基于抛丸工艺的混凝土桥面粗糙度影响研究

王安福，孔令云，严秋荣

（1.广东省路桥建设发展有限公司，广州　510635；2.重庆交通大学，重庆　400074；3.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆　400067）

基于抛丸工艺的混凝土桥面粗糙度影响研究

王安福1，孔令云2，严秋荣3

（1.广东省路桥建设发展有限公司，广州510635；2.重庆交通大学，重庆400074；3.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067）

抛丸技术在混凝土桥面施工中应用非常广泛，但其大都依照经验而定。选择构造深度、摩擦系数和灰度值作为混凝土桥面板粗糙度评价指标，研究采用不同抛丸工艺时混凝土桥面板粗糙度的变化情况，分析并得出不同抛丸工艺对桥面粗糙度的影响规律，其对施工过程中合理确定抛丸工艺有较大的应用价值。

混凝土桥面；抛丸工艺；粗糙度；评价指标

混凝土桥面防水层的铺设可以有效减少因桥面渗水造成的损坏，延长桥梁的使用寿命。但由于水泥混凝土桥面板与沥青混合料铺装层之间粘结力不足而导致桥面推移病害在工程中十分常见，造成这一现象的原因之一就是水泥混凝土桥面板没有合适的粗糙度［1-2］。采用桥面抛丸对混凝土桥面板进行处理，不仅可以将水泥混凝土桥面板上的水泥浮浆清除干净，而且还可以改变桥面的粗糙度水平［3］。本文采用抛丸打毛试验对混凝土桥面粗糙度进行研究，得出抛丸打毛施工工艺对混凝土桥面粗糙度的影响规律，其对于抛丸技术在实际工程中的应用有很大的理论指导意义。

1　抛丸设备和工艺介绍

抛丸是指通过机械方法把丸料（钢丸或砂粒）以很高的速度和一定的角度抛射到工作表面上，让丸料冲击工作表面，然后在机器内部通过配套吸尘器的气流清洗作用将丸料和清理下来的杂质分别回收，且使丸料可以再次得到利用的技术。抛丸打毛试验中所用的手扶式抛丸机见图1。抛丸机配有除尘器，做到无尘、无污染施工，既能提高效率，又能保护环境。抛丸机工作时，通过控制和选择丸料的颗粒大小、形状，以及调整和设定机器的行走速度来控制丸料的抛射流量，得到不同的抛射强度和不同的表面处理效果［4-5］。

2　混凝土桥面粗糙度评价指标的选取

试验时，采用构造深度、摩擦系数和桥面图片灰度值3项指标对抛丸后的桥面粗糙度进行评价。构造深度和摩擦系数的相关测试方法按照相关试验规程进行［6］。

灰度值通俗地讲其实就是一张黑白图片中某一个像素点的亮度。对于黑白图像的像素，其像素值取值范围为0，1，…，255。0代表纯黑，255代表纯白，其间的其他值表征颜色的深浅，或称之为灰度。任何一张图片对于计算机而言都是1组数据，它由m×n个像素点组成，每个像素点都对应1个灰度值（计算机存储的图片其每个像素点都有red，green，blue三色数据，各自的数据值从0到255，当三色数值均相等时，该图即为灰度图，rgb值即为gray值。该灰度值从0到255对应于最黑和最白）［7-8］。

21世纪开始后，我国一些学者就数字图像分析技术应用于路面构造检测做过初步分析，提出了比较可行的概念设计，并陆续有人将此方法应用到沥青混凝土路面和露石混凝土路面的构造深度测试中，且取得了相应的研究成果［7］。

图像处理技术应用于混凝土桥面表面构造分析时，在控制拍摄环境一定的情况下，灰度值大小不仅受到桥面构造深度的影响，而且更多地受到桥面经过抛丸后露石情况的影响，且石料颜色等都会影响灰度值的大小。所以，研究抛丸工艺对混凝土桥面粗糙度影响的试验中所测得的灰度值是综合桥面多种信息的一个综合指标。

