龔成林，周建良，王　俊，鮑忠誠

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

橋隧工程混凝土面板處理工藝關鍵參數(shù)研究

龔成林1，周建良2，王俊2，鮑忠誠1

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

橋隧混凝土面板表層處理工藝對防水粘結層的效果具有較大影響，文章針對拋丸處理工藝，重點選擇構造深度與層間粘結、剪切強度等指標進行室內(nèi)試驗和現(xiàn)場拋丸機械施工參數(shù)研究。研究結果表明：（1）層間粘結、剪切強度與構造深度、露骨率有著良好的對應關系，并建議拋丸后面板的構造深度不小于0.45 mm；在1～3 mm浮漿情況下，露骨率不小于28%；（2）拋丸機的行進速度、拋丸功率直接影響到面板處理效果，正式施工前，需進行試驗段以確定合理的拋丸工藝參數(shù)；（3）結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、注意事項及質(zhì)量控制標準，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)；構造深度

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

圖1 層間剪應力的產(chǎn)生原因

本文擬依托南京市城西干道改造工程，對城市橋隧混凝土面板拋丸工藝的關鍵參數(shù)進行研究，并提出拋丸工藝的質(zhì)量控制標準與注意事項。

1 拋丸工藝驗收試驗指標研究

1.1 指標的提出

目前國內(nèi)混凝土面板拋丸處理工藝大多以拉拔、剪切強度為評價指標，缺乏規(guī)范的混凝土面板驗收參數(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，橋隧工程路面結構中剪切應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，結合現(xiàn)場實際工程驗收要求，除常規(guī)表面清潔度、干燥度等驗收指標外，提出構造深度和露骨率2個關鍵量化驗收指標。

1.2 試驗方案

為了研究及修正面板拋丸處理質(zhì)量驗收標準，采用拋丸機對同批原材料、同一級配、同一批次成型的水泥混凝土面板進行拋丸處理，得到不同的構造深度值，按照行業(yè)標準《路橋用水性瀝青基防水涂料標準》（JT/T 535—2004）所規(guī)定的界面力學強度指標進行試驗。根據(jù)現(xiàn)場的條件及要求，對防水粘結層的拉拔強度及剪切強度進行試驗，控制界面所需要的構造深度和露骨率。

為了滿足工程實際需要，該批水泥混凝土試驗板采用C40級混凝土，共成型14塊試驗板，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。拋丸機采用1-10 DS Globel型拋丸機進行表面拋丸處理，砂丸型號S460（直徑1.4 mm，為目前高速公路橋面拋丸常用的鋼丸粒徑）。拋丸機行進速度分為12個檔位，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檔位進行對比研究。

1.3 試驗研究及結果分析

根據(jù)現(xiàn)場施工要求及路面鋪裝結構主要以剪應力為主的力學特點［7］，選擇拉拔強度、剪切強度作為控制因素，分析其與構造深度、露骨率之間的關系。

（1）拉拔強度影響因素分析

試驗將統(tǒng)一制件的面板進行拋丸處理，形成不同的構造深度，防水粘結層采用熱噴SBS改性瀝青+碎石，厚度為1 cm，常溫放置養(yǎng)護至干燥后進行粘結強度（附著力拉拔）試驗，試驗結果見圖2。

圖2 附著力拉拔試驗結果

根據(jù)附著力拉拔試驗結果，構造深度在一定的范圍對應的粘結強度較強。如果構造深度偏小，不能達到較好的粘結強度，構造深度偏大會造成粘結層厚度不均，粘結強度也會減小。根據(jù)圖2中擬合的二次關系式，20 ℃粘結強度達到1.0 MPa，構造深度達到0.42 mm即可。

（2）剪切試驗

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

圖3 拋丸前后剪切應力對比圖

由圖3試驗數(shù)據(jù)可見，面板進行拋丸處理之后剪切應力明顯增加，且行走速度與構造深度有一定的關系，行走速度較低時拋丸效果更明顯，界面的構造深度較大。在實際施工處理過程中，要控制合理的拋丸機行走速度。

圖4 構造深度與剪切應力關系

圖5 露骨率與剪切應力關系

從圖4、圖5中可見，構造深度有其最佳對應范圍。通過數(shù)據(jù)擬合可知，當要求剪切強度達到0.4 MPa要求時，構造深度大于0.3 mm左右即可滿足要求，考慮到1.5倍的保證率系數(shù)，因此構造深度在0.45 mm較為合適。

