橋隧工程混凝土面板處理工藝關(guān)鍵參數(shù)研究

龔成林，周建良，王　俊，鮑忠誠(chéng)

（1.南京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，江蘇 南京 210000；2.南京城建隧橋經(jīng)營(yíng)管理有限公司，江蘇 南京 210000）

橋隧工程混凝土面板處理工藝關(guān)鍵參數(shù)研究

龔成林1，周建良2，王俊2，鮑忠誠(chéng)1

（1.南京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，江蘇 南京 210000；2.南京城建隧橋經(jīng)營(yíng)管理有限公司，江蘇 南京 210000）

橋隧混凝土面板表層處理工藝對(duì)防水粘結(jié)層的效果具有較大影響，文章針對(duì)拋丸處理工藝，重點(diǎn)選擇構(gòu)造深度與層間粘結(jié)、剪切強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)拋丸機(jī)械施工參數(shù)研究。研究結(jié)果表明：（1）層間粘結(jié)、剪切強(qiáng)度與構(gòu)造深度、露骨率有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并建議拋丸后面板的構(gòu)造深度不小于0.45 mm；在1～3 mm浮漿情況下，露骨率不小于28%；（2）拋丸機(jī)的行進(jìn)速度、拋丸功率直接影響到面板處理效果，正式施工前，需進(jìn)行試驗(yàn)段以確定合理的拋丸工藝參數(shù)；（3）結(jié)合南京市城西干道改造工程，提出城市路面拋丸工藝的施工工序、注意事項(xiàng)及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，可為城市橋隧工程提供借鑒。

混凝土面板；拋丸工藝；施工參數(shù)；構(gòu)造深度

瀝青鋪裝層直接承受行車荷載作用，尤其是制動(dòng)或加速時(shí)，在瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土面板的結(jié)合面產(chǎn)生很大的剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力大于鋪裝層間抗剪應(yīng)力時(shí)，會(huì)形成橋面瀝青混凝土鋪裝推移擁包等病害［1］。層間剪應(yīng)力產(chǎn)生的原因見圖1，調(diào)查顯示78%的橋面病害與層間粘結(jié)不良有關(guān)［2］?；炷撩姘逶谑┕r(shí)，表面會(huì)形成一層水泥浮漿層，為避免其對(duì)防水粘結(jié)功能的影響［3］，有必要對(duì)水泥混凝土橋隧面板的處理工藝進(jìn)行研究。

圖1 層間剪應(yīng)力的產(chǎn)生原因

本文擬依托南京市城西干道改造工程，對(duì)城市橋隧混凝土面板拋丸工藝的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，并提出拋丸工藝的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)與注意事項(xiàng)。

1 拋丸工藝驗(yàn)收試驗(yàn)指標(biāo)研究

1.1 指標(biāo)的提出

目前國(guó)內(nèi)混凝土面板拋丸處理工藝大多以拉拔、剪切強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，缺乏規(guī)范的混凝土面板驗(yàn)收參數(shù)；并且由于橋隧工程路面坡度大、交通條件惡劣、施工難度大，橋隧工程路面結(jié)構(gòu)中剪切應(yīng)力有很大程度的增加［4-6］。根據(jù)拋丸處理工藝施工效率高、處理后不需水洗等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程驗(yàn)收要求，除常規(guī)表面清潔度、干燥度等驗(yàn)收指標(biāo)外，提出構(gòu)造深度和露骨率2個(gè)關(guān)鍵量化驗(yàn)收指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)方案

為了研究及修正面板拋丸處理質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，采用拋丸機(jī)對(duì)同批原材料、同一級(jí)配、同一批次成型的水泥混凝土面板進(jìn)行拋丸處理，得到不同的構(gòu)造深度值，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《路橋用水性瀝青基防水涂料標(biāo)準(zhǔn)》（JT/T 535—2004）所規(guī)定的界面力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件及要求，對(duì)防水粘結(jié)層的拉拔強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，控制界面所需要的構(gòu)造深度和露骨率。

