不同橋面混凝土板處理方法適用性分析

高 瞻

（河南高速公路發(fā)展有限責任公司，河南鄭州 450000）

0 引言

我國高速公路橋梁大部分采用“水泥混凝土橋面板+2 層改性瀝青混凝土面層”的橋面鋪裝結構形式。由于水泥混凝土和瀝青混凝土屬于兩種不同親水、親油介質的材料，而用于兩者之間的橋面防水粘結層往往只能兼顧其中一種性質（多為親油介質），導致橋面混凝土面板與瀝青面層之間的粘結差，在車輛荷載等因素的作用下，產生剪切破壞等。橋面板與瀝青面層粘結效果差是目前橋面鋪裝的一個難題。

影響橋面板與瀝青面層之間粘結效果的因素不僅包括防水粘結材料的性能，橋面板的處理方式也是一個重要的方面。橋面板處理指將橋面水泥混凝土板上的所有灰塵、浮漿、軟弱部位剔除，形成粗糙和可靠的抗滑界面，是層間防水粘結材料發(fā)揮作用的基礎保證，同時其與瀝青面層形成的嵌擠結構也增強了兩者間的粘結能力。

目前常用的橋面水泥混凝土板處理方法有人工鑿毛、拋丸處治和精銑刨三種，本文通過室內試驗研究，分析了三種橋面板處理方法對橋面板與瀝青混凝土面層之間的粘結性能的影響，同時結合經(jīng)濟效益分析提出每種處理方法的適用性。

1 常用的橋面板處理方法

目前常用的橋面板處理方法有三種：人工鑿毛、拋丸處治和精銑刨。以下介紹每種方法的主要優(yōu)缺點。

（1）人工鑿毛處理工藝即采用人工對橋面板進行鑿毛，該工藝采用最早且價格便宜，但是對橋面板的塵土、浮漿和軟弱部位清理效果不佳，從而影響了橋面板與瀝青面層之間的粘結效果。

（2）拋丸處治即采用專門機械將鋼丸或者砂粒以很高的速度和一定的角度拋射到工作面上，讓丸料沖擊工作表面，并利用配套設備回收丸料和清理下來的雜質，從而清除工作面軟弱層的過程。該方法在清除橋面雜物的同時也將這些雜物吸走，橋面基本不需要進行二次清掃，但是該工藝對于橋面板浮漿較厚的位置清除效果差，同時將混凝土骨料表面的棱角磨平，減小了橋面板與瀝青面層間的嵌擠效果。

（3）精銑刨指采用銑刨機對橋面板進行精細銑刨處理的工藝。精銑刨可控制銑刨深度，能夠處理較厚的浮漿。精銑刨不會破壞橋面板表面石子的棱角性，同時銑刨產生的“溝槽”能夠增加橋面板與瀝青面層間的嵌擠力。

2 試驗方法

對不同橋面板處理方法效果的評價，關鍵在于對每種處理方法的真實模擬。以往研究往往采用對室內混凝土板進行噴砂和刻槽等方法模擬拋丸和精銑刨工藝，其試驗結果難以真實反應實際情況。該試驗通過現(xiàn)場取芯和室內成型的方法進行試驗試件的制作，通過測試其層間抗剪強度和抗拉強度評價三種橋面板處理方法的處理效果。

2.1 試驗試件的制作

該試驗模擬河南某項目的橋面鋪裝，該項目橋面鋪裝方案為在對混凝土橋面板進行處理后，涂刷 FYT 防水材料，然后撒布 SBS 改性瀝青碎石封層，最后進行中面層 AC-20C 和上面層 AC-13C 瀝青混合料攤鋪。

（1）水泥混凝土試塊的制作

由于室內設備無法完全模擬現(xiàn)場橋面板處理后的效果，該試驗通過在結構物外置搭板位置在標準的施工條件下分別進行人工鑿除、拋丸和精銑刨處理后，采用 100 mm 鉆筒進行取芯，并在室內將芯樣切割成要求尺寸后作為水泥混凝土試件。

（2）橋面防水材料的涂刷

為模擬實際情況，在切割后的芯樣試件表面涂刷 FYT 防水材料，每個試件防水涂料用量一致，涂刷均勻，一次性涂刷完成。

（3）涂刷 SBS 改性瀝青

為減少封層碎石對試驗結果的影響，該試驗中僅采用 SBS 改性瀝青作為封層材料，不進行碎石布設。將 SBS 改性瀝青加熱到 170℃后，在涂有FYT 防水材料的水泥混凝土芯樣表面進行 SBS 改性瀝青涂刷，每個試件防水涂料用量一致，涂刷均勻，一次性涂刷完成。

（4）瀝青混凝土試件成型

三種橋面板處理方法主要的效果就是對瀝青混合料的嵌擠作用，故不能采用室內單獨成型或現(xiàn)場取芯的瀝青混凝土試件與水泥混凝土試件進行簡單粘接。該試驗采用專門的模具（見圖1），在水泥混凝土芯樣上進行 AC-20C 中面層馬歇爾試件成型，保證兩者間的“熱粘接”。馬歇爾試件按單面擊實成型，擊實次數(shù)以馬歇爾試件密度接近雙面擊實的試件密度為準，瀝青混合料用量以擊實后接近要求尺寸為準，需要在馬歇爾擊實前先確定擊實試件所需要的瀝青混合料質量和擊實次數(shù)。

