不同桥面混凝土板处理方法适用性分析

高 瞻

（河南高速公路发展有限责任公司，河南郑州 450000）

0 引言

我国高速公路桥梁大部分采用“水泥混凝土桥面板+2 层改性沥青混凝土面层”的桥面铺装结构形式。由于水泥混凝土和沥青混凝土属于两种不同亲水、亲油介质的材料，而用于两者之间的桥面防水粘结层往往只能兼顾其中一种性质（多为亲油介质），导致桥面混凝土面板与沥青面层之间的粘结差，在车辆荷载等因素的作用下，产生剪切破坏等。桥面板与沥青面层粘结效果差是目前桥面铺装的一个难题。

影响桥面板与沥青面层之间粘结效果的因素不仅包括防水粘结材料的性能，桥面板的处理方式也是一个重要的方面。桥面板处理指将桥面水泥混凝土板上的所有灰尘、浮浆、软弱部位剔除，形成粗糙和可靠的抗滑界面，是层间防水粘结材料发挥作用的基础保证，同时其与沥青面层形成的嵌挤结构也增强了两者间的粘结能力。

目前常用的桥面水泥混凝土板处理方法有人工凿毛、抛丸处治和精铣刨三种，本文通过室内试验研究，分析了三种桥面板处理方法对桥面板与沥青混凝土面层之间的粘结性能的影响，同时结合经济效益分析提出每种处理方法的适用性。

1 常用的桥面板处理方法

目前常用的桥面板处理方法有三种：人工凿毛、抛丸处治和精铣刨。以下介绍每种方法的主要优缺点。

（1）人工凿毛处理工艺即采用人工对桥面板进行凿毛，该工艺采用最早且价格便宜，但是对桥面板的尘土、浮浆和软弱部位清理效果不佳，从而影响了桥面板与沥青面层之间的粘结效果。

（2）抛丸处治即采用专门机械将钢丸或者砂粒以很高的速度和一定的角度抛射到工作面上，让丸料冲击工作表面，并利用配套设备回收丸料和清理下来的杂质，从而清除工作面软弱层的过程。该方法在清除桥面杂物的同时也将这些杂物吸走，桥面基本不需要进行二次清扫，但是该工艺对于桥面板浮浆较厚的位置清除效果差，同时将混凝土骨料表面的棱角磨平，减小了桥面板与沥青面层间的嵌挤效果。

（3）精铣刨指采用铣刨机对桥面板进行精细铣刨处理的工艺。精铣刨可控制铣刨深度，能够处理较厚的浮浆。精铣刨不会破坏桥面板表面石子的棱角性，同时铣刨产生的“沟槽”能够增加桥面板与沥青面层间的嵌挤力。

2 试验方法

对不同桥面板处理方法效果的评价，关键在于对每种处理方法的真实模拟。以往研究往往采用对室内混凝土板进行喷砂和刻槽等方法模拟抛丸和精铣刨工艺，其试验结果难以真实反应实际情况。该试验通过现场取芯和室内成型的方法进行试验试件的制作，通过测试其层间抗剪强度和抗拉强度评价三种桥面板处理方法的处理效果。

2.1 试验试件的制作

该试验模拟河南某项目的桥面铺装，该项目桥面铺装方案为在对混凝土桥面板进行处理后，涂刷 FYT 防水材料，然后撒布 SBS 改性沥青碎石封层，最后进行中面层 AC-20C 和上面层 AC-13C 沥青混合料摊铺。

（1）水泥混凝土试块的制作

由于室内设备无法完全模拟现场桥面板处理后的效果，该试验通过在结构物外置搭板位置在标准的施工条件下分别进行人工凿除、抛丸和精铣刨处理后，采用 100 mm 钻筒进行取芯，并在室内将芯样切割成要求尺寸后作为水泥混凝土试件。

（2）桥面防水材料的涂刷

为模拟实际情况，在切割后的芯样试件表面涂刷 FYT 防水材料，每个试件防水涂料用量一致，涂刷均匀，一次性涂刷完成。

（3）涂刷 SBS 改性沥青

为减少封层碎石对试验结果的影响，该试验中仅采用 SBS 改性沥青作为封层材料，不进行碎石布设。将 SBS 改性沥青加热到 170℃后，在涂有FYT 防水材料的水泥混凝土芯样表面进行 SBS 改性沥青涂刷，每个试件防水涂料用量一致，涂刷均匀，一次性涂刷完成。

（4）沥青混凝土试件成型

三种桥面板处理方法主要的效果就是对沥青混合料的嵌挤作用，故不能采用室内单独成型或现场取芯的沥青混凝土试件与水泥混凝土试件进行简单粘接。该试验采用专门的模具（见图1），在水泥混凝土芯样上进行 AC-20C 中面层马歇尔试件成型，保证两者间的“热粘接”。马歇尔试件按单面击实成型，击实次数以马歇尔试件密度接近双面击实的试件密度为准，沥青混合料用量以击实后接近要求尺寸为准，需要在马歇尔击实前先确定击实试件所需要的沥青混合料质量和击实次数。

