拋丸工藝在混凝土路面處理中的應(yīng)用

孟俊毅

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

0 引言

近年來，因?yàn)楦鞣N原因，我國(guó)很多道橋路面發(fā)生了大面積毀損的情況。路面毀損嚴(yán)重的影響了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)施工建設(shè)單位也產(chǎn)生了不小的負(fù)面影響。路面鋪裝的質(zhì)量是造成路面毀損的因素之一。路面與路基結(jié)合不好，造成了路面單獨(dú)受力是路面毀損的根本原因。因此，使用新型拋丸技術(shù)，代替噴砂等傳統(tǒng)的路面鑿毛技術(shù)，能很好的提高路面與路基的粘合性，提高道橋路面質(zhì)量。

1 拋丸工藝簡(jiǎn)介

拋丸(英文名:shot blast)工藝是一種機(jī)械方面的表面冷處理工藝，就是利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸(60 m/s～110 m/s)流連續(xù)沖擊被強(qiáng)化工件表面，迫使靶材表面和表層(0.10 mm～0.85 mm)在循環(huán)性的變形過程中發(fā)生變化，來提高材料的疲勞壽命，防止疲勞失效，塑性變形與脆斷。

拋丸的原理是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪體旋轉(zhuǎn)，靠離心力的作用，將直徑約在0.2～3.0的彈丸拋向工件的表面，使工件的表面達(dá)到一定的粗糙度，提高工件后續(xù)的附著力。拋丸工藝與噴砂工藝的區(qū)別是拋射，而不是噴射，拋射的不是砂，而是鋼丸。鋼丸的直徑遠(yuǎn)大于噴砂的直徑。拋丸工藝加工出來的產(chǎn)品，質(zhì)量穩(wěn)定，外表美觀，而且加工速度快，經(jīng)濟(jì)性好。

移動(dòng)式拋丸處理設(shè)備是美國(guó)國(guó)際表面處理有限公司于20世紀(jì)70年代研制，當(dāng)時(shí)被成功的應(yīng)用在工業(yè)地坪表面、涂裝行業(yè)、混凝土浮漿的清理和表面打毛上，大大提高了后續(xù)涂裝材料同基層的粘結(jié)力。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)和技術(shù)成熟，由于其環(huán)保和高效的特點(diǎn)，拋丸工藝和設(shè)備在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的公路養(yǎng)護(hù)、道橋施工等眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。拋丸工藝自從進(jìn)入我國(guó)以來得到眾多施工單位的認(rèn)可，在高速公路、市政道路、隧道施工及混凝土橋梁防水涂裝方面逐步得到了應(yīng)用。

拋丸機(jī)的主要部件有:拋射器，上下料傳送帶，鋼丸輪回系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)等，見圖1。拋丸器是拋丸機(jī)的關(guān)鍵部件。拋丸器中的雙圓盤鉚接成一體，構(gòu)成葉輪體。葉輪體上裝有八片葉片，葉輪體與位于拋丸輪中心的分丸輪一起裝在由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸上，見圖2。罩內(nèi)襯有護(hù)板，罩殼上裝有定向套及進(jìn)丸管。工作時(shí)，彈丸由進(jìn)丸管流入拋丸器。跟葉片作同步旋轉(zhuǎn)的分丸輪使彈丸得到初速度。彈丸經(jīng)定向套的窗口飛出，拋到定向套外面的高速旋轉(zhuǎn)的葉片上，被葉片進(jìn)一步加速后，拋射到被清理工件的表面上。

圖1 拋丸機(jī)

圖2 拋丸輪

2 拋丸工藝與傳統(tǒng)工藝的比較

拋丸工藝在國(guó)外的道橋施工表面處理上應(yīng)用非常廣泛，近年來，在我國(guó)也開始逐步推廣并使用。在我國(guó)傳統(tǒng)的道橋施工表面處理中，主要使用的方法有人工鑿毛、機(jī)械鑿毛、高壓水等，均存在效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，甚至在原混凝土表面因強(qiáng)烈振動(dòng)產(chǎn)生微裂紋，不便于大面積機(jī)械化施工，粘結(jié)力較差的問題。

使用傳統(tǒng)的鑿毛和銑刨工藝進(jìn)行混凝土路面表面處理，從圖3可以看出:在高速?zèng)_擊下，混凝土內(nèi)部容易產(chǎn)生微裂紋;將突出的骨料振動(dòng)松散;清理不徹底;處理后的表面不均勻;環(huán)境污染嚴(yán)重;后續(xù)清理工作量大等。

使用拋丸工藝進(jìn)行混凝土路面表面處理，從圖4可以看出:處理后的表面美觀平整，且沒有盲區(qū);對(duì)原有的混凝土基層影響很小，骨料無松動(dòng);粗糙度均勻可控;環(huán)境污染小;后續(xù)清理工作量小;后續(xù)的鋪裝工序的粘結(jié)性好等。

