高壓沖毛工藝在水泥混凝土橋面鋪設(shè)準(zhǔn)備工序中的應(yīng)用技術(shù)研究

劉海潮

(滄州市高速公路管理局)

1 混凝土浮漿危害

水泥混凝土是現(xiàn)代橋梁建筑的重要材料之一，堅(jiān)硬的鋼筋混凝土是橋梁的主框架材料。混凝土是由硅酸水泥、填充骨料、水和助劑等混合后，經(jīng)水澆筑而成。水泥的基本化學(xué)組成是:3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3以及少量的4CaO·Al2O3·Fe2O3等化學(xué)成分。經(jīng)澆筑的水泥混凝土固化后達(dá)到一定的強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)和固化期間溢出一種白色的表面水化物質(zhì)氫氧化鈣，它是一種高堿性物質(zhì)，pH值在12.5以上，這種物質(zhì)對(duì)鋼筋混凝土的危害是長(zhǎng)期的比較嚴(yán)重的，對(duì)防水層瀝青混凝土面層能起到剝離和腐蝕作用。氫氧化鈣是堿性物質(zhì)，由于空氣中的二氧化碳長(zhǎng)期與氧化鈣面層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)變成碳酸鈣，整個(gè)反應(yīng)為碳化作用

此反應(yīng)過(guò)程對(duì)混凝土的危害可總結(jié)為以下兩種。

(1)水泥混凝土施工時(shí)會(huì)混入一些氯化物的混合料，混凝土震搗固化后，這些氯化物隨著水分溢出。附著在水泥混凝土的浮漿層中，氯離子是一種穿透性極強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，Cl離子引起點(diǎn)性腐蝕非常嚴(yán)重，不論是氣態(tài)的水和液態(tài)的水都會(huì)滲透到水泥混凝土里面。這種水并非純水，而是含有一些雜質(zhì)的電解液。電化作用導(dǎo)致銹蝕的加快進(jìn)行，當(dāng)氯離子滲透到鋼筋表面，使鋼筋的保護(hù)膜破壞，在加上車輛的重壓及震動(dòng)，就會(huì)造成橋面局部塌陷。

(2)由于水泥浮漿的脆性和水泥混凝土表面凹凸不平，造成水泥浮漿的厚薄不均，當(dāng)重載車通過(guò)時(shí)或急剎車時(shí)比較厚的水泥浮漿(CaO)就會(huì)被碾壓成粉末狀物質(zhì)。被碾壓后的CaO與氣態(tài)水、液態(tài)水和空氣中的CO2發(fā)生反應(yīng)，生成CaCO3，在水分子充分的環(huán)境下不斷的反應(yīng)，使水泥混凝土浮漿層產(chǎn)生溶漲狀態(tài)。通過(guò)車輛反復(fù)碾壓，使瀝青混凝土表面產(chǎn)生比較明顯的裂紋。隨著時(shí)間這些裂紋會(huì)越來(lái)越大，滲進(jìn)橋面層的水會(huì)越來(lái)越多。水越多，水泥浮漿就會(huì)加倍膨脹，致使橋面瀝青混凝土隆起、擁包。

2 漿皮光滑面進(jìn)行表面粗糙處理的必要性

對(duì)混凝土表面進(jìn)行粗糙(鑿面)處理的目的，是為了加強(qiáng)混凝土新舊結(jié)合面或混凝土與其他結(jié)構(gòu)層之間的粘合力，從而使因施工或結(jié)構(gòu)需要，進(jìn)行分次澆筑的混凝土或復(fù)合路基形成一個(gè)整體，保證結(jié)構(gòu)的完整性。如果瀝青混凝土路面層與層之間粘結(jié)不好，水泥表面光滑，相互之間產(chǎn)生的摩擦力不大，當(dāng)車輛高速通過(guò)時(shí)，受到高速水平推力作用時(shí)，路面層就容易形成位移、剝落，造成橋梁路面的破壞。例如沈大高速公路改擴(kuò)建工程之前的公路及橋涵路面，在原施工中，因?yàn)闆](méi)有對(duì)水泥混凝土表面的漿皮光滑面進(jìn)行表面粗糙處理，致使橋、涵路面的瀝青混凝土加鋪層結(jié)合不夠嚴(yán)緊，而產(chǎn)生龜裂、破壞的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。2002年國(guó)道(哈大公路、沈陽(yáng)至大連段)擴(kuò)建后2003年8月通車。當(dāng)夏去冬至?xí)r，經(jīng)過(guò)高溫、低溫的交錯(cuò)變換、雨雪洗禮、重車碾壓的橋、涵表面瀝青混凝土加鋪層，開始龜裂、離層脫落，局部出現(xiàn)殘損坑凹。幾經(jīng)維修，仍然千瘡百孔，成為典型的“補(bǔ)丁”橋面路段。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋涵表面水泥混凝土與瀝青混凝土加鋪層之間形成一種像鏡面一樣的光滑面，這就是水泥混凝土的裂皮所致，而引起產(chǎn)生離層，不抓澀等作用，直接影響瀝青混凝土與水泥混凝土表面的再續(xù)親合力，致使結(jié)合不嚴(yán)緊，橋面破壞較為嚴(yán)重，使用壽命銳減。追根溯源，都是因?yàn)闆](méi)有對(duì)其表面進(jìn)行有效的粗糙處理所致，造成前面修、后面補(bǔ)的惡性循環(huán)。

