基于机场水泥混凝土道面养护的薄层修补工艺应用研究

基于机场水泥混凝土道面养护的薄层修补工艺应用研究

张文菲

勤山（上海）机场场道工程技术有限公司，上海 徐汇区 200030

摘要：薄层修补工艺，一般采用早期强度较高、耐久性好、其他力学性能更优异的高性能混凝土，在出现起砂、掉皮等功能性损坏的水泥混凝土道面表面构筑一层厚度不超过10mm的修补层，以改善其使用性能。随着薄层修补设计理论的逐步完善、施工工艺的进步，薄层修补类材料已经可以实现自密实、自流平等功能，薄层修补工艺在机场飞行区道面养护方面也具有更显著的应用价值。

关键词:道面养护，薄层修补，水泥混凝土

随着民用航空的逐步发展，我国民用机场数量越来越多，规模也越来越大，从而使飞行区道面的维护保养工作成为保障机场正常运行的一项重要任务。目前，一方面由于飞行器带来的荷载，另一方面由于复杂的环境因素，许多机场水泥混凝土道面在达到设计使用年限之前，就会出现起砂、掉皮等功能性病害，容易产生FOD，且适航性能降低，对飞行区的安全运行产生了不容小觑的影响。

传统的水泥混凝土道面维修方式，诸如补块修补、换板等，施工时间较长，在不停航施工条件下，受影响较大；另一方面由于施工工序多、工艺繁杂，在面临飞行区不停航施工时，施工质量难以把控；再一方面，此类维修方式需要耗费大量的材料、人力、物力，在面对一些较轻微的功能性损害时，经济性较差。因此，如何在水泥混凝土道面出现功能性损伤时，高效、快速地实施养护施工，并与充分利用既有结构，同时还要把对飞行区的影响降到最低，是研究机场水泥混凝土道面养护的重要议题。

1薄层修补工艺简介

薄层修补工艺，一般采用早期强度较高、耐久性好、其他力学性能更优异的高性能混凝土，在出现起砂、掉皮等功能性损坏的水泥混凝土道面表面构筑一层厚度不超过10mm的修补层，以改善其使用性能。随着薄层修补设计理论的逐步完善、施工工艺的进步，薄层修补类材料已经可以实现自密实、自流平等功能，薄层修补工艺在机场飞行区道面养护方面也具有更显著的应用价值。

2施工工艺

为了修复机场道面已存在的功能性损害，并最大限度的利用既有结构物，降低成本，同时也要满足不停航施工在安全、功效等方面的需求，可利用高性能混凝土、超早强水泥等材料在混凝土道面表面新建一种薄层，一般厚度不超过10mm，可根据水泥混凝土道面损坏深度进行设计调整。

具体的施工流程如下：

1）根据设计图纸及现场勘察情况，确定水泥混凝土板块需要修复的具体范围；

2）对水泥混凝土表面损坏进行精铣刨，清除损坏的砂浆层，并使表面具有一定构造深度，利于新建薄层与下卧层的连接；

3）在精铣刨后的水泥混凝土表面洒水并充分浸润15分钟以上，置换出混凝土孔隙中的气体，待无气泡冒出后将表面的积水、杂物清理干净；

4）按照设计要求的配合比拌合修补材料；

5）拌合均匀后，将修补材料平铺在旧水泥混凝土表面上，用抹子抹平，保证各部位平顺；

6）抹平后用消泡刷在表面滚动，清除其中的气泡，提高密实度；

7）材料即将开始初凝时，对表面进行拉毛；

8）修补材料初凝后，喷洒混凝土养护剂；

3薄层修补功能

薄层修补工艺具备以下功能特点：

1）采用高性能混凝土构筑的薄层与旧混凝土板块具有良好的粘结性能，两者互为整体，统一受力，层间连接良好。

2）用于薄层修补的材料拌合时采用极低的水灰比，自由水含量低，内部很少存在空隙，密实度高，均匀性好，承荷时利于应力扩散。

3）薄层修补材料具有较高的早期强度，可在2h内达到30MPa的抗压强度，可快速开放交通。

4）薄层修补施工工艺便捷，拌合可采用全自动化设备，精准控制材料配比，摊铺后具备自密实、自流平的特点，人为因素影响小。

5）薄层修补类材料7天抗压强度可达65MPa以上，7天抗折强度可达6MPa以上，满足机场道面力学性能要求。

6）薄层修补工艺仅需铣刨水泥混凝土道面表面砂浆层，充分利用了结构完好的下部混凝土，与拆除新建混凝土板块相比，经济性更好。

4 性能实验

为了充分验证薄层修补工艺的可行性，本研究开展下述各项试验，总结相关数据，并对薄层修补工艺的主要功能进行分析与评价。

4.1 抗折强度

抗折试验后的断块应立即进行抗压试验。抗压试验须用抗压夹具进行，试件受压面为试件成型时的两个侧面，面积为40mm x 40mm。试验前应清除试件受压面与加压板间的杂物或砂粒。试件的底部靠紧夹具定位销，断块试件对准抗压夹具中心，并使夹具对准压力机压板中心。半截棱柱体中心与压力机压板中心差应在±0.5mm内，棱柱体露在压板外的部分约为10mm。

