水泥混凝土梁橋橋面整體化層拋丸處理工藝關(guān)鍵控制參數(shù)

樊振陽(yáng)，陳楚鵬，許新權(quán)

(1.廣州市高速公路有限公司，廣州 510290；2.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

廣東是我國(guó)擁有公路橋梁里程比較長(zhǎng)的省份之一，此外，廣東是亞熱帶氣候區(qū)，具有高溫多雨的氣候特點(diǎn)，橋面鋪裝面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境考驗(yàn)，因此，部分橋面鋪裝在通車不久后即發(fā)生水泥板松散、瀝青層坑槽等現(xiàn)象，使得路面的舒適性、安全性和耐久性均受到影響?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，由于防水粘結(jié)層抗剪切強(qiáng)度不足，在行車荷載作用下，橋面鋪裝層易出現(xiàn)車轍、推移等病害[1-5]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濕熱多雨地區(qū)橋面整體化層的研究和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，尤其在橋面整體化層的拋丸處治工藝方面，尚未形成質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，于明明[6]研究了混凝土層表面處治技術(shù)、防水粘結(jié)層施工工藝及施工檢測(cè)三個(gè)主要因素，提出了混凝土界面處治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定了質(zhì)量控制檢測(cè)指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法。王安福[7]等選擇構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)和灰度值作為混凝土橋面板粗糙度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了采用不同拋丸工藝時(shí)混凝土橋面板粗糙度的變化情況，分析并得出不同拋丸工藝對(duì)橋面粗糙度的影響規(guī)律。盧哲安[8]等研究了水泥混凝土橋面鋪裝層結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度的影響狀況，結(jié)果表明：結(jié)合面的粘結(jié)強(qiáng)度不足時(shí)，在荷載作用下，結(jié)合面會(huì)發(fā)生剝離，從而導(dǎo)致推擠而造成鋪裝層的開(kāi)裂，保證結(jié)合面具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)于保證鋪裝層的正常工作至關(guān)重要。方志禾[9]等研究認(rèn)為：避免橋面鋪裝層的局部脫空尤為重要，有必要加強(qiáng)橋面鋪裝和行車道板之間的粘結(jié)措施，以增強(qiáng)其粘結(jié)強(qiáng)度，盡可能使橋面鋪裝的局部脫空限制在1mm以下。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外在橋面鋪裝防水粘結(jié)層材料方面的研究滯后于生產(chǎn)實(shí)際需要，現(xiàn)有研究主要是針對(duì)它們發(fā)生的病害來(lái)開(kāi)展的，主要集中在水泥混凝土的合理設(shè)計(jì)厚度/瀝青混凝土和橋面鋪裝的鋪裝厚度、橋面整體化層鋼筋配筋率和混凝土材料的性能要求等方面，但橋面整體化層拋丸處治工藝的具體控制參數(shù)未明確，亟需開(kāi)展相關(guān)研究。本文依托廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二高速公路建設(shè)項(xiàng)目開(kāi)展了相關(guān)研究，旨在通過(guò)試驗(yàn)研究及實(shí)體工程驗(yàn)證，提出切實(shí)可行的橋面整體化層拋丸工藝關(guān)鍵控制參數(shù)。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試件成型

(1)采用室內(nèi)成型試件的尺寸為3m×3cm×5cm，水泥混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 水泥混凝土配合比

(2)按照不同的浮漿要求(表2)，對(duì)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步處理。在如圖1所示的試件區(qū)域6處采用編織袋等拉毛工具將表面浮漿進(jìn)行處理，使得骨料露出，表面基本沒(méi)有浮漿，形成浮漿Ⅰ型表面；區(qū)域8處則在表面灑一定量的水泥并采用抹光工具進(jìn)行抹光，使得表面浮漿較多，形成浮漿浮漿Ⅲ型表面；其余區(qū)域則抹光處理后進(jìn)行簡(jiǎn)單拉毛，表面浮漿一般，形成浮漿Ⅱ型。

表2 浮漿類型及表面狀況

圖1 成型完后試件表面區(qū)域劃分

(3)對(duì)試件進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生7d后按照不同的拋丸工藝參數(shù)進(jìn)行拋丸，測(cè)試MPD和BPN值。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)時(shí)采用拋丸機(jī)，分別按照相應(yīng)的工藝參數(shù)在試件表面拋丸，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定拋丸工藝的控制參數(shù)。試驗(yàn)方案見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 拋丸速度

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，不同拋丸速度條件下對(duì)試件進(jìn)行拋丸，其結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 不同拋丸速度條件下試件表面MPD均值