3 混凝土表面浮漿對(duì)橋面破壞機(jī)理

鋪裝層與橋面板的粘結(jié)不好是導(dǎo)致鋪裝層損壞的最根本的原因。混凝土預(yù)制構(gòu)件或砌塊與新澆混凝土砌筑砂漿的粘著強(qiáng)度，與接觸面的粗糙度關(guān)系甚大，據(jù)《鐵路橋涵施工規(guī)范》試驗(yàn)資料介紹，同樣配合比的砂漿，鑿毛的比未鑿毛的表面其粘著強(qiáng)度高出一倍以上，故規(guī)定須按施工縫處理。

水滲入防水粘結(jié)層與水泥混凝土板的界面上，影響與橋面板的粘結(jié)強(qiáng)度，甚至成為滑動(dòng)的界面狀態(tài)，橋面鋪裝成為一個(gè)單獨(dú)受力的層次，就會(huì)出現(xiàn)很大的水平剪應(yīng)力和底部的彎拉應(yīng)力，橋面鋪裝就必然導(dǎo)致迅速破壞。橋梁的受力結(jié)構(gòu)是水泥混凝土構(gòu)件和橋面板，其局部變形本來(lái)是非常小的，瀝青層不可能有大的應(yīng)變，但是當(dāng)瀝青層與橋面板脫開成為滑動(dòng)的界面條件時(shí)，瀝青層的層底拉應(yīng)力與剪應(yīng)力大幅度增加，尤其在重載車的作用下將造成迅速的破壞。橋面防水混凝土表面軟弱浮漿層在行車振動(dòng)、水侵蝕作用下，很容易碎裂，導(dǎo)致其上瀝青鋪裝層破壞;橋面防水混凝土表面光滑，對(duì)層間粘結(jié)不利，鋪裝層在行車荷載作用下因抗剪能力不足而產(chǎn)生層間剝離破壞。可以說(shuō)，橋面水泥混凝土表層浮漿和漿皮光滑面是橋面早期破壞的首要隱患。

4 混凝土表面去除浮漿與鑿毛方法比較

橋面鑿毛的主要目的是解決層間黏結(jié)的問(wèn)題。水泥混凝土橋面的浮漿是誘發(fā)橋面防水層失效，層間結(jié)合破壞和橋面鋪裝破壞的主要因素。因此，若不徹底鑿出橋面浮漿，浮漿在行車載荷振動(dòng)的作用下，因抗剪能力不足而產(chǎn)生層間剝離破壞，并在水的侵蝕作用下破裂，導(dǎo)致其上層瀝青混凝土層破壞。橋面鑿毛不但要去除浮漿還應(yīng)形成凹凸麻面，即被鑿擊后的表面波峰及波谷之差密爾(mil)值應(yīng)較大，只有這樣，層間才能黏結(jié)的牢固。

(1)目前常用處治措施主要有人工鑿毛、施工期拉毛、銑刨機(jī)銑刨等處理方法。

采用人工鑿毛或用鋼刷處理，此種措施質(zhì)量差、進(jìn)度慢、工藝落后、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、不規(guī)范，難以達(dá)到對(duì)水泥制品表面光滑面進(jìn)行粗糙(鑿面)處理的要求，也滿足不了建筑、公路、橋梁行業(yè)發(fā)展的需要不能解決根本問(wèn)題。

施工拉毛會(huì)影響?zhàn)B生期混凝土橋梁的整體強(qiáng)度。此外，施工期拉毛只能用于水泥混凝土、瀝青路面粗糙(鑿面)處理，還不能應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求高的橋梁表面粗糙(鑿面)處理，拉毛不能從根本上破除水泥混凝土漿皮的危害，只是初級(jí)較簡(jiǎn)單的界面抓澀處理方法。

采用銑刨機(jī)銑刨，此種措施處治后表面粗糙，效果較好，質(zhì)量也可以完全保證。但缺點(diǎn)是由于橋面平整度或預(yù)拱度等原因，銑刨深度不易控制，局部可能銑刨過(guò)深或者銑刨不到，由于大型銑刨機(jī)的振動(dòng)破壞梁體的結(jié)構(gòu)，減少了橋面鋪裝的厚度;另外一個(gè)問(wèn)題是銑刨所產(chǎn)生的縱向小溝槽，容易導(dǎo)致層間滯留水分。