為了滿足工程實(shí)際需要，該批水泥混凝土試驗(yàn)板采用C40級(jí)混凝土，共成型14塊試驗(yàn)板，混凝土板的尺寸為30 cm×30 cm×10 cm，試件表面的浮漿厚度1～3 mm。拋丸機(jī)采用1-10 DS Globel型拋丸機(jī)進(jìn)行表面拋丸處理，砂丸型號(hào)S460（直徑1.4 mm，為目前高速公路橋面拋丸常用的鋼丸粒徑）。拋丸機(jī)行進(jìn)速度分為12個(gè)檔位，即1～12檔，其中1檔 3 m/min，2檔6 m/min，3檔9 m/min，4檔12 m/min。取常用的前4檔位進(jìn)行對(duì)比研究。

1.3 試驗(yàn)研究及結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求及路面鋪裝結(jié)構(gòu)主要以剪應(yīng)力為主的力學(xué)特點(diǎn)［7］，選擇拉拔強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度作為控制因素，分析其與構(gòu)造深度、露骨率之間的關(guān)系。

（1）拉拔強(qiáng)度影響因素分析

試驗(yàn)將統(tǒng)一制件的面板進(jìn)行拋丸處理，形成不同的構(gòu)造深度，防水粘結(jié)層采用熱噴SBS改性瀝青+碎石，厚度為1 cm，常溫放置養(yǎng)護(hù)至干燥后進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度（附著力拉拔）試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 附著力拉拔試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)附著力拉拔試驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)造深度在一定的范圍對(duì)應(yīng)的粘結(jié)強(qiáng)度較強(qiáng)。如果構(gòu)造深度偏小，不能達(dá)到較好的粘結(jié)強(qiáng)度，構(gòu)造深度偏大會(huì)造成粘結(jié)層厚度不均，粘結(jié)強(qiáng)度也會(huì)減小。根據(jù)圖2中擬合的二次關(guān)系式，20 ℃粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到1.0 MPa，構(gòu)造深度達(dá)到0.42 mm即可。

（2）剪切試驗(yàn)

在防水粘結(jié)層上鋪裝5 cm厚SMA瀝青混合料，并且在碾壓機(jī)上壓實(shí)成型混合料。待上層瀝青混合料冷卻后脫模，采用和現(xiàn)場(chǎng)相同的鉆芯法取直徑100 mm的圓柱體試件進(jìn)行剪切試驗(yàn)，拋丸型號(hào)S460，拋丸功率15 kW，試驗(yàn)結(jié)果見圖3～圖5。

圖3 拋丸前后剪切應(yīng)力對(duì)比圖

由圖3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，面板進(jìn)行拋丸處理之后剪切應(yīng)力明顯增加，且行走速度與構(gòu)造深度有一定的關(guān)系，行走速度較低時(shí)拋丸效果更明顯，界面的構(gòu)造深度較大。在實(shí)際施工處理過程中，要控制合理的拋丸機(jī)行走速度。

圖4 構(gòu)造深度與剪切應(yīng)力關(guān)系

圖5 露骨率與剪切應(yīng)力關(guān)系

從圖4、圖5中可見，構(gòu)造深度有其最佳對(duì)應(yīng)范圍。通過數(shù)據(jù)擬合可知，當(dāng)要求剪切強(qiáng)度達(dá)到0.4 MPa要求時(shí)，構(gòu)造深度大于0.3 mm左右即可滿足要求，考慮到1.5倍的保證率系數(shù)，因此構(gòu)造深度在0.45 mm較為合適。

綜合附著力拉拔試驗(yàn)和剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，建議拋丸后水泥面板的構(gòu)造深度不小于0.45 mm；在1～3 mm浮漿情況下，露骨率不小于28%。

2 拋丸工藝現(xiàn)場(chǎng)施工關(guān)鍵性能參數(shù)研究

結(jié)合前期室內(nèi)研究結(jié)果，為了達(dá)到最佳橋隧面板處理效果，本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)研究和確定現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)的最佳工藝參數(shù)設(shè)定，選擇拋丸施工過程中的3個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行比對(duì)研究：拋丸機(jī)的行進(jìn)速度、拋丸機(jī)的功率 、水泥混凝土面板初始構(gòu)造深度。