綜合附著力拉拔試驗和剪切強度試驗，建議拋丸后水泥面板的構造深度不小于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)場施工關鍵性能參數(shù)研究

結合前期室內(nèi)研究結果，為了達到最佳橋隧面板處理效果，本文結合現(xiàn)場研究和確定現(xiàn)場施工時的最佳工藝參數(shù)設定，選擇拋丸施工過程中的3個關鍵參數(shù)進行比對研究：拋丸機的行進速度、拋丸機的功率 、水泥混凝土面板初始構造深度。

2.1 不同行進速度的影響

選取7、9、11號板進行對比，初始構造深度均為0.25 mm，功率為15 kW，速度分別為9、6、12 m/min，試驗結果見圖6。

圖6 不同速度對水泥面板拋丸效果影響

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

2.2 不同拋丸功率的影響

選取6、9、10號板進行對比，初始構造深度為0.25 mm，行進速度為6 m/min，拋丸功率分別為20 kW、15 kW、10 kW，試驗結果見圖7。

圖7 不同功率對水泥面板拋丸效果影響

從圖7可以看出，由于拋丸機功率的增大，露骨率和最終構造深度呈增大趨勢，當功率增大到一定程度，構造深度和露骨率增長幅度較小。因此對于拋丸機的使用功率建議下限取10 kW，最佳功率為15 kW。

2.3 不同初始構造深度的影響

選取1、2、4號板進行對比，行進速度為9 m/min，拋丸功率為20 kW，初始構造深度分別為0.25、0.41、0.63 mm。試驗結果見圖8。

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

圖8 不同初始構造深度對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個關鍵問題：

（1）拋丸機的行駛速度和功率是影響拋丸效果的重要因素，需根據(jù)構造深度選擇經(jīng)濟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，應盡量選擇機械允許的直徑較大且質(zhì)地堅硬的鐵砂，并且在拋丸過程中及時添加鐵砂來保證噴灑量和功率。

3 驗收質(zhì)量控制標準確定

3.1 施工工序及注意事項

混凝土面板拋丸處理過程中，必須嚴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，具體注意事項如下：

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

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

（3）當一遍不能達到規(guī)定的露骨率及構造深度時應進行二次拋丸，直至滿足技術要求；拋丸處置后的表面有均勻的粗糙度和良好的清潔度。

（4）對無法拋丸處置的邊角等部位，采用手推式打磨機補充處置；對拋丸處置后面板暴露出來的裂縫、孔洞等缺陷，需進行修補；拋丸處置后應盡快進行防水粘結層的施工，減少二次污染。

3.2 拋丸質(zhì)量控制標準

拋丸處理目前國內(nèi)尚無相關技術規(guī)范標準，根據(jù)研究試驗結果，結合工程實際，參照《公路橋涵施工技術規(guī)范》、《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》，本文對基層處理提出如下控制標準。

表1 拋丸基層處理質(zhì)量控制標準

（1）表觀指標（見表1）

（2）粗糙度標準板對比法評價指標

為了便于施工驗收時有直觀的驗收參考依據(jù)，對比不同粗糙度混凝土板的情況，將粗糙度分為5個等級，即C1、C2、C3、C4、C5。不同粗糙度等級的混凝土板構造深度等級對照見圖10。

圖10 水泥混凝土基層板構造深度等級對照版

（3）拋丸參數(shù)選擇

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

4 結論

本文在對拋丸處理工藝進行室內(nèi)及室外試驗的基礎上，對其關鍵施工影響因素進行分析，得出以下結論：

（1）拋丸處理工藝過程中，面板構造深度與露骨率的大小直接影響到防水粘結層的粘結效果與剪切強度，通常拋丸后面板的構造深度不宜小于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）基于試驗研究成果，提出拋丸處理工藝的施工工序及質(zhì)量控制標準，并給出施工機械參數(shù)參考圖，可為后期技術推廣提供借鑒。

圖11 水泥混凝土層面處理施工機械參數(shù)

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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，高級工程師，主要從事城市建設中長期規(guī)劃、工程建設及項目管理工作。

2015-06-12）