水泥抛丸机混凝土桥面铺装抛丸处治技术

摘要：为了提高防水粘结层及沥青铺装层与混凝土桥面的粘结力，使用抛丸工艺去除桥 面灰尘、浮浆等杂物以及破碎的混凝土板块，以便暴露出混凝土表面空隙，形成具有合适粗糙 度的表面。结合沪蓉高速公路实际工程段对混凝土桥面抛丸处理施工工艺进行现场试验，确 定了抛丸工艺具体施工要点及控制参数等。在参考国内外规范与指南的前提下，结合试验结 果与实际工程经验，提出抛丸工艺处理后的验收标准分为目测标准和实际检测标准，并对实 测标准具体技术指标量化，以及对抛丸工艺验收后的处理要求给出建议。本文由青岛抛丸机生产厂家整理
关键词：抛丸；浮浆；验收标准；层间粘结力
1、前言
近年来随着经济的不断发展，交通量也随着相应 增加，许多高速公路通车不久，桥面沥青混凝土铺装层 就出现推移、坑槽等病害。分析其病害成因主要是水 泥混凝土桥面沥青铺装层在垂直荷载作用下，以及车 辆在桥面紧急制动时形成的巨大推动力，根据摩尔库 仑定理可知，当产生的剪应力大于层间抗剪强度时，沥 青混凝土铺装层将会与水泥混凝土面板发生脱离，成 为滑动界面而导致层问剪应力和拉应力大幅度增大， 特别是在高温及重载条件下，将迅速使沥青铺装层产 生推移、拥包以及车辙等早期病害，缩短了桥梁的使用 寿命，并增加了桥梁的养护费用。 国内外学者对桥面铺装层间破坏做了许多研究， 但其研究的根本目的都是为了提高水泥混凝土面板与 沥青铺装层之间的抗剪强度。从摩尔库仑定理可以看 出，增加粘结力值，可以提高抗剪强度。而层间粘结力 的提高主要通过防水粘结层实现，为此中国学者做了 许多研究。文献〔１〕、〔２〕对防水粘结材料的选型、外界 环境温度和混凝土表面状况等因素对防水层粘结性能 和抗剪性能的影响进行分析后得出，不同的防水材料类型、同一材料类型不同材料组成的粘结、抗剪性能差 别都很大。另外材料的粘结、抗剪性能随温度变化很 大。文献〔３〕对不同防水粘结材料的路用性能进行了 研究。分析了专用粘结剂材料（主要成分为氯丁胶乳化 沥青防水涂料）、高剂量ＳＢＳ改性沥青和环氧沥青３ 种桥面防水粘结材料的性能，分析的结论是３种材料 的抗剪切强度都随温度增加而降低。国外的一些学者 认为应该尽量避免添加防水粘结层，理由是此粘结层 反而会成为额外的薄弱层，限制了混凝土基面和沥青 铺装层之间的嵌锁作用。但更多的学者认为添加粘结 层能够明显提高层间粘结力。
另一种方法就是提高层间摩擦角，即通过对桥面 水泥混凝土表面浮浆层的清除以及适当增加表面粗糙 度来实现。中国ＪＴＧＦ４０—２００４｛公路沥青路面施工 技术规范》规定：水泥混凝土桥面的沥青铺装层的下卧 层必须符合平整、粗糙、整洁的要求，桥面纵横坡符合 要求；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。ＪＴＧＤ５０—２００６｛公路沥 青路面设计规范》借鉴发达国家经验，规定：特大桥、重 要大桥桥面宜进行表面喷砂处理（抛丸与喷砂属同类 表面处理工艺）。但上述规范均未提出混凝土桥面处 理工艺的具体实施要求以及处理后的评价技术指标。 在国外，Ａ Ｇａｒｂａｃｚ等人对混凝土桥面喷砂以及抛丸 等４种处理做了对比试验研究，对其微观结构观察后 发现经过抛丸处理后的混凝土表面粗糙度较高，并且 对混凝土表面结构构造没有造成明显的影响；通过拉 拔试验发现，在同一种防水粘结材料条件下，抛丸处理 后的层间抗拉强度较高。虽然试验只在一种防水材料 及铺装层的条件下进行，可能对于不同的层间结构组 合会有不同的试验结果，但仍具有参考价值。
