水泥混凝土橋面板粗糙化技術研究

何文華，區 樺，宗 煒,盧天翔

(中南安全環境技術研究院股份有限公司，武漢 430070)

在公路運營過程中，尤其高溫天氣及重載交通條件下，水泥混凝土橋面瀝青鋪裝產生的剪應力大于層間抗剪強度，導致層間剪應力和拉應力增大，從而產生車轍、推移、坑槽等一系列病害。

為提高水泥混凝土橋面板與瀝青混凝土鋪裝層之間的抗剪強度，可以采用性能優異的防水粘結層，也可以采取措施提高水泥混凝土橋面板的粗糙度。按現行《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50—2017)：“水泥混凝土橋面板宜進行銑刨或拋丸打毛處理，處理后橋面板構造深度宜為0.4～0.8 mm”[1]，可以通過銑刨和拋丸消除橋面浮漿，達到形成所需構造深度的目的，從而進一步加強瀝青混凝土鋪裝層與水泥混凝土橋面板的粘結。又根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40—2004)：“水泥混凝土橋面板表面應作銑刨拉毛處理，清除浮漿，除去過高的突出部位”[2]。橋面處理的好壞直接影響防水層與橋面結合性能[3]，目前用于水泥混凝土橋面粗糙化處理的工藝通常有鑿毛、拋丸、銑刨等。

1 鑿 毛

1.1 工藝原理

鎢鋼合金鑿毛頭以高壓空氣作為動力，高速沖擊混凝土表面，通過不斷上下往復動作，在橋面板表面形成一定的構造深度，不影響混凝土結構及強度。鑿毛結束后，采用掃地機清理，再用吹風機吹凈，灑水車沖洗之后施工防水粘結層。

1.2 工藝特點

采用手推式鑿毛機鑿毛橋面板可以處理包括邊角部位的整個橋面，但手推式鑿毛機需人工控制，效率不高，且施工過程鑿除的顆粒易濺射，危害操作人員安全，同時產生大量粉塵和附著物，易造成二次污染。施工后需清理粉塵和附著物，再用吹風機吹凈。手推式鑿毛機及鑿毛后混凝土表面如圖1所示。

2 拋 丸

2.1 工藝原理

拋丸是指應用拋丸機通過機械的方法利用離心力讓金屬丸料高速沖擊表面，剝離工作表面上的雜質、附著物，拋丸后工作表面的丸料受到反彈，與灰塵、雜質等一起在強烈的氣流裹攜下，一起回到分離系統[4]。利用拋丸可提高路面粗糙度和摩擦系數，提高橋面防水黏結層與橋面的粘結強度。拋丸機有手持式拋丸機和車載式拋丸機兩種，如圖2所示。

采用手持式拋丸機、車載拋丸機對橋面實施拋丸，車載拋丸機拋丸后的水泥混凝土表面具有更大的構造深度，拋丸后的效果如圖3所示。

2.2 工藝特點

拋丸機具有如下特點：通過丸料與混凝土橋面接觸，不會造成混凝土的骨料松動和破壞，不會破壞原水泥混凝土橋面結構及平整度；施工便捷、效率高，通過控制鋼丸料的形狀和尺寸、拋丸機行走速度、拋射流量等參數，保證混凝土表面粗糙度。

對于車載式拋丸機，其特點如下：拋丸裝置和吸塵系統一體式設計；帶自動反吹系統，保障連續工作，大容量儲灰斗大大降低清理時間；適合平整大面積作業，效率高；帶有報警提示等安全設施。

手持式拋丸機適合橋面夾層較少的水泥混凝土橋面板，車載式拋丸機更適用平整度較好的水泥混凝土橋面板。

3 銑 刨

3.1 工藝原理

銑刨是采用銑刨設備對原路面銑削后形成一定構造深度的表面，消除路面結構損壞的工藝。普通銑刨刀間距通常為12 mm、15 mm或18 mm，銑刨深度0～300 mm。精細銑刨是在普通銑刨工藝的基礎上將銑刨鼓更換為刀間距不大于8 mm的精銑刨鼓，銑刨深度0～100 mm[5，6]。