圖3 不同拋丸速度條件下試件表面BPN均值

根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果可知：隨著拋丸速度的變化，試件的MPD和BPN也發(fā)生變化。當(dāng)拋丸速度超過(guò)2檔(10～15m/min)時(shí)，試件表面的MPD和BPN與未拋丸前沒(méi)有明顯變化，主要原因是由于拋丸速度過(guò)快時(shí)，丸料和試件表面的接觸面積不足，造成了試件表面的粗糙度和摩擦系數(shù)未有明顯變化。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果可知，拋丸速度控制在2檔以下時(shí)，粗糙度和摩擦系數(shù)有一定的改善，考慮到施工效率因素，施工時(shí)建議拋丸速度控制在2檔(10～15m/min)。

2.2 拋丸次數(shù)

對(duì)區(qū)域5分別進(jìn)行4次2檔拋丸，每次拋丸后測(cè)試其MPD均值和BPN均值，測(cè)試結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 不同拋丸次數(shù)下試件表面MPD均值

圖5 不同拋丸次數(shù)下試件表面BPN均值

根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果可知：拋丸1次后，試件表面的MPD值和BPN值增加，即拋丸后試件表面的粗糙度和摩擦系數(shù)均得到改善；但隨著拋丸次數(shù)≥2次后，拋丸對(duì)試件表面的MPD值和BPN改善效果則不再明顯，因此，為保證施工效率，實(shí)際施工時(shí)建議拋丸1次。

2.3 表面浮漿

對(duì)區(qū)域6、區(qū)域7和區(qū)域8分別進(jìn)行1次2檔拋丸，拋丸前后測(cè)試其MPD均值和BPN均值，測(cè)試結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 不同表面浮漿狀況條件下試件表面MPD均值

圖7 不同表面浮漿狀況條件下試件表面BPN均值

根據(jù)上述測(cè)試結(jié)果可知：表面浮漿對(duì)于拋丸的效果有較大影響，拋丸后，提高了浮漿Ⅰ型和浮漿Ⅱ型試件表面的MPD均值和BPN均值，試件表面的粗糙度和摩擦系數(shù)得到改善，但對(duì)試件拋丸后，降低了浮漿Ⅲ型試件表面的MPD均值和BPN均值。實(shí)際工程中，需要控制試件表面的浮漿，即應(yīng)控制橋面整體化層表面浮漿狀況為浮漿Ⅰ型和浮漿Ⅱ型，嚴(yán)禁表面浮漿狀況為浮漿Ⅲ型。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二高速公路是空港經(jīng)濟(jì)區(qū)的主通道，連接中心城市核心城區(qū)和交通樞紐，預(yù)計(jì)短期以客車交通為主，未來(lái)可能接入重載貨流，設(shè)計(jì)交通等級(jí)為特重交通，車流量和國(guó)內(nèi)外客流量大，對(duì)行車舒適性、安全性、全天候通行能力、設(shè)施免(低)維護(hù)等方面有較高的要求。此外，項(xiàng)目南北段采用了橋隧比高達(dá)92.0%和68.3%的設(shè)計(jì)方案，且位于多雨地區(qū)，雨季長(zhǎng)、雨量大，暴雨天氣頻發(fā)，對(duì)橋面鋪裝層與下部結(jié)構(gòu)的層間粘結(jié)等均有較高的要求。

3.2 工程應(yīng)用效果

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，按照2檔拋丸1次的拋丸控制參數(shù)進(jìn)行拋丸，施工過(guò)程中嚴(yán)格控制表面浮漿，使得表面浮漿控制為浮漿Ⅰ型和浮漿Ⅱ型。利用激光紋理儀和擺式摩擦系數(shù)儀測(cè)試廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二高速公路大塘高架橋橋面整體化層的MPD和BPN值，測(cè)試結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖9 大塘高架橋橋面整體化層摩擦系數(shù)

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，拋丸后大塘高架橋橋面整體化層具有較好的粗糙度和摩擦系數(shù)，可更好地保證橋面鋪裝層和下部整體化層的粘結(jié)。截止2022年1月，廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二高速公路建設(shè)項(xiàng)目部分橋面段已開(kāi)放交通2年，橋面未見(jiàn)明顯的病害。

4 結(jié)論

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)和廣州機(jī)場(chǎng)新白云國(guó)際第二高速公路實(shí)體工程驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

(1)拋丸次數(shù)、拋丸速度和表面浮漿對(duì)拋丸工藝的效果均具有影響。

(2)拋丸速度>2檔(10～15m/min)，拋丸后橋面整體化層表面粗糙度和摩擦系數(shù)未見(jiàn)明顯改善，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)建議控制拋丸速度≤15m/min。

(3)拋丸次數(shù)>1次后，隨著拋丸次數(shù)的增加，橋面整體化層表面粗糙度和摩擦系數(shù)不再明顯變化，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)建議拋丸1次。

(4)表面浮漿狀況對(duì)拋丸工藝具有較大的影響，應(yīng)嚴(yán)禁橋面整體化層表面浮漿為浮漿Ⅲ型。