圖1 試驗模具和試件成型示意圖

表1為該試驗采用的 AC-20C 瀝青混合料級配和油石比。試件瀝青混合料用量和擊實次數(shù)如表2所示。

表1 中面層 AC-20C 瀝青混合料級配

表2 馬歇爾擊實成型瀝青混合料質量和擊實次數(shù)

2.2 層間粘結性能評價試驗方法

評價橋面板與瀝青混凝土面層間的粘結力的指標主要有層間抗剪強度和層間抗拉強度。本文分別通過“45°斜剪試驗”和“拉拔試驗”進行層間抗剪和抗拉強度測試。

2.2.1 45°斜剪試驗

45°斜剪試驗是將兩結構層的接觸面（層間）放置于上、下試模之間，在上面的試模頂面施加正壓力 F，壓力大小可由力傳感器測定。當剪切面成45°角時，則此正壓力會沿 45°角分解，壓力 F 分解成兩個力，一個平行于剪切面 FH，一個垂直于剪切面 FV。這樣當 F 超過臨界值時，在垂直力和水平力的綜合作用下，試件就會產生剪切破壞，可模擬路面在行車荷載作用下橋面板與面層剪切作用的情況。45°斜剪示意如圖2所示。

圖2 45°斜剪試驗示意圖

2.2.2 拉拔試驗

拉拔試驗是將兩粘接的結構層試件上、下部采用專門的拉拔頭進行粘接，采用拉力機進行垂直力拉拔。當拉力 F 超過一定值時，兩結構層間的粘結面開始拉裂，可評價兩結構層試樣間的抗拉能力。拉拔試驗示意如圖3所示。

圖3 拉拔試驗示意圖

3 試驗結果

3.1 45°斜剪試驗結果

不同橋面板處理方法 45°斜剪試驗結果如表3和圖4所示。

表3 不同橋面板處理方法 45°斜剪試驗結果

圖4 不同橋面板處理方法 45°斜剪試驗結果

通過 45°斜剪試驗結果，得到以下結論：

（1）三種橋面板處理方法對橋面板與瀝青面層間的抗剪能力有較大提高，其中精銑刨效果最佳，人工鑿毛效果略優(yōu)于拋丸處理。

（2）拋丸處治方法形成的混凝土表面的光滑面不利于層間的嵌擠，而人工鑿毛和精銑刨形成的粗糙面更有利于層間的粘結。

3.2 拉拔試驗

不同橋面板處理方法拉拔試驗結果如表4和圖5所示。

表4 不同橋面板處理方法拉拔試驗結果

圖5 不同橋面板處理方法拉拔試驗結果

通過拉拔試驗結果分析，得到以下結論：

（1）三種橋面板處理方法對橋面板與瀝青面層間的抗拉能力均有一定的提高，但是人工鑿毛方法效果不佳，拋丸和精銑刨效果相當，明顯優(yōu)于人工鑿毛方法。

（2）影響拉拔試驗結果的因素主要與結合面清潔程度有關，人工鑿毛方法對橋面板的清潔效果差，不利于層間粘結。拋丸和精銑刨粘結效果相當。

4 經(jīng)濟效率和適用性分析

通過第 3 節(jié)的試驗結果分析，精銑刨施工的效果最佳，但是銑刨機設備租賃費和油耗較高，從經(jīng)濟性上考慮并非都適用，需要綜合考慮多方面因素各種橋面板處理方法的優(yōu)缺點及費用,見表5。

從表5可以得到：

（1）人工鑿毛處理方法較為經(jīng)濟，但是對橋面板灰塵、浮漿等處理效果不佳，層間抗拉強度低，一般不建議作為高速公路橋面板處理方法，可在特殊條件下使用。

（2）拋丸處治。拋丸處治施工效率低、單價高，對灰塵、浮漿、軟弱部位清理效果好，但是對于浮漿較厚位置清理效果差，其對橋面板的處理整體效果略低于精銑刨處理。拋丸處治具有機動、靈活的優(yōu)點，較適合于高速公路施工時間零散的情況，適合于處理一些處理面積較小且施工時間零散的結構物。

（3）精銑刨處理效果好，但是費用高，適用于有大面積工作面（2 000 m2以上）或者對于一些表面浮漿等較多，拋丸處治效果差的橋面，需要做好施工計劃，盡量提高銑刨機的工作效率。

表5 各種橋面板處理方法的優(yōu)缺點及費用表

5 結語

（1）三種橋面板處理方法對橋面板與瀝青面層間的抗剪能力有較大提高，其中精銑刨效果最佳，人工鑿毛效果略優(yōu)于拋丸處理。

（2）三種橋面板處理方法對橋面板與瀝青面層間的抗拉能力均有一定的提高，但是人工鑿毛方法效果不佳，拋丸和精銑刨效果相當，明顯優(yōu)于人工鑿毛方法。

（3）高速公路橋面板處理不宜采用人工鑿毛方法；對于一些施工面積小且施工時間零散的結構物橋面處理，宜采用拋丸處理；對于一些施工面積大且拋丸處治效果差的結構物，宜采用精銑刨處理。

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