精細銑刨采用精細銑刨機在水泥路面上銑刨出具有細密紋理的表面，從而增加路面的摩擦力，提高鋪裝層和橋面的層間粘結強度。不同銑刨機銑刨鼓及精細銑刨效果如圖4所示。

3.2 工藝特點

精細銑刨與普通銑刨的區別主要體現在銑刨鼓。同一長度的銑刨鼓，精銑刨鼓刀間距小于普通銑刨鼓刀間距，精銑刨鼓刀具數量遠大于普通銑刨鼓刀具數量，具體區別如表1所示。

表1 普通銑刨與精細銑刨的區別

相比目前常用的橋面粗糙化設備，精細銑刨機有以下特點：1)精細銑刨機處理浮漿效果更好，整個表面銑刨清理不留任何死角。2)精細銑刨機自帶橫坡縱坡找平儀，對橋隧因施工造成的橫向、縱向平整度可同步處理。3)精細銑刨機施工效率高，每天能夠處理近萬平方米，施工速度是一般拋丸的3倍。4)經過精細銑刨后的水泥砼橋面具有更細密均勻的粗糙表面，可以增強水泥砼和瀝青面層的粘結，大幅提高瀝青鋪裝層的使用壽命。

4 不同工藝對比研究

結合實際工程，對鑿毛、銑刨、拋丸等技術處理后的水泥混凝土橋面進行抗滑性能、力學性能檢測。在水泥混凝土橋面采用不同的粗糙化工藝處理，檢測構造深度和摩擦系數；清理干凈之后在水泥混凝土橋面分別噴灑熱改性瀝青，通過20 ℃條件下的直剪試驗和拉拔試驗測試不同水泥混凝土橋面板粗糙化工藝處理后的剪切強度和拉拔強度。抗滑性能、力學性能如表2所示。

表2 不同粗糙化工藝處理后水泥混凝土橋面抗滑性能、力學性能

通過表2可以發現，鑿毛、手持式拋丸機拋丸處理后，橋面構造深度較小但均能滿足要求，變異系數相對較大，均勻性較差。

車載式拋丸機處理后橋面構造深度變異系數小，均勻性更好，構造深度適中，效率較高。

普通銑刨效果與水泥混凝土橋面平整度相關，銑刨后橋面構造深度過大，均勻性較差，易出現“漏筋”現象。也容易出現溝槽，如不清除溝槽內雜質，在防水粘結層施工時碎石容易在溝槽內堆積。

精細銑刨處理后，橋面構造深度滿足要求，變異系數相對較小，均勻性較好，構造深度適中，但難以處理邊角等重難點部位。精細銑刨對橋面平整度要求高，平整度較差的橋面容易出現漏銑現象。

考慮構造深度及摩擦系數，不同水泥混凝土橋面應采取不同的粗糙化方案。對于平整度較好的現澆梁水泥混凝土橋面鋪裝，采用精細銑刨工藝能夠保證橋面的粗糙度；而對于平整度稍差的預制梁水泥混凝土橋面鋪裝，適合采用車載式拋丸機拋丸；而對于水泥混凝土橋面的橋面邊角部位，精細銑刨和車載式拋丸機拋丸均難以有效處理，可以采用鑿毛或手持式拋丸機處理。

鑿毛處理后的剪切強度和拉拔強度高于拋丸后的剪切強度和拉拔強度。而精細銑刨和普通銑刨處理后的力學性能最優。鑿毛處理后的界面由于構造深度較大，粗糙度較大，單位面積上的接觸面積更大，也能提供更大的摩擦力和粘結力。手持式拋丸機拋丸之后的界面表面仍有部分浮漿，使防水材料與水泥混凝土橋面不能有效粘結，易造成剪切破壞。所以鑿毛處理后的層間粘結性能高于手持式拋丸機拋丸，但又低于車載式拋丸機拋丸。由于拉拔試驗結果主要與防水粘結層性能以及界面接觸面積相關，銑刨尤其是精細銑刨處理后的界面，拉拔試驗結果均較大。精細銑刨相比其他處理方式，既可提高界面的潔凈度，又能增加界面的接觸面積，因此同一防水粘結層采用精細銑刨具有更大的拉拔強度。

5 結 論

a.采用不同粗糙化工藝得到的水泥砼橋面的構造深度、摩擦系數、粘結能力差異很大，在實際工程中應根據實際情況采取合適的粗糙化技術。

b.目前常用的粗糙化方案中，精細銑刨和車載式拋丸機拋丸的效果較優，但難以處理邊角處。

c.采用鑿毛或手持式拋丸機效果一般，但能較好的處理橋面邊角部位。

d.對于現澆梁水泥混凝土橋面鋪裝，更適合精細銑刨工藝；對于預制梁水泥混凝土橋面鋪裝，更適合采用車載式拋丸機拋丸。