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(zé)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(jié)構(gòu)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(zhì)的材料，而用于兩者之間的橋面防水粘結(jié)層往往只能兼顧其中一種性質(zhì)（多為親油介質(zhì)），導(dǎo)致橋面混凝土面板與瀝青面層之間的粘結(jié)差，在車輛荷載等因素的作用下，產(chǎn)生剪切破壞等。橋面板與瀝青面層粘結(jié)效果差是目前橋面鋪裝的一個(gè)難題。

影響橋面板與瀝青面層之間粘結(jié)效果的因素不僅包括防水粘結(jié)材料的性能，橋面板的處理方式也是一個(gè)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(jié)材料發(fā)揮作用的基礎(chǔ)保證，同時(shí)其與瀝青面層形成的嵌擠結(jié)構(gòu)也增強(qiáng)了兩者間的粘結(jié)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(nèi)試驗(yàn)研究，分析了三種橋面板處理方法對(duì)橋面板與瀝青混凝土面層之間的粘結(jié)性能的影響，同時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。

（1）人工鑿毛處理工藝即采用人工對(duì)橋面板進(jìn)行鑿毛，該工藝采用最早且價(jià)格便宜，但是對(duì)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(jié)效果。

（2）拋丸處治即采用專門機(jī)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(shè)備回收丸料和清理下來的雜質(zhì)，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(shí)也將這些雜物吸走，橋面基本不需要進(jìn)行二次清掃，但是該工藝對(duì)于橋面板浮漿較厚的位置清除效果差，同時(shí)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(jī)對(duì)橋面板進(jìn)行精細(xì)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(huì)破壞橋面板表面石子的棱角性，同時(shí)銑刨產(chǎn)生的“溝槽”能夠增加橋面板與瀝青面層間的嵌擠力。

2 試驗(yàn)方法

對(duì)不同橋面板處理方法效果的評(píng)價(jià)，關(guān)鍵在于對(duì)每種處理方法的真實(shí)模擬。以往研究往往采用對(duì)室內(nèi)混凝土板進(jìn)行噴砂和刻槽等方法模擬拋丸和精銑刨工藝，其試驗(yàn)結(jié)果難以真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況。該試驗(yàn)通過現(xiàn)場(chǎng)取芯和室內(nèi)成型的方法進(jìn)行試驗(yàn)試件的制作，通過測(cè)試其層間抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度評(píng)價(jià)三種橋面板處理方法的處理效果。

2.1 試驗(yàn)試件的制作

該試驗(yàn)?zāi)M河南某項(xiàng)目的橋面鋪裝，該項(xiàng)目橋面鋪裝方案為在對(duì)混凝土橋面板進(jìn)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(jìn)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(nèi)設(shè)備無法完全模擬現(xiàn)場(chǎng)橋面板處理后的效果，該試驗(yàn)通過在結(jié)構(gòu)物外置搭板位置在標(biāo)準(zhǔn)的施工條件下分別進(jìn)行人工鑿除、拋丸和精銑刨處理后，采用 100 mm 鉆筒進(jìn)行取芯，并在室內(nèi)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(shí)際情況，在切割后的芯樣試件表面涂刷 FYT 防水材料，每個(gè)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，該試驗(yàn)中僅采用 SBS 改性瀝青作為封層材料，不進(jìn)行碎石布設(shè)。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(jìn)行 SBS 改性瀝青涂刷，每個(gè)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(duì)瀝青混合料的嵌擠作用，故不能采用室內(nèi)單獨(dú)成型或現(xiàn)場(chǎng)取芯的瀝青混凝土試件與水泥混凝土試件進(jìn)行簡單粘接。該試驗(yàn)采用專門的模具（見圖1），在水泥混凝土芯樣上進(jìn)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(shí)成型，擊實(shí)次數(shù)以馬歇爾試件密度接近雙面擊實(shí)的試件密度為準(zhǔn)，瀝青混合料用量以擊實(shí)后接近要求尺寸為準(zhǔn)，需要在馬歇爾擊實(shí)前先確定擊實(shí)試件所需要的瀝青混合料質(zhì)量和擊實(shí)次數(shù)。

