橋面拋丸處理工藝在混凝土橋梁防水上的應用?

橋面拋丸處理工藝出現在100年前，是一種在歐美發達國家早已應用的結構表面處理方法。即在各種金屬或非金屬表面通過拋丸處理工藝去除雜質、氧化皮，增加結構表面的粗糙度。經過百年的發展，拋丸處理工藝以及設備已經相當的成熟，其應用已經不僅僅是局限于重工業領域，目前其應用領域迅速擴展到國家公路養護、橋梁施工、機場維護、船舶甲板金屬表面處理等領域上，并且直接引導了該行業施工標準和行業施工規范的制訂。中國在此方面的應用卻依舊是很少，只有在少數項目中使用了拋丸處理工藝，在高速公路、市政道路及混凝土橋梁防水涂裝方面，仍然存在空白。本文主要介紹拋丸處理工藝在閔浦二橋混凝土橋梁結構防水施工中的應用。
橋梁易受雨水的侵蝕，雨水對橋梁的腐蝕作用表現為雨水滲透引發混凝土內堿環境的破壞、鈣質的流失，其勢將造成混凝土溶蝕，鋼筋生銹，強度降低，最終導致橋梁的使用壽命的降低。尤其在北方地區，冬季氣溫在0℃以下時，凍融對混凝土表面的破壞作用尤甚，更易加快鋼筋的腐蝕速度。
目前工程結構中橋梁在面層鋪裝上基本不設防水層，排水手段主要為縱橫坡度和泄水系統。因此橋梁面層出現滲水現象不可避免。隨著滲水現象加劇，勢必誘發橋面鋪裝層脫落、砼堿—集料反應、鋼筋銹蝕，最終引發混凝土脹裂等嚴重問題，危害橋梁結構本體。為避免橋梁結構隱患的存在，保護橋梁構筑物免遭滲水侵蝕，提高橋梁的耐久性，延長其使用壽命，就必須重視橋梁防水工藝的設計和施工。
2混凝土橋面防水層
歐美國家自20世紀70年代以來，在混凝土橋面鋪裝中廣泛應用了防水層，大大減少混凝土橋梁因為滲水的原因而造成的損壞，延長了橋梁的使用壽命。但隨著交通量的增加，出現了防水層和面層因為黏結強度不足而產生橋面鋪裝推移的病害。在中國，混凝土橋梁也經常發生類似病害。造成以上病害的原因之一是因為混凝土面層的處理沒有能夠完全去除表面殘留物質，沒有保留一定的粗糙表面來保證防水層和橋面鋪裝面層的黏結強度。
2.1防水層基本要求
(1)防水材料本身要有良好的不透水性、耐候性、強度等；
(2)防水層和路面面層以及橋面底層要有足夠的黏結強度和剪切強度。2.2優良的防水體系部分組成(1)材料本身的質量和性能的保證；(2)施工工藝和方法的保證。
以上兩個方面的共同作用才能使防水層的作用得到充分的體現。
3傳統鑿毛方法與拋丸處理工藝對比
經過國內多年的摸索以及參考國外的經驗，有關防水材料本身性能要求的相關技術標準和規范已經制定，但對于防水材料的施工工藝和方法方面，相關行業要求卻較少涉及。特別是目前橋梁防水中，幾乎所有的材料廠家都已意識到基面的處理結果是整個防水體系的關鍵，但卻一直沒有真正適合橋面處理的工藝。
中國目前較常采用的砼表面處理方法是：人工或機械對橋面鑿毛。該方法存在施工效率低，不便于大面積機械化施工；環境污染嚴重；黏結力較差；甚至存在在原混凝土表面產生強烈震動導致附加微裂紋的危險。以下為使用鑿毛工藝的特點。
1）在機械沖擊下產生微裂紋；2）將原來并不松動的骨料會震松；3）創面百分比低；
4）破壞原路面或橋面的平整度；5）處理后的表面不均勻；6）需要后續的清理工作；7）環境粉塵污染嚴重；而拋丸處理工藝的特點如下：1）表面粗糙均勻；
2）完全去除浮漿和起砂，100%“創面”3）露骨，但不會去除黏結緊密的骨料；4）一次性施工，不需要清理；沒有環境污染；5）施工效率高；6）設備運行成本低；7）提前暴露混凝土缺陷
研究表明：粗糙度和平整度必須均控制在一定的范圍內，這樣粘結材料同基層的抗剪切力和黏結強度的共同組成的整體粘結性能才能達到最好的效果。過于粗糙（凸凹）的表面，其抗剪切強度的增加并不能有效提高粘結材料與被處理結構表面的整體粘結性能，反而由于失去附著力，即失去了粘結強度，同時失去抗剪切能力，影響了粘結材料整體粘結性能的發揮。鑿毛的不均勻性顯然影響了粘結材料整體粘結性能，不利于結構的防水功能。