根据JTG E60—2008《公路路基路面现场测试规程》的相关规定，构造深度采用手工铺沙法测定，摩擦系数采用摆式仪测定，灰度值采用matlab对现场拍摄的图片进行分析计算得到。

图1　手扶式抛丸机

3　不同抛丸工艺下各指标值的变化

抛丸工艺主要涉及到同一块桥面板的抛丸遍数和抛丸机行走速度2方面。本文现场选取试验桥，利用抛丸打毛技术对桥面板进行处理，研究抛丸遍数和抛丸机行走速度变化情况下，上述粗糙度各指标值的变化。试验时，设置了抛丸1次、抛丸2次、抛丸3次、抛丸4次4种遍数和15、20、25 m/min 3种抛丸速度。采用不同的抛丸方案对试验桥进行抛丸处理，通过现场测定抛丸后粗糙度评价指标值来分析不同抛丸方案对各指标的影响。

3.1抛丸工艺对构造深度的影响

抛丸工艺对构造深度影响的试验结果见图2。

图2　抛丸工艺对构造深度的影响结果

分析图2可以看出，抛丸之后混凝土桥面板的构造深度整体呈减小趋势。当抛丸机以13 m/min较慢的速度行走时，构造深度在抛丸第1次后的变化量最大，且抛丸1次构造深度就接近最小值，后面3次抛丸构造深度也有变化，但变化量很小，且上下波动。当抛丸机以20 m/min的速度行走时，构造深度每次的变化量都较小，且抛丸4次后构造深度的减小量才接近速度为13 m/min时抛丸1次后构造深度的减小量。

当抛丸机以13 m/min速度行走时，构造深度在第1次打毛后有20%左右的减小幅度，之后几次打毛对构造深度影响很小，后面3次抛丸效果只使构造深度又减小了约6%。但当其以20 m/min速度行走时，抛丸第1次后构造深度仅仅减小了2%，且随着抛丸次数增加构造深度逐渐减小，到抛丸第4次后构造深度总计减小约20%。

分析可知，抛丸机以13 m/min低速行走时，抛丸次数对构造深度影响很小，抛丸1次构造深度就接近极值；而抛丸机以20 m/min速度行走时，打毛次数对构造深度有较大影响，需进行多次抛丸构造深度才有较大改变。

3.2抛丸工艺对摩擦系数的影响

抛丸工艺对摩擦系数的影响的试验结果见图3。

图3　抛丸工艺对摩擦系数的影响结果

由图3可以看出，当抛丸机行走速度为13 m/min时，摩擦系数在抛丸1次后就达到最大值，继续抛丸反而会使摩擦系数逐渐减小；当速度为20 m/min时，摩擦系数在抛丸第2次后达到最大值，但抛丸1次和抛丸2次摩擦系数的增幅仅相差2%，继续增加抛丸次数也会使摩擦系数变小；当速度为25 m/min时，4次抛丸都使摩擦系数逐渐增大。

分析试验结果可知，当采用13 m/min的抛丸速度时，抛丸1次摩擦系数增幅就为7.5%，达到了极值，增加抛丸遍数反而会使摩擦系数的改变量变小。当采用25 m/min的抛丸速度时，每次抛丸都使摩擦系数增大，但前2次抛丸对摩擦系数的改变量较大，约为3.5%；后2次抛丸对摩擦系数的改变量只约接近1.5%。当采用中间抛丸速度20 m/min时，抛丸第1次后摩擦系数有一个6.8%的较大改变量；抛丸第2次后摩擦系数也继续增大，但改变量较小，只有2%；继续抛丸则摩擦系数改变量就开始减小。

因此，抛丸速度20 m/min为一个分界点，当抛丸速度≤20 m/min时，抛丸1次，摩擦系数改变量就基本接近最大值，此时增加抛丸次数没有经济价值，即抛丸1次就可以。当抛丸速度 ＞20 m/min时，抛丸2次摩擦系数都有较大改变量，所以应抛丸2次。但当抛丸速度＞25 m/min时，抛丸2次摩擦系数的改变量距极值还有一定差距，而在这一速度水平下继续增加抛丸次数显然在经济上是不合理的，所以应将抛丸速度控制在＜25 m/min范围内。