中国目前用于混凝土桥面处理的工艺通常有喷砂 处理、大型铣刨机处理等。中国规范提到喷砂处理和 抛丸处理属同类表面处理工艺，导致中国许多学者及 工程技术人员将喷砂处理工艺等同于抛丸处理工艺， 虽然两种处理工艺施工原理及设备都很相似，但适用 范围及处理效果有所差异。喷砂处理较初用于钢桥面 除锈，后来钢桥面主线上几乎都用抛丸除锈，只在人行 通道等次要干道可能涉及到喷砂除锈，而在混凝土桥 面全线都用抛丸处理。国外学者也通过试验对比和实 际经验认为抛丸处理要优于喷砂处理。对于大型铣刨 机而言，铣刨宽度为０．５～２ｍ，铣刨宽度太宽导致边 角难以铣刨，必须经过人工凿毛处理。更重要的是其 铣刨深度通常为３”－－５Ｃ１ＴＩ，这必将损伤混凝土桥面板 的结构，而且在旖工时容易造成二次污染。 为了提高桥面沥青混凝土及改性乳化沥青防水粘 结层与水泥混凝土桥面之间的粘结强度，清理表面浮 浆及污染物，对桥面进行抛丸处理。笔者在参考国内 外研究基础上，结合沪蓉高速公路季河大桥工程段，介 绍该工艺原理并对验收技术指标进行探讨。
２抛丸工艺原理
抛丸技术是指通过旋转的叶轮把丸料（钢丸）以 很高的速度和一定的角度抛射到需要清理的水泥混凝 土桥梁表面上，让丸料以高速冲击混凝土桥梁表面，达 到去除各种杂质、增加粗糙度的目的。然后在机器内 部通过配套吸尘器的气流清洗，将丸料和清理下来的 杂质分别回收，分离出来的丸料可以再次利用。同时 抛丸机配有除尘器，可做到基本无扬尘、无污染施工， 达到提高效率、保护环境的目的。
３抛丸工艺特点
（１）对混凝土桥面损伤小。因抛丸工艺没有直接 和混凝土桥面接触，几乎不会损伤混凝土桥面结构。
（２）施工方便、效率高。可以通过控制丸料的颗 粒形状和大小、抛丸机的行走速度、抛射流量三大关键 参数，获得不同的混凝土表面处理效果，既干净又整 洁。沪蓉高速公路混凝土桥面处理项目抛丸工艺投入 抛丸机４台，施工作业人员２５入，每天可完成抛丸施 工６０００”－８０００ｍ２。
（３）抛丸技术既能够较大程度地去除混凝土基面 杂质和浮浆，增加表面微观构造深度，又能满足中国规 范提出的定性要求。
４抛丸工艺施工要点
在借鉴国外相关标准及指南的先进经验基础上， 以武荆高速公路混凝土桥面处理实际项目为依托，总 结出如下抛丸工艺施工要点。
（１）水泥混凝土表面抛丸处理施工前应做好相应 的准备工作，抛丸处理主要采用清渣机、抛丸机（自带 吸尘装置）等施工机械。在抛丸施工前，应保持混凝土 表面干净，清除钢筋头等，用清渣机或人工仔细打磨或 凿除凸起包块、浮浆及杂物，切割或凿除尖锐突出物并 认真清扫干净。防止上述物质在抛丸施工过程中污染 万方数据 １７２ 中外公路 第３１卷 丸料，以提高沥青混凝土铺装层与水泥混凝土表面的 粘结力。
（２）为了获得不同的表面处理效果，一般行走速 度采用１．８ｍ／ｒａｉｎ，抛丸宽度１８～２２ｃｍ。根据初次 抛丸处理具体情况，通过及时调整丸料的大小和形状 （因为丸料太大容易损伤桥面板，丸料太小难以去除表 面浮浆）、抛丸设备的行走速度、丸料的流量大小３个 关键参数来控制处理效果，确保处理后的混凝土表面 具有理想的粗糙度。
（３）抛丸机喷丸清除路面的浮浆和松散的混凝 土，使路面清洁度及粗糙度达到标准；抛丸机喷丸过程 中，应该匀速行走，以保证处理的界面能够符合要求。 抛丸施工后桥面应做到骨料外露，有较好的粗糙度。
（４）抛丸机单次行走工作距离是有限制的。一般 是沿着桥面纵向往复进行，且纵向喷砂长度不宜超过 ３０ｍ。在抛丸机起步阶段，操作手应先按抛丸机的行 走开关，让抛丸机先处于行走状态下，再打开放丸阀 门，防止在起步位置喷丸时形成凹坑。