圖3 傳統(tǒng)的鑿毛和銑刨工藝示意圖

圖4 拋丸工藝示意圖

在路面標(biāo)線的清理中，使用銑刨工藝和拋丸工藝的效果分別如圖5和圖6所示，從圖5，圖6可以看出，拋丸工藝相比傳統(tǒng)工藝具有很大的優(yōu)勢(shì)，可以提供干凈、整潔、100%清理、不破壞路面原有結(jié)構(gòu)、達(dá)到一定粗糙的最佳工藝方法。

圖5 銑刨工藝處理后的效果

圖6 拋丸工藝處理后的效果

3 拋丸機(jī)在路面處理中的應(yīng)用

混凝土地面拋丸機(jī)進(jìn)行路面拋丸的流程如下(見圖7):利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的拋丸輪在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力和風(fēng)力，一定顆粒度的鋼丸在進(jìn)入溜丸管時(shí)(可以控制鋼丸的流量)，便被加速帶入高速回轉(zhuǎn)的分丸輪中，在離心力的作用下，鋼丸由分丸輪窗口以一定速度進(jìn)入定向套，再經(jīng)由定向套窗口(控制丸料的拋打方向)高速拋出，由高速回轉(zhuǎn)的葉片拾起，并沿葉片之長(zhǎng)度方向不斷加速運(yùn)動(dòng)直至高速拋出，拋出的鋼丸形成一定的扇形流束，沖擊工作平面來達(dá)到清理強(qiáng)化的目的。然后鋼丸、灰塵及雜質(zhì)一起經(jīng)過反彈室來到儲(chǔ)料斗的上方。大功率的除塵器通過分離裝置將丸料和灰塵分離，丸料進(jìn)入儲(chǔ)料斗繼續(xù)循環(huán)使用，灰塵則通過連接管進(jìn)入除塵器。當(dāng)灰塵進(jìn)入除塵器后，通過濾芯的分離，停留在儲(chǔ)灰斗中和濾芯的表面。自動(dòng)反吹除塵器可以通過壓縮機(jī)提供的反吹空氣自動(dòng)間隔清理每一個(gè)濾芯。最后在機(jī)器內(nèi)部通過配套吸塵器的氣流清洗，將鋼丸和清理下來的雜質(zhì)分別回收，并且使鋼丸可以再次利用。

圖7 混凝土地面拋丸機(jī)工作原理

拋丸前的準(zhǔn)備工作:1)根據(jù)路面情況，進(jìn)行鋼丸拋射角度調(diào)整，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)定位器，拋射角抬高;順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)定位器，拋射角降低。2)根據(jù)路面及需要達(dá)到的效果情況，確定鋼丸數(shù)量，多退少補(bǔ)。3)開始工作前應(yīng)空載運(yùn)行幾分鐘，以檢查各部件是否正常。4)新拋丸器在使用前必須調(diào)整定向套窗口的位置，使拋出的鋼丸盡可能拋射到路面上，以減小對(duì)清理室內(nèi)壁耐磨件的磨損。

4 拋丸工藝的發(fā)展前景

拋丸機(jī)配有除塵器，可做到無塵無污染施工，既提高了效率，又保護(hù)環(huán)境，是典型的綠色低碳環(huán)保型清理設(shè)備。還具有以下優(yōu)勢(shì):人工成本低，兩人配合就可以操作;施工成本低，在路面清理中，平均在2元/m2左右;清理效率高，可以達(dá)到500 m2/h;清理過后留下干凈的、整潔的、粗糙度均勻的地面，無需后期任何清理就能夠進(jìn)行后續(xù)的施工作業(yè)。同時(shí)，拋丸工藝還可以應(yīng)用到石材處理、機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、標(biāo)線清理、瀝青路面養(yǎng)護(hù)等多個(gè)方面的表面處理中，涉及機(jī)械的大多數(shù)領(lǐng)域，如修造船、汽車零部件、飛機(jī)部件、槍炮坦克表面、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、玻璃、鋼板型材、管道內(nèi)外壁防腐等很多行業(yè)?？梢钥闯?，拋丸工藝能夠應(yīng)用于很多個(gè)領(lǐng)域，具有很大的發(fā)展前景。

5 結(jié)語

拋丸工藝在混凝土路面處理中的應(yīng)用，可以很好的解決傳統(tǒng)的鑿毛方法導(dǎo)致的很多問題，能很好的提高路面與路基的粘合性，提高路面質(zhì)量，提高人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。拋丸工藝以其成本低、環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，為打造城市風(fēng)景，延長(zhǎng)路面的使用壽命、越加顯現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用空間。

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