4橋面拋丸工藝原理和設備
4.1拋丸工藝原理
拋丸是指通過機械的方法把丸料(鋼丸或砂粒)以很高的速度和一定的角度拋射到工作表面上，讓丸料沖擊工作表面，然后在機器內部通過配套的吸塵器的氣流清洗作用，將丸料和清理下來的雜質分別回收，并且使丸料可以再次回收利用的技術。機器配有除塵器，做到無塵、無污染施工，既提高效率，又保護環境。
機器操作時通過控制和選擇丸料的顆粒大小、形狀，以及調整和控制設備的行走速度，控制丸料的拋射流量，得到不同的拋射強度，獲得不同的表面處理效果。
4.2設備要求
為滿足在不同的表面上達到不同的應用要求上，拋丸設備可以通過調整以下的參數予以實現。
(1)鋼丸規格的選擇：鋼丸有不同的大小規格和形狀。按照需要處理的表面的材質和粗糙程度可以選擇不同直徑范圍的鋼丸，鋼板表面的處理還需要添加一定比例的鋼砂以達到要求的粗糙度。
(2)拋丸設備的行走速度和拋丸的丸料流量：拋丸設備可以設定和調整行走速度，其次可以設定和調整丸料的流量達到單位表面拋丸密度的改變，進而實現不同的拋丸效果。隨著處理速度的降低，表面清理的深度增加，一般拋丸在混凝土表面可以處理的深度在0.1~4mm之間；在瀝青表面可以達到2.5mm的紋理深度。
(3)處理的基層狀況
不同的基層骨料結構、強度，在相同的拋丸參數下會得到不同的處理效果。
5拋丸處理的要求
5.1國外標準
在混凝土表面防護性涂裝上，中國還沒有統一的基面處理標準要求。在國外，其在混凝土表面防護性涂裝的標準涉及以下方面。
(1)混凝土表面粗糙度對比
按照ICRI(InternationalConcreteRepairInstitute)和ASTM(AmericanSocietyfortestingandmaterial)標準要求，混凝土表面的處理結果按粗糙度不同分成了9個等級，并對不同混凝土涂裝保護方法建議了最佳的表面粗糙度。最通用的范圍即為SP3-SP5，即拋丸處理輕度――中度的范圍。
(2)鋪砂法
①通常用來衡量混凝土和瀝青成型路面（上面層）的紋理構造深度；
②在涂裝保護時建議的構造深度為0.4~0.8為最佳：過小粗糙度低；過大，則破壞了原有基面的平整度和構造，容易造成防水層鋪裝厚度不均。
5.2中國標準
參考國外和國內部分省份的施工經驗和檢驗標準，建議的混凝土基面（下封層）采用的表面處理打毛標準：
(1)表面無浮漿；清潔；無浮塵；無污染物；(2)表面缺陷應進行修補；
(3)機械清理應達到：處理后的表面平整、均勻；達到100%創面；骨料露出；無松動骨料；粗糙度：CPS對照版SP3――SP5；或鋪砂法0.4――0.8；
“露骨率”的說明：因為中國各省份氣候條件、施工條件的差異很大，所以在混凝土級配、施工方法、骨料的選擇上存在差異，不同的地區（甚至路段）采用不同級配和選材。所以在進行表面清理過程中，同樣已經完全去除浮漿，得到均勻粗糙的表面，但“露骨率”卻有很大差別。另外，“露骨率”完全憑借施工人員肉眼觀察，存在人為影響的因素；所以國外并不使用“露骨率”的提法。但拋丸可以通過控制參數，達到完全去除表面層，暴露骨料的目的。
6結語
拋丸處理工藝在雖然中國浙江、江蘇、湖北、湖南、吉林、云南、四川、京津、河北等地混凝土橋梁防水中得到了應用。但作為一種全新的表面清理打毛的方法，其應用范圍仍然很小，也缺少統一的施工技術規范及檢驗標準。相信，隨著大家對拋丸處理工藝的認識不斷提高，拋丸處理工藝將不斷成熟和規范，在中國混凝土橋梁防水上的應用會逐漸被推廣。