2.1 不同行進(jìn)速度的影響

選取7、9、11號(hào)板進(jìn)行對(duì)比，初始構(gòu)造深度均為0.25 mm，功率為15 kW，速度分別為9、6、12 m/min，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 不同速度對(duì)水泥面板拋丸效果影響

從圖6可以看出，隨著拋丸機(jī)行進(jìn)速度的加快，最終構(gòu)造深度變化較小，但露骨率呈明顯下降趨勢(shì)。這是由于拋丸機(jī)的速度加快，可能導(dǎo)致拋丸處理不徹底從而影響拋丸效果。因此，在實(shí)際施工中，拋丸機(jī)的進(jìn)行速度推薦采用6～10 m/min較為合適，以避免速度過快導(dǎo)致的露骨率或構(gòu)造深度不足。

2.2 不同拋丸功率的影響

選取6、9、10號(hào)板進(jìn)行對(duì)比，初始構(gòu)造深度為0.25 mm，行進(jìn)速度為6 m/min，拋丸功率分別為20 kW、15 kW、10 kW，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 不同功率對(duì)水泥面板拋丸效果影響

從圖7可以看出，由于拋丸機(jī)功率的增大，露骨率和最終構(gòu)造深度呈增大趨勢(shì)，當(dāng)功率增大到一定程度，構(gòu)造深度和露骨率增長(zhǎng)幅度較小。因此對(duì)于拋丸機(jī)的使用功率建議下限取10 kW，最佳功率為15 kW。

2.3 不同初始構(gòu)造深度的影響

選取1、2、4號(hào)板進(jìn)行對(duì)比，行進(jìn)速度為9 m/min，拋丸功率為20 kW，初始構(gòu)造深度分別為0.25、0.41、0.63 mm。試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

從圖8可以看出，初始構(gòu)造深度對(duì)最終拋丸效果沒有明顯的影響，拋丸前的構(gòu)造深度主要受浮漿層的厚度影響，浮漿層厚度越大，拋丸處理的構(gòu)造深度效果越不明顯。因此在實(shí)際工程中，要注意水泥混凝土的材料選擇、配合比設(shè)計(jì)及施工工藝，以控制水泥板成型的浮漿厚度。

圖8 不同初始構(gòu)造深度對(duì)水泥面板拋丸效果影響

綜上所述，拋丸工藝施工過程中需注意2個(gè)關(guān)鍵問題：

（1）拋丸機(jī)的行駛速度和功率是影響拋丸效果的重要因素，需根據(jù)構(gòu)造深度選擇經(jīng)濟(jì)合理的行駛速度與功率。

（2）為了保證拋丸后的粗糙界面效果，應(yīng)盡量選擇機(jī)械允許的直徑較大且質(zhì)地堅(jiān)硬的鐵砂，并且在拋丸過程中及時(shí)添加鐵砂來保證噴灑量和功率。

3 驗(yàn)收質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)確定

3.1 施工工序及注意事項(xiàng)

混凝土面板拋丸處理過程中，必須嚴(yán)格遵守正確的施工工序（見圖9）。

圖9 施工工序

拋丸處理過程中，具體注意事項(xiàng)如下：

（1）施工環(huán)境溫度5～40 ℃，雨雪天氣禁止施工；面板應(yīng)平整，鋼筋頭突起物應(yīng)鑿除，以免影響拋丸設(shè)備，避免出現(xiàn)漏砂等現(xiàn)象；油污、銹跡、雜物、塵土應(yīng)清理，清掃干凈。

（2）拋丸機(jī)按照試驗(yàn)段確定的行走速度勻速行駛，速度為5～8 m/min；多臺(tái)拋丸機(jī)作業(yè)采用并行直線連續(xù)拋丸方式，2臺(tái)機(jī)作業(yè)寬度重疊1～5 cm，并使搭接的部位不出現(xiàn)高低差。

（3）當(dāng)一遍不能達(dá)到規(guī)定的露骨率及構(gòu)造深度時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次拋丸，直至滿足技術(shù)要求；拋丸處置后的表面有均勻的粗糙度和良好的清潔度。

