高壓水射流處理混凝土施工縫的施工工藝研究

王洪木（重慶建工第二建設(shè)有限公司，重慶　400045）

高壓水射流處理混凝土施工縫的施工工藝研究

王洪木
（重慶建工第二建設(shè)有限公司，重慶400045）

該文研究了高壓水射流處理混凝土施工縫的工藝，分析了水壓力、沖毛角度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)和齡期等因素對(duì)沖毛處理效果的影響，提出了適用于不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的水壓力、沖毛角度和適宜齡期等工藝參數(shù)。與人工鑿毛、機(jī)械鑿毛、低壓水沖毛等處理方式相比，采用高壓水射流可以顯著提高混凝土施工縫處理質(zhì)量和效率，并且可以顯著降低施工成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不利影響。

混凝土施工縫；高壓水射流；水壓力；處理工藝；粗糙度

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2015.02.045

0　引言

混凝土施工縫處理是施工過(guò)程中常見(jiàn)的工序，施工縫處理質(zhì)量對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)整體性、抗?jié)B性能，甚至結(jié)構(gòu)安全的影響至關(guān)重要［1-2］。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土施工縫處理進(jìn)行了原則性的規(guī)定，但沒(méi)有明確施工縫的處理方法和技術(shù)指標(biāo)。目前常用的混凝土施工縫處理方法有人工鑿毛、機(jī)械鑿毛、低壓水沖毛等［3-4］。人工鑿毛勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低；機(jī)械鑿毛噪音大，粉塵污染嚴(yán)重，影響操作人員的身體健康；低壓水沖毛通常采用0.3～0.6MPa的水壓力，需要在混凝土終凝前進(jìn)行，沖毛效率較低，用水量較大，而且會(huì)影響施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。同時(shí)，上述幾種處理方法也會(huì)對(duì)施工縫面層混凝土產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致混凝土集料松動(dòng)，從而產(chǎn)生新的薄弱面。

此外，在施工縫處理過(guò)程中，由于沒(méi)有評(píng)價(jià)施工縫處理效果的技術(shù)指標(biāo)，施工人員往往憑借經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)施工縫處理工序，導(dǎo)致混凝土施工縫成為破壞混凝土結(jié)構(gòu)整體性的薄弱面，甚至出現(xiàn)開(kāi)裂和滲漏等工程質(zhì)量問(wèn)題［5-6］。高壓水射流由工作壓力超過(guò)30MPa的高壓柱塞泵產(chǎn)生，可以在混凝土終凝后對(duì)施工縫進(jìn)行處理，不僅可以避免對(duì)已硬化混凝土的擾動(dòng)，也可以減少?zèng)_毛用水量，同時(shí)可以顯著提高沖毛效率和質(zhì)量。本文結(jié)合實(shí)際工程研究了混凝土齡期、水壓力和角度等因素對(duì)高壓水射流沖毛效率和質(zhì)量的影響，確定了可以指導(dǎo)實(shí)際施工的高壓水射流沖毛工藝及參數(shù)，有效地解決了采用傳統(tǒng)混凝土施工縫處理工藝帶來(lái)的費(fèi)工費(fèi)時(shí)、材料消耗大和處理質(zhì)量難以有效保證的問(wèn)題，且對(duì)于鋼筋密集處處理更加有效。

1　施工機(jī)具和方法

1.1施工機(jī)具

高壓水射流裝置主要由額定功率30～50kW、額定電壓380V的電機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓柱塞泵，通過(guò)高壓水管經(jīng)高壓水槍產(chǎn)生高壓水射流，本文采用最大壓力35MPa、工作壓力30MPa的高壓柱塞泵，進(jìn)水口水壓力為常壓，采用自來(lái)水供水。高壓水槍為手提式噴槍，噴槍長(zhǎng)度60cm，噴嘴孔徑為0.75mm，水射流為扇面形。

1.2施工方法

施工用水宜采用自來(lái)水，如果采用地下水或地表水，水質(zhì)應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》JGJ63-2006的要求，供水水源的流量應(yīng)大于高壓水泵最大水流量，確保施工過(guò)程中供水正常。啟動(dòng)電機(jī)后再驅(qū)動(dòng)高壓柱塞泵，檢查水壓力是否正常，打開(kāi)噴槍閥門檢查水射流是否正常。施工應(yīng)在混凝土終凝后進(jìn)行，沖毛時(shí)應(yīng)先將高壓柱塞泵的壓力調(diào)到最小，再根據(jù)實(shí)際沖毛效果確定合適的水壓力和噴嘴距離；采用輪式托架固定噴槍，并調(diào)整噴嘴與施工縫的角度和距離，初步設(shè)定噴嘴與水平施工縫夾角為50～60°，距離為5～10cm，以處理每平方米混凝土施工縫所需時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)沖毛效率，要求沖毛深度達(dá)到2～3mm的面積超過(guò)所處理面積的90%以上，以確保有效除去施工縫面層水泥浮漿和集料均勻露出，使施工縫面層粗糙度均勻。

2　施工工藝研究

采用高壓水射流沖毛工藝，當(dāng)水壓力大于混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，高壓水可以使混凝土破碎，因此可以在混凝土具有一定強(qiáng)度后再進(jìn)行沖毛施工，避免對(duì)已經(jīng)凝結(jié)硬化的混凝土造成損傷。為了研究高壓水射流的沖毛效率和沖毛效果，項(xiàng)目組依

