藝施工要點。
(1)水泥混凝土表面拋丸處理施工前應做好相應 的準備工作,拋丸處理主要采用清渣機、拋丸機(自帶 吸塵裝置)等施工機械。在拋丸施工前,應保持混凝土 表面干凈,清除鋼筋頭等,用清渣機或人工仔細打磨或 鑿除凸起包塊、浮漿及雜物,切割或鑿除尖銳突出物并 認真清掃干凈。防止上述物質在拋丸施工過程中污染 萬方數據 172 中外公路 第31卷 丸料,以提高瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土表面的 粘結力。
(2)為了獲得不同的表面處理效果,一般行走速 度采用1.8m/rain,拋丸寬度18~22cm。根據初次 拋丸處理具體情況,通過及時調整丸料的大小和形狀 (因為丸料太大容易損傷橋面板,丸料太小難以去除表 面浮漿)、拋丸設備的行走速度、丸料的流量大小3個 關鍵參數來控制處理效果,確保處理后的混凝土表面 具有理想的粗糙度。
(3)拋丸機噴丸清除路面的浮漿和松散的混凝 土,使路面清潔度及粗糙度達到標準;拋丸機噴丸過程 中,應該勻速行走,以保證處理的界面能夠符合要求。 拋丸施工后橋面應做到骨料外露,有較好的粗糙度。
(4)拋丸機單次行走工作距離是有限制的。一般 是沿著橋面縱向往復進行,且縱向噴砂長度不宜超過 30m。在拋丸機起步階段,操作手應先按拋丸機的行 走開關,讓拋丸機先處于行走狀態下,再打開放丸閥 門,防止在起步位置噴丸時形成凹坑。
(5)在噴丸過程中,所有的拋丸機操作手,應該嚴 格按照規定的行走速度控制拋丸機。在拋丸機行走過 程中,應該按照護欄的線形行走,盡量保持拋丸機是直 線行走,更好地保證拋丸機的工作效率和噴丸質量,拋 丸機單次拋丸幅寬為0.45m。拋丸作業不得在雨天 和雨后混凝土表面未完全干燥時進行。
(6)拋丸施工前,混凝土橋面板局部區域發生損 壞,必須先用材料進行修復。經過拋丸施工處理的混 凝土表面應采用防雨布等措施進行臨時保護,避免二 次污染,防止雨水滲入影響防水層施工質量。
5拋丸處理驗收標準探討
國際混凝土維修協會(ICRI)的指導方針將混凝 土表面處理(CSP)分為5、6、7三個等*,其粗糙度依 次增加。隨后由于混凝土橋面層間粘結極易破壞,該 協會又推薦處理后的混凝土表面較好滿足6、7等*,3 種處理樣本等*如圖1所示。 中國規范雖然提到過拋丸處理混凝土橋面,但沒 有具體的量化指標,這必將給具體施工造成困難。為 了解決這一難題,參考國內相關技術規范以及工程經 驗,較終確定了武荊高速公路混凝土橋面鋪裝拋丸處 理質量驗收實施標準,此標準分為2個階段,即目測階 段與實測階段。 處理樣本等*
圖1處理樣本等*5(左).6(中).7(右)
5.1目測標準
(1)混凝土表面無浮漿、無起砂層,邊角處理效果 適當,搭接處無錯臺、無漿帶、達到100%創面。
(2)混凝土表面無明顯尖銳凸起、水泥漿斑塊等 突出物。
(3)混凝土表面形成1~3mm深度的不均勻粗 糙表面。
(4)混凝土表面潔凈,無浮塵,無油漬。
5.2實測標準
實測主要包括構造深度、摩擦系數及露骨率的 測定。 由于該項目橋面板使用的是普通硅酸鹽混凝土, 故在此沒有考慮pH值大小的測定,具體的驗收技術 指標及試驗方法由武荊高速公路項目指揮部和技術服 務組根據試拋試驗段后確定,具體見表1。
6拋丸工藝驗收后的處理要求
(1)不滿足目測標準的,針對目測標準采取相應 處理措施使之符合基本要求。
(2)實測項目檢測結果達不到要求值時,應對測 點所代表的區域重新進行拋丸處理。
(3)因為普通混凝土橋面板不可避免會因為溫度 梯度和水分的散失產生拉應力,橋面板內部薄弱的地 方將產生初始微裂紋,經過拋丸處理后,部分混凝土表 面加速暴露出寬度和長度不等的裂縫及裂紋,經現場 觀測發現嚴重的混凝土橋面裂縫寬度高達2mm,并 且在整個橋面布滿不同規則的網裂和龜裂裂縫。為確 保橋面不透水,延長橋梁的使用壽命,必須用環氧樹脂 封閉后才能開始下道工序的施工。 拋丸工藝驗收技術指標
表1、拋丸工藝驗收技術指標

7結論
(1)根據現場橋面情況,進行試拋試驗,較終確定拋丸機以2m/min的速度勻速行走,經過目測,混凝 土表面浮漿、起砂層基本去除,并在表面形成大面積平 整、微觀淺表粗糙非均勻的“橘皮”構造;試驗檢測構造 深度為0.6~o.8film,露骨率為60%”-75%,摩擦系 數為48~57,參考ICRC指南,相當于其CSP(表面處 理)7*標準,能夠滿足施工要求。
(2)拋丸技術不僅用于橋面鋪裝前的預處理,同 時也適用于隧道路面鋪裝、連續配筋混凝土路面以及 互通匝道等實際工程,用途越來越廣且逐漸在現場施 工應用的過程中被認可。
(3)雖然拋丸技術用途逐漸得到推廣,但不同橋 面狀況拋丸處理程度及驗收標準不一樣,下一步急需 制定相關規范及施工指南,以便更好地指導實際施工。
參考文獻:
〔1〕裴建中.橋面防水材料選型研究〔J〕.公路,2006(7).
〔2〕裴建中,張嘉林.橋面防水材料粘結性能研究〔J〕.工業建 筑,2006(11).
〔3〕居浩,黃曉明.橋面防水粘結材料性能研究〔J〕.公路, 2005(12)

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