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)集團有限公司，山西晉中 030600)

0 引言

近年來，因為各種原因，我國很多道橋路面發(fā)生了大面積毀損的情況。路面毀損嚴重的影響了人民群眾的生命財產(chǎn)安全，對施工建設(shè)單位也產(chǎn)生了不小的負面影響。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 拋丸工藝簡介

拋丸(英文名:shot blast)工藝是一種機械方面的表面冷處理工藝，就是利用高速運動的彈丸(60 m/s～110 m/s)流連續(xù)沖擊被強化工件表面，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機帶動葉輪體旋轉(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)濟性好。

移動式拋丸處理設(shè)備是美國國際表面處理有限公司于20世紀70年代研制，當(dāng)時被成功的應(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)備的不斷改進和技術(shù)成熟，由于其環(huán)保和高效的特點，拋丸工藝和設(shè)備在歐美發(fā)達國家的公路養(yǎng)護、道橋施工等眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。拋丸工藝自從進入我國以來得到眾多施工單位的認可，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。

拋丸機的主要部件有:拋射器，上下料傳送帶，鋼丸輪回系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)和環(huán)保系統(tǒng)等，見圖1。拋丸器是拋丸機的關(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機驅(qū)動的主軸上，見圖2。罩內(nèi)襯有護板，罩殼上裝有定向套及進丸管。工作時，彈丸由進丸管流入拋丸器。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，被葉片進一步加速后，拋射到被清理工件的表面上。

圖1 拋丸機

圖2 拋丸輪

2 拋丸工藝與傳統(tǒng)工藝的比較

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

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

使用拋丸工藝進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);對原有的混凝土基層影響很小，骨料無松動;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，可以提供干凈、整潔、100%清理、不破壞路面原有結(jié)構(gòu)、達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 拋丸機在路面處理中的應(yīng)用

混凝土地面拋丸機進行路面拋丸的流程如下(見圖7):利用電機驅(qū)動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入溜丸管時(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，并沿葉片之長度方向不斷加速運動直至高速拋出，拋出的鋼丸形成一定的扇形流束，沖擊工作平面來達到清理強化的目的。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，丸料進入儲料斗繼續(xù)循環(huán)使用，灰塵則通過連接管進入除塵器。當(dāng)灰塵進入除塵器后，通過濾芯的分離，停留在儲灰斗中和濾芯的表面。自動反吹除塵器可以通過壓縮機提供的反吹空氣自動間隔清理每一個濾芯。最后在機器內(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 混凝土地面拋丸機工作原理

拋丸前的準備工作:1)根據(jù)路面情況，進行鋼丸拋射角度調(diào)整，逆時針轉(zhuǎn)動定位器，拋射角抬高;順時針轉(zhuǎn)動定位器，拋射角降低。2)根據(jù)路面及需要達到的效果情況，確定鋼丸數(shù)量，多退少補。3)開始工作前應(yīng)空載運行幾分鐘，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

拋丸機配有除塵器，可做到無塵無污染施工，既提高了效率，又保護環(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: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行后續(xù)的施工作業(yè)。同時，拋丸工藝還可以應(yīng)用到石材處理、機場運營、標線清理、瀝青路面養(yǎng)護等多個方面的表面處理中，涉及機械的大多數(shù)領(lǐng)域，如修造船、汽車零部件、飛機部件、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)。可以看出，拋丸工藝能夠應(yīng)用于很多個領(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產(chǎn)安全。拋丸工藝以其成本低、環(huán)保、操作簡單、適應(yīng)性強的特點，為打造城市風(fēng)景，延長路面的使用壽命、越加顯現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用空間。

[1] 橋面拋丸處理技術(shù)在臨連高速公路中的應(yīng)用[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2011，7(3):17-18.

[2] 劉海川，遲 鵬.拋丸工藝在橋面工程的應(yīng)用[J].公路，2010(11):35-36.

[3] 王向榮.拋丸工藝處理混凝土橋面在高等級公路上的應(yīng)用[J].交通世界(建養(yǎng)·機械)，2009，201(8):60-62.

[4] 于茂旺，姜青河.機械進丸拋丸器中彈丸進入分丸輪窗口后的運動過程分析[J].鍛造設(shè)備研究，2007(1):29-30.