圖1 試驗(yàn)?zāi)＞吆驮嚰尚褪疽鈭D

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

表1 中面層 AC-20C 瀝青混合料級(jí)配

表2 馬歇爾擊實(shí)成型瀝青混合料質(zhì)量和擊實(shí)次數(shù)

2.2 層間粘結(jié)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法

評(píng)價(jià)橋面板與瀝青混凝土面層間的粘結(jié)力的指標(biāo)主要有層間抗剪強(qiáng)度和層間抗拉強(qiáng)度。本文分別通過“45°斜剪試驗(yàn)”和“拉拔試驗(yàn)”進(jìn)行層間抗剪和抗拉強(qiáng)度測(cè)試。

2.2.1 45°斜剪試驗(yàn)

45°斜剪試驗(yàn)是將兩結(jié)構(gòu)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(cè)定。當(dāng)剪切面成45°角時(shí)，則此正壓力會(huì)沿 45°角分解，壓力 F 分解成兩個(gè)力，一個(gè)平行于剪切面 FH，一個(gè)垂直于剪切面 FV。這樣當(dāng) F 超過臨界值時(shí)，在垂直力和水平力的綜合作用下，試件就會(huì)產(chǎn)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(yàn)示意圖

2.2.2 拉拔試驗(yàn)

拉拔試驗(yàn)是將兩粘接的結(jié)構(gòu)層試件上、下部采用專門的拉拔頭進(jìn)行粘接，采用拉力機(jī)進(jìn)行垂直力拉拔。當(dāng)拉力 F 超過一定值時(shí)，兩結(jié)構(gòu)層間的粘結(jié)面開始拉裂，可評(píng)價(jià)兩結(jié)構(gòu)層試樣間的抗拉能力。拉拔試驗(yàn)示意如圖3所示。

圖3 拉拔試驗(yàn)示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 45°斜剪試驗(yàn)結(jié)果

不同橋面板處理方法 45°斜剪試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)果

圖4 不同橋面板處理方法 45°斜剪試驗(yàn)結(jié)果

通過 45°斜剪試驗(yàn)結(jié)果，得到以下結(jié)論：

（1）三種橋面板處理方法對(duì)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(jié)。

3.2 拉拔試驗(yàn)

不同橋面板處理方法拉拔試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖5所示。

表4 不同橋面板處理方法拉拔試驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同橋面板處理方法拉拔試驗(yàn)結(jié)果

通過拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析，得到以下結(jié)論：

（1）三種橋面板處理方法對(duì)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(dāng)，明顯優(yōu)于人工鑿毛方法。

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

4 經(jīng)濟(jì)效率和適用性分析

通過第 3 節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果分析，精銑刨施工的效果最佳，但是銑刨機(jī)設(shè)備租賃費(fèi)和油耗較高，從經(jīng)濟(jì)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(diǎn)及費(fèi)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(jì)，但是對(duì)橋面板灰塵、浮漿等處理效果不佳，層間抗拉強(qiáng)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(jià)高，對(duì)灰塵、浮漿、軟弱部位清理效果好，但是對(duì)于浮漿較厚位置清理效果差，其對(duì)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(jī)動(dòng)、靈活的優(yōu)點(diǎn)，較適合于高速公路施工時(shí)間零散的情況，適合于處理一些處理面積較小且施工時(shí)間零散的結(jié)構(gòu)物。

（3）精銑刨處理效果好，但是費(fèi)用高，適用于有大面積工作面（2 000 m2以上）或者對(duì)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(jì)劃，盡量提高銑刨機(jī)的工作效率。

表5 各種橋面板處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)及費(fèi)用表

5 結(jié)語

（1）三種橋面板處理方法對(duì)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(duì)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(dāng)，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(duì)于一些施工面積小且施工時(shí)間零散的結(jié)構(gòu)物橋面處理，宜采用拋丸處理；對(duì)于一些施工面積大且拋丸處治效果差的結(jié)構(gòu)物，宜采用精銑刨處理。

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