3.3抛丸工艺对灰度的影响

由于灰度值与宏观构造深度、阳光照射角度、集料类型（自身颜色）等有关，所以现场测试时，为了排除桥面板自身以外其他因素对测试值的影响，应控制测试环境稳定，试验时，自行设计了一套现场控光系统和拍摄系统，从而保证了每次拍摄条件的恒定。

抛丸工艺对灰度值的影响结果见图4。分析图4可知，采用不同的3种抛丸速度，灰度值整体都呈增大趋势。当采用13 m/min的抛丸速度时，灰度值在每次抛丸之后都有增幅，但前2次增幅较大，约为18%；后2次增幅很小，只有2%左右。当采用20 m/min的抛丸速度时，抛丸前2次对灰度值的改变量也较小，抛丸第3次后灰度值反而减小，但抛丸第4次后灰度值又有较大增幅。当采用25 m/min的抛丸速度时，抛丸前3次灰度值都有增幅，但抛丸第4次后灰度值减小。

图4　抛丸工艺对灰度值的影响结果

分析试验结果可知，抛丸工艺对灰度值的影响并无明显规律，仅仅在总体上使灰度值呈增大趋势。

4　结论

1）本次试验采用的抛丸机型号为SG 2-550，钢丸型号为S330，抛丸工艺的影响因素只有抛丸遍数和抛丸速度。

2）混凝土桥面经过抛丸之后，桥面构造深度总体减小，摩擦系数和灰度值呈增大趋势。

3）分析抛丸工艺对构造深度、摩擦系数和灰度值的影响可知，当抛丸速度≤20 m/min时，抛丸1次即可；当抛丸速度＞20 m/min时，应抛丸2次；应将抛丸速度控制在＜25 m/min范围内。

4）现场检测数据表明，抛丸遍数并非越多越好。对于摩擦系数来说，若采用≤20 m/min抛丸速度抛丸超过2遍，则会使摩擦系数值减小。

［1］吴立新，吕魏，赵阳.基于性能试验的典型桥面防水粘结层应用探讨［J］.北方交通，2014（6）：36-39.

［2］王笃喜，陈仕周，周丽丽.几种水泥混凝土桥面防水粘结层的疲劳性能试验分析［J］.公路交通技术，2012 （4）：96-108.

［3］王嘉骏，张宏超，朱立国.混凝土桥面铺装抛丸处治技术［J］.中外公路，2011，31（4）：170-173.

［4］罗宏俭.水泥混凝土桥面抛丸技术应用研究［J］.中外公路，2009，29（1）：143-146.

［5］郑少鹏，彭鹏，谢晋，等.水泥混凝土路面抛丸机施工效果研究［J］.中外公路，2013，36（6）：85-88.

［6］交通部公路科学研究院.JTG E60—2008公路路基路面现场测试规程［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［7］刘琬辰，黄晓明.基于图像处理的沥青路面构造深度评价方法的优化研究［J］.北方交通，2013（3）：9-13.

［8］王端宜，李维杰，张肖宁.用数字图像技术评价和测量沥青路表面构造深度［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2004，32（2）：42-45.

Study on Influence to Roughness of Concrete Bridge Pavement by Shot Blasting Process

WANG Anfu1，KONG Lingyun2，YAN Qiurong3

Shot blasting process is widely applied in concrete bridge pavement construction，often according to experience.This paper takes structure depth，friction coefficient and grey level as evaluation indices for bridge pavement roughness，and studies the variation of bridge pavement roughness under different shot blasting processes，to analyze and conclude the rules of bridge pavement roughness influence by different shot blasting processes，this has high applicable value for determining proper shot blasting process during construction.

concrete bridge pavement；shot blasting process；roughness；evaluation index

1009-6477（2016）04-0080-03

U443.31

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.018

2014年重庆高校优秀成果转化资助项目（KJZH14104）

2016-02-19

王安福（1964-），男，湖北省武汉市人，本科，副研究员。