無(wú)論是大型的還是小型的銑刨機(jī)，雖然都能達(dá)到銑刨效果(有一定的粗糙度)，但經(jīng)過(guò)銑刨的橋面鋪裝層打掉的不僅是浮漿還有部分骨料，同時(shí)又松動(dòng)了橋面鋪裝層表層的部分骨料，打掉的部分骨料可以清除，松動(dòng)的部分骨料難以清除干凈，使松動(dòng)的部分骨料夾在上下兩個(gè)結(jié)構(gòu)層之間起到隔離作用，使上下結(jié)構(gòu)層結(jié)合不夠牢固，不能共同受力。由于銑刨深度不易控制，大型銑刨機(jī)的振動(dòng)破壞梁體的結(jié)構(gòu)，減少了橋面鋪裝的厚度。另外，銑刨后的基層因骨料破壞嚴(yán)重、表面尖銳，防水層涂上后施工車經(jīng)過(guò)時(shí)易被破壞。

(2)“高壓水沖毛”是指通過(guò)高壓水發(fā)生裝置將水加壓至數(shù)百個(gè)大氣壓以上，再通過(guò)具有細(xì)小孔徑的噴射裝置轉(zhuǎn)換為高速的微細(xì)“水射流”。這種“水射流”的速度一般都在一倍馬赫數(shù)以上，具有巨大的打擊能量，可以完成去除水泥混凝土橋面浮漿的任務(wù)。粘結(jié)面被清潔干凈，潤(rùn)濕是獲得良好粘結(jié)的有利條件，處理得到的粘結(jié)面凸凹程度均勻性好，利于粘結(jié);不擾動(dòng)周圍老混凝土，粘結(jié)面周圍混凝土中不會(huì)像人工鑿毛法那樣產(chǎn)生一些新的微裂縫，通過(guò)調(diào)整噴射水壓力，可以控制粘結(jié)面的處理程度，便于得到滿意的粘結(jié)面粗糙度;工作效率高、有成效，特別是在工程實(shí)際中，大面積處理粘結(jié)面時(shí)，更顯示其高效率處理的優(yōu)越性，是一種有發(fā)展前景的去除水泥混凝土橋面浮漿的處理方法。

(3)“拋丸鑿毛”是利用具有一定能量的高強(qiáng)度鋼砂以一定的速度噴射到橋梁混凝土表面，利用鋼砂的沖擊力撞擊表面，不僅去除浮漿而且對(duì)光滑面進(jìn)行了鑿毛處理。拋丸鑿毛只是去掉橋表面水泥砂漿而不破壞骨料，既保證了橋面鋪裝厚度又除去浮漿同時(shí)使橋面混凝土表面粗糙，使骨料與上面的結(jié)構(gòu)層完全結(jié)合，真正起到抗滑的作用，使水泥混凝土鋪裝與瀝青混凝土鋪裝層共同受力延長(zhǎng)使用壽命。

拋丸設(shè)備能夠一次將混凝土表面的浮漿、雜質(zhì)清理和清除干凈。最重要的是在同時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行了打毛處理，使其表面形成均勻粗糙的表面，大大提高了防水層和混凝土基層的黏結(jié)強(qiáng)度，而且在此過(guò)程中，能夠充分暴露混凝土的裂紋等病害，以便提前采取補(bǔ)救措施。拋丸設(shè)備可以直接在路面上使用，例如轉(zhuǎn)彎路段、事故多發(fā)路段的表面噴毛以提高抗滑性能;施工可以周期進(jìn)行，靈活方便。

表面粗糙度對(duì)交通的影響是不能忽視的，每年因?yàn)槁访娲蚧鸬慕煌ㄊ鹿什粩嗌仙瑨佂柙O(shè)備可以靈活的處理小面積路段，完全恢復(fù)其抗滑性能。經(jīng)過(guò)拋丸工藝處理的路面不但清理了各種表面的附著物，同時(shí)增加了表面的粗糙程度;設(shè)備施工簡(jiǎn)單方便，不需要封閉道路進(jìn)行施工，施工成本低，設(shè)備機(jī)動(dòng)性高。

綜合來(lái)說(shuō)，高壓水沖毛和拋丸鑿毛與傳統(tǒng)的人工鑿毛、施工期拉毛及銑刨機(jī)銑刨相比，有如下優(yōu)點(diǎn):①表面粗糙均勻;②完全去除浮漿和起砂，“創(chuàng)面率”高，高壓水沖毛可達(dá)到100%創(chuàng)面;③露骨，但不會(huì)去除黏結(jié)緊密的骨料;④一次性施工，不需要清理;沒(méi)有環(huán)境污染;⑤施工效率高;⑥設(shè)備運(yùn)行成本低;⑦提前暴露混凝土缺陷。