（4）對(duì)無法拋丸處置的邊角等部位，采用手推式打磨機(jī)補(bǔ)充處置；對(duì)拋丸處置后面板暴露出來的裂縫、孔洞等缺陷，需進(jìn)行修補(bǔ)；拋丸處置后應(yīng)盡快進(jìn)行防水粘結(jié)層的施工，減少二次污染。

3.2 拋丸質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

拋丸處理目前國(guó)內(nèi)尚無相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)研究試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際，參照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，本文對(duì)基層處理提出如下控制標(biāo)準(zhǔn)。

表1 拋丸基層處理質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）表觀指標(biāo)（見表1）

（2）粗糙度標(biāo)準(zhǔn)板對(duì)比法評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了便于施工驗(yàn)收時(shí)有直觀的驗(yàn)收參考依據(jù)，對(duì)比不同粗糙度混凝土板的情況，將粗糙度分為5個(gè)等級(jí)，即C1、C2、C3、C4、C5。不同粗糙度等級(jí)的混凝土板構(gòu)造深度等級(jí)對(duì)照見圖10。

圖10 水泥混凝土基層板構(gòu)造深度等級(jí)對(duì)照版

（3）拋丸參數(shù)選擇

根據(jù)研究結(jié)果，結(jié)合以往工程應(yīng)用情況，提出不同程度處理效果和相應(yīng)施工機(jī)械的選擇參數(shù)，見圖11，砂丸型號(hào)采用S460。施工單位在進(jìn)行操作前，可以根據(jù)此參考圖11進(jìn)行初步選擇，從而更好地規(guī)范混凝土面板拋丸處理工藝。

4 結(jié)論

本文在對(duì)拋丸處理工藝進(jìn)行室內(nèi)及室外試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其關(guān)鍵施工影響因素進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）拋丸處理工藝過程中，面板構(gòu)造深度與露骨率的大小直接影響到防水粘結(jié)層的粘結(jié)效果與剪切強(qiáng)度，通常拋丸后面板的構(gòu)造深度不宜小于0.45 mm；在1～3 mm浮漿情況下，露骨率不小于28%。

（2）拋丸機(jī)的行駛速度和功率是影響拋丸效果的重要因素，施工過程中必須控制合理的行駛速度與功率，推薦行駛速度與功率為3檔，15 kW。

（3）基于試驗(yàn)研究成果，提出拋丸處理工藝的施工工序及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，并給出施工機(jī)械參數(shù)參考圖，可為后期技術(shù)推廣提供借鑒。

圖11 水泥混凝土層面處理施工機(jī)械參數(shù)

［1］吳少鵬，王家主，陳太泉.長(zhǎng)大縱坡瀝青路面應(yīng)力分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2006（6）：969-972.

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Research on Key Parameters of Treatment Technology for Bridge and Tunnel Concrete Deck

Gong Chenglin1， Zhou Jianliang2， Wang Jun2， Bao Zhongcheng1
（1. Nanjing Municipal Commission of Housing and Urban-rural Development， Nanjing 210000， China；2. Nanjing Tunnel and Bridge Administration Company Ltd.， Nanjing 210000， China）

The treatment of concrete deck in bridge and tunnels has great effects on the waterproof bonding layer. This paper conducts a special experimental research on shot-blasting， focusing on texture depth as well as bond and shear strength between layers. The results show that: （1） Interlayer bonding and shear strength have a good relationship with structure depth and the exposed aggregate rate， and the recommended value of the structure depth of the cement panel is not less than 0.45mm after shotblasting ； In the case of 1～3mm laitance， the exposed aggregate rate is more than 28%. （2） The speed and power of shot-blasting machine directly affect treatment effect of the panel. As a result， testing section must be carried out to determine the reasonable parameters of shot-blasting before formal construction. （3） Combining with Nanjing West Road reconstruction project， the construction procedure， the precautions and the quality control specification of shot-blasting of urban roads are proposed， which can be taken as reference for other urban bridge and tunnel projects.

concrete deck； shot-blasting technology； construction parameter； texture depth

U443.33

A

1672-9889（2016）01-0064-04

龔成林（1978-），男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，主要從事城市建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃、工程建設(shè)及項(xiàng)目管理工作。

2015-06-12）