图1 试验模具和试件成型示意图

表1为该试验采用的 AC-20C 沥青混合料级配和油石比。试件沥青混合料用量和击实次数如表2所示。

表1 中面层 AC-20C 沥青混合料级配

表2 马歇尔击实成型沥青混合料质量和击实次数

2.2 层间粘结性能评价试验方法

评价桥面板与沥青混凝土面层间的粘结力的指标主要有层间抗剪强度和层间抗拉强度。本文分别通过“45°斜剪试验”和“拉拔试验”进行层间抗剪和抗拉强度测试。

2.2.1 45°斜剪试验

45°斜剪试验是将两结构层的接触面（层间）放置于上、下试模之间，在上面的试模顶面施加正压力 F，压力大小可由力传感器测定。当剪切面成45°角时，则此正压力会沿 45°角分解，压力 F 分解成两个力，一个平行于剪切面 FH，一个垂直于剪切面 FV。这样当 F 超过临界值时，在垂直力和水平力的综合作用下，试件就会产生剪切破坏，可模拟路面在行车荷载作用下桥面板与面层剪切作用的情况。45°斜剪示意如图2所示。

图2 45°斜剪试验示意图

2.2.2 拉拔试验

拉拔试验是将两粘接的结构层试件上、下部采用专门的拉拔头进行粘接，采用拉力机进行垂直力拉拔。当拉力 F 超过一定值时，两结构层间的粘结面开始拉裂，可评价两结构层试样间的抗拉能力。拉拔试验示意如图3所示。

图3 拉拔试验示意图

3 试验结果

3.1 45°斜剪试验结果

不同桥面板处理方法 45°斜剪试验结果如表3和图4所示。

表3 不同桥面板处理方法 45°斜剪试验结果

图4 不同桥面板处理方法 45°斜剪试验结果

通过 45°斜剪试验结果，得到以下结论：

（1）三种桥面板处理方法对桥面板与沥青面层间的抗剪能力有较大提高，其中精铣刨效果最佳，人工凿毛效果略优于抛丸处理。

（2）抛丸处治方法形成的混凝土表面的光滑面不利于层间的嵌挤，而人工凿毛和精铣刨形成的粗糙面更有利于层间的粘结。

3.2 拉拔试验

不同桥面板处理方法拉拔试验结果如表4和图5所示。

表4 不同桥面板处理方法拉拔试验结果

图5 不同桥面板处理方法拉拔试验结果

通过拉拔试验结果分析，得到以下结论：

（1）三种桥面板处理方法对桥面板与沥青面层间的抗拉能力均有一定的提高，但是人工凿毛方法效果不佳，抛丸和精铣刨效果相当，明显优于人工凿毛方法。

（2）影响拉拔试验结果的因素主要与结合面清洁程度有关，人工凿毛方法对桥面板的清洁效果差，不利于层间粘结。抛丸和精铣刨粘结效果相当。

4 经济效率和适用性分析

通过第 3 节的试验结果分析，精铣刨施工的效果最佳，但是铣刨机设备租赁费和油耗较高，从经济性上考虑并非都适用，需要综合考虑多方面因素各种桥面板处理方法的优缺点及费用,见表5。

从表5可以得到：

（1）人工凿毛处理方法较为经济，但是对桥面板灰尘、浮浆等处理效果不佳，层间抗拉强度低，一般不建议作为高速公路桥面板处理方法，可在特殊条件下使用。

（2）抛丸处治。抛丸处治施工效率低、单价高，对灰尘、浮浆、软弱部位清理效果好，但是对于浮浆较厚位置清理效果差，其对桥面板的处理整体效果略低于精铣刨处理。抛丸处治具有机动、灵活的优点，较适合于高速公路施工时间零散的情况，适合于处理一些处理面积较小且施工时间零散的结构物。

（3）精铣刨处理效果好，但是费用高，适用于有大面积工作面（2 000 m2以上）或者对于一些表面浮浆等较多，抛丸处治效果差的桥面，需要做好施工计划，尽量提高铣刨机的工作效率。

表5 各种桥面板处理方法的优缺点及费用表

5 结语

（1）三种桥面板处理方法对桥面板与沥青面层间的抗剪能力有较大提高，其中精铣刨效果最佳，人工凿毛效果略优于抛丸处理。

（2）三种桥面板处理方法对桥面板与沥青面层间的抗拉能力均有一定的提高，但是人工凿毛方法效果不佳，抛丸和精铣刨效果相当，明显优于人工凿毛方法。

（3）高速公路桥面板处理不宜采用人工凿毛方法；对于一些施工面积小且施工时间零散的结构物桥面处理，宜采用抛丸处理；对于一些施工面积大且抛丸处治效果差的结构物，宜采用精铣刨处理。

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