（５）在喷丸过程中，所有的抛丸机操作手，应该严 格按照规定的行走速度控制抛丸机。在抛丸机行走过 程中，应该按照护栏的线形行走，尽量保持抛丸机是直 线行走，更好地保证抛丸机的工作效率和喷丸质量，抛 丸机单次抛丸幅宽为０．４５ｍ。抛丸作业不得在雨天 和雨后混凝土表面未完全干燥时进行。
（６）抛丸施工前，混凝土桥面板局部区域发生损 坏，必须先用材料进行修复。经过抛丸施工处理的混 凝土表面应采用防雨布等措施进行临时保护，避免二 次污染，防止雨水渗入影响防水层施工质量。
５抛丸处理验收标准探讨
国际混凝土维修协会（ＩＣＲＩ）的指导方针将混凝 土表面处理（ＣＳＰ）分为５、６、７三个等*，其粗糙度依 次增加。随后由于混凝土桥面层间粘结极易破坏，该 协会又推荐处理后的混凝土表面较好满足６、７等*，３ 种处理样本等*如图１所示。 中国规范虽然提到过抛丸处理混凝土桥面，但没 有具体的量化指标，这必将给具体施工造成困难。为 了解决这一难题，参考国内相关技术规范以及工程经 验，较终确定了武荆高速公路混凝土桥面铺装抛丸处 理质量验收实施标准，此标准分为２个阶段，即目测阶 段与实测阶段。
图１处理样本等*５（左）．６（中）．７（右）
５．１目测标准
（１）混凝土表面无浮浆、无起砂层，边角处理效果 适当，搭接处无错台、无浆带、达到１００％创面。
（２）混凝土表面无明显尖锐凸起、水泥浆斑块等 突出物。
（３）混凝土表面形成１～３ｍｍ深度的不均匀粗 糙表面。
（４）混凝土表面洁净，无浮尘，无油渍。
５．２实测标准
实测主要包括构造深度、摩擦系数及露骨率的 测定。 由于该项目桥面板使用的是普通硅酸盐混凝土， 故在此没有考虑ｐＨ值大小的测定，具体的验收技术 指标及试验方法由武荆高速公路项目指挥部和技术服 务组根据试抛试验段后确定，具体见表１。
６抛丸工艺验收后的处理要求
（１）不满足目测标准的，针对目测标准采取相应 处理措施使之符合基本要求。
（２）实测项目检测结果达不到要求值时，应对测 点所代表的区域重新进行抛丸处理。
（３）因为普通混凝土桥面板不可避免会因为温度 梯度和水分的散失产生拉应力，桥面板内部薄弱的地 方将产生初始微裂纹，经过抛丸处理后，部分混凝土表 面加速暴露出宽度和长度不等的裂缝及裂纹，经现场 观测发现严重的混凝土桥面裂缝宽度高达２ｍｍ，并 且在整个桥面布满不同规则的网裂和龟裂裂缝。为确 保桥面不透水，延长桥梁的使用寿命，必须用环氧树脂 封闭后才能开始下道工序的施工。
表1、抛丸工艺验收技术指标

７结论
（１）根据现场桥面情况，进行试抛试验，较终确定抛丸机以２ｍ／ｍｉｎ的速度匀速行走，经过目测，混凝 土表面浮浆、起砂层基本去除，并在表面形成大面积平 整、微观浅表粗糙非均匀的“橘皮”构造；试验检测构造 深度为０．６～ｏ．８ｆｉｌｍ，露骨率为６０％”－７５％，摩擦系 数为４８～５７，参考ＩＣＲＣ指南，相当于其ＣＳＰ（表面处 理）７*标准，能够满足施工要求。
（２）抛丸技术不仅用于桥面铺装前的预处理，同 时也适用于隧道路面铺装、连续配筋混凝土路面以及 互通匝道等实际工程，用途越来越广且逐渐在现场施 工应用的过程中被认可。
（３）虽然抛丸技术用途逐渐得到推广，但不同桥 面状况抛丸处理程度及验收标准不一样，下一步急需 制定相关规范及施工指南，以便更好地指导实际施工。
参考文献：
〔1〕裴建中．桥面防水材料选型研究〔Ｊ〕．公路，２００６（７）．
〔２〕裴建中，张嘉林．桥面防水材料粘结性能研究〔Ｊ〕．工业建 筑，２００６（１１）．
〔３〕居浩，黄晓明．桥面防水粘结材料性能研究〔Ｊ〕．公路， ２００５（１２）