压力机加荷速度应控制在2400N/s±200N/s速率范围内。

抗压强度按下式计算：

式中：—— 抗压强度（MPa）；

      —— 破坏荷载（N）；

  A—— 受压面积，40 x 40 = 1600mm2。

抗压强度结果为一组6个断块试件抗压强度的算术平均值，精确至0.1MPa。如果6个强度值中有一个超过平均值±10%的，应剔除后以剩下的5个值的算术平均值作为最后结果。如果5个值中再有超过平均值±10%的，则此组试件无效。

本研究所进行的抗压强度检测数据如表4.1-1所示。

表4.1-1 抗压强度统计表

4.2 抗压强度

采用中心加荷法测定抗折强度。试件尺寸均为40 mm×40 mm×160 mm的棱形试件。

采用杠杆式抗折试验机试验，试件放入前，应使杠杆成水平状态，将试件成型侧面朝上放入抗折试验机内。试件放入后调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近水平位置；抗折试验加荷速度为50 N/s±10 N/s，直至折断，并保持两个半截棱柱试件处于潮湿状态直至抗压试验。

抗折强度Rf按下式计算：

式中：Rf —— 抗折强度（MPa）；

      Ff—— 破坏荷载（N）；

  L —— 支撑圆柱中心距（mm）；

  b —— 试件断面正方形的边长（mm），为40 mm。

抗折强度计算精确到0.1MPa

抗折强度结果取三个试件平均值。当三个强度值中有超过平均值±10%的，应剔除后再平均，以平均值作为抗折强度试验结果；试验数据如表4.2-1所示。

表4.2-1 抗折强度统计表

4.3 粘结抗折强度

将养护龄期为28 d（或以上）的52.5通用硅酸盐水泥砂浆试件折为两半，断面为自然断裂面，取其中一半置于固定模具中，然后另一半浇注新拌砂浆。试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的棱形试件。

采用杠杆式抗折试验机试验，试件放入前，应使杠杆成水平状态，将试件成型侧面朝上放入抗折试验机内。试件放入后调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近水平位置；

试验加荷速度为50 N/s±10 N/s，直至折断。试验示意如图4.3-1所示。

图4.3-1 粘结抗折试件受荷示意图

粘结抗折强度Rf按下式计算：

式中：Rf —— 粘结抗折强度（MPa）；

      Ff—— 破坏荷载（N）；

  L —— 支撑圆柱中心距（mm）；

  b —— 试件断面正方形的边长（mm），为40 mm。

粘结抗折强度结果取三个试件平均值。当三个强度值中有超过平均值±10%的，应剔除后再平均，以平均值作为粘结抗折强度试验结果；若破坏部位在粘结界面处，则粘结抗折强度等于实测抗折强度；否则，界面的粘结抗折强度就大于实测抗折强度。试验数据如表4.3-1所示。

表4.3-1 粘结抗折强度统计表

4.4 构造深度

为了确保薄层满足机场飞行区道面对摩擦系数的要求，对已完工的薄层开展铺沙法测定构造深度试验。

用毛刷将测点附近的道面清扫干净，面积不少于30cm x 30cm。

用小铲向圆筒中缓缓装入量砂至高出筒口呈尖顶状，手提圆筒上部，用钢尺轻轻叩打圆筒中部3次，并用刮尺边沿筒口一次刮平。

将砂倒在路面上，用推平板由里向外重复做摊铺运动，稍稍用力将砂向外均匀摊开，使砂填入路表面的空隙中，尽可能将砂摊成圆形，并不得在表面留有浮动余砂。注意摊铺时不可用力过大或向外推挤。

用钢板尺测量所构成圆的两个垂直方向的直径，取其平均值，准确值1mm。

按以上方法，同一处平行测试不少于3次，3个测点应位于轮迹带上，测点间距3~5m。

构造深度测试结果按下式计算：

式中：

式中：TD—— 构造深度（mm）；

      V—— 砂的体积（25cm3）；

  D—— 砂平摊的平均直径（mm）；

试验结果如表4.5-1所示：

表4.4-1 构造深度数据统计表

5 试验结果和分析

1）薄层修补材料7天抗压强度可达65MPa以上，满足水泥混凝土机场道面对抗压强度的要求，且形成强度较快，适于飞行区不停航施工要求。

2）薄层修补材料7天抗折强度可达6.5MPa，满足水泥混凝土机场道面对抗折强度的要求。

3）薄层修补材料7天粘结抗折强度可达4.6MPa，可证明其与旧混凝土间的粘结性能良好，形成薄层时可与下部结构共同受荷，而不会出现脱落、掉皮等现象。

4）通过拉毛形成构造深度后，超早强高性能混凝土薄层的构造深度可达到0.5mm以上，满足机场滑行道道面对摩擦系数的要求。

6 结论

通过对实验结果的对比分析，可以认为薄层修补工艺在修复水泥混凝土机场道面的功能性损害方面具有重要价值，一方面，满足了机场水泥混凝土道面力学性能、平整度、摩擦系数上的使用要求，另一方面，还充分利用了既有结构物，施工成本较传统手段大幅减少，经济效益显著。薄层修补工艺简单，施工便捷，人为干扰少，利于质量控制，适用于飞行区不停航施工，其安全、功效、质量等方面的优点都利于在飞行区维保工作中推广。

参考文献：

[1]民用机场飞行区技术标准：MH5001-2021.北京：中国民航出版社，2021.

[2]民用机场飞行区场道维护技术指南：AC-140-CA-2010-3.北京：中国民用航空局机场司，2010.

[3]民用机场水泥混凝土道面施工技术规范：MH5006-2015.北京：中国民航出版社，2015.