2.1混凝土齡期對(duì)施工縫沖毛效率的影響

混凝土施工縫面層沖毛時(shí)應(yīng)根據(jù)混凝土齡期和表面硬化程度選擇水壓力。論文首先研究了混凝土不同時(shí)高壓水射流的沖毛效率，選擇混凝土終凝后1d，2d，3d和7d，分別采用10MPa，15MPa，20MPa和30MPa水壓力進(jìn)行沖毛試驗(yàn)，以每平方米施工縫沖毛所需時(shí)間評(píng)價(jià)沖毛效率，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　混凝土齡期對(duì)施工縫沖毛效率的影響

根據(jù)表1，隨著齡期延長(zhǎng)，即使提高水壓力，沖毛時(shí)間也明顯增加，表明沖毛效率隨齡期延長(zhǎng)而降低。因此，高壓水射流沖毛宜在混凝土終凝后12～24h開(kāi)始，如果由于天氣或施工工藝等原因造成沖毛施工滯后，則應(yīng)隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)而提高水壓力，以確保水射流在混凝土面層產(chǎn)生的沖擊力大于混凝土面層抗壓強(qiáng)度，從而使沖毛施工順利進(jìn)行。如果混凝土終凝后超過(guò)7d甚至更長(zhǎng)時(shí)間，則水壓力需要顯著提高，才能保證沖毛施工的順利進(jìn)行。沖毛施工的最佳時(shí)間是混凝土終凝后12～24h時(shí)開(kāi)始，不宜遲于混凝土終凝后3d，以保證沖毛效果和降低因沖毛水壓力提高而產(chǎn)生的能源消耗。沖毛施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，以避免對(duì)其他施工工序產(chǎn)生影響。

2.2水壓力對(duì)施工縫沖毛效率的影響

齡期相同時(shí)，高壓水射流壓力對(duì)沖毛效率具有顯著影響，論文研究了混凝土終凝后1d齡期時(shí)水壓力對(duì)沖毛效率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　水壓力對(duì)施工縫沖毛效率的影響

根據(jù)表2，當(dāng)混凝土齡期相同時(shí)，隨著水壓力的提高，沖毛效率逐漸提高，當(dāng)水壓力大于混凝土抗壓強(qiáng)度后，提高水壓力對(duì)沖毛效率的影響逐漸減小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究和查閱相關(guān)文獻(xiàn)，論文提出了沖毛施工時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和齡期不同時(shí)水壓力的參考值，見(jiàn)表3。

表3　高壓水沖毛時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)和齡期不同時(shí)的水壓力參考值/MPa

2.3沖毛角度對(duì)施工縫處理效率的影響

噴嘴與施工縫面層的角度決定了混凝土的受力形式，當(dāng)高壓水射流垂直于混凝土面層時(shí)，混凝土受到水射流的沖擊，可以認(rèn)為是正壓力，但是隨著噴嘴與混凝土面層的夾角的角度逐漸減小，混凝土面層開(kāi)始受到剪切力作用。由于混凝土的抗剪強(qiáng)度明顯小于混凝土的抗壓強(qiáng)度，因此減小噴嘴與混凝土面層夾角，更有利于使混凝土面層剝落，從而提高沖毛效率。試驗(yàn)研究了沖毛角度對(duì)混凝土施工縫處理效率的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　沖毛角度對(duì)施工縫沖毛效率的影響

根據(jù)表4，隨著沖毛角度的減小，高壓水射流的沖毛效率逐漸提高，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)沖毛效果，認(rèn)為高壓噴槍的噴嘴與混凝土施工縫面層的角度控制在40～50°，可以保證沖毛效果達(dá)到最佳，獲得粗糙度均勻的施工縫處里面。

3　結(jié)論

（1）高壓水射流沖毛宜在混凝土終凝后12～24h開(kāi)始，水射流壓力應(yīng)不小于混凝土沖毛時(shí)的抗壓強(qiáng)度；沖毛施工不宜遲于混凝土終凝后3d，以保證沖毛效果和降低因沖毛水壓力提高而產(chǎn)生的能源消耗。

（2）高壓噴槍的噴嘴與混凝土施工縫面層的角度控制在40～50°，可以保證沖毛效果達(dá)到最佳。

（3）高壓水射流處理混凝土施工縫施工速度快，成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，工人易于掌握，不會(huì)產(chǎn)生噪音等污染問(wèn)題，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study on Construction Technology of High Pressure Water Jet for Concrete Construction Joints Processing

This paper studies the construction technology of high pressure water jet for concrete construction joints processing，analyzes the impact of water pressure，scour angle，strength and concrete class on the processing effect，and proposes the processing parameters suitable for concrete of different strength levels.Compared with manual processing，mechanical processing，and low-pressure water treatment，high-pressure water jet can significantly improve the quality and efficiency of concrete construction joint processing，and obviously reduce construction cost and labor intensity as well as the adverse effects on the environment of the construction site.

concrete construction joints；highs-pressure water jet；water pressure；processing technology；roughness

TU745.5

A

1671-9107（2015）02-0045-02

2014-11-18

王洪木（1969-），男，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事建設(shè)工程管理和施工應(yīng)用技術(shù)研究。托重慶某長(zhǎng)江大橋錨碇工程的C40大體積混凝土分層澆筑產(chǎn)生的水平施工縫進(jìn)行了高壓水射流沖毛工藝的研究，主要研究了混凝土水平施工縫處理過(guò)程中，混凝土齡期、沖毛壓力和角度等因素對(duì)高壓水射流沖毛效率和效果的影響。