張曉東

(遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護有限公司 沈陽市 110103)

0 引言

我國機場跑道、停機坪早期均為混凝土結(jié)構(gòu)道面，隨著航空業(yè)的迅速發(fā)展，機場道面正承受著非常大的運輸負(fù)載，再加上混凝土道面因長期裸露在自然環(huán)境下，長期受氣候冷暖變化、飛機起降荷載沖擊磨損、風(fēng)化以及機場管理部門在冬季對跑道噴灑融雪劑等影響，極易造成道面表層缺損，很多機場道面甚至在設(shè)計年限內(nèi)提前出現(xiàn)破壞，主要表現(xiàn)為：水泥道面剝離、薄層分離、板塊斷裂、塊角斷裂、板間錯臺等?，F(xiàn)階段水泥混凝土道面表層修補的方式多種多樣，但一般的修補方法需要的時間較長，修補成本相對較高，即使修補后也會在較短時間內(nèi)再次出現(xiàn)破損，造成人力、物力的巨大投入。因此，如果能及時采取措施對機場道面進(jìn)行修復(fù)，延長道面使用壽命，將會產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。

高性能混凝土快修料是采用特種材料對水泥混凝土道面表面缺損部位進(jìn)行薄層罩面技術(shù)修復(fù)，經(jīng)相應(yīng)的施工工藝使修補材料與原道面板黏結(jié)牢固、形成整體。該修復(fù)方法具有凝結(jié)硬化快、小時強度高、低收縮、低溫下強度發(fā)展快、長期強度穩(wěn)定增長、抗滑性能好、耐久性好等優(yōu)點。2021年9月份在中國南方航空股份有限公司機務(wù)工程部沈陽飛機維修基地的5900m2停機坪道面維修中得到應(yīng)用。

1 混凝土結(jié)構(gòu)表層缺陷修復(fù)技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)表層缺陷修復(fù)技術(shù)采用薄層罩面技術(shù)，是以特種原材料為基材，復(fù)合多種有機組分、高分子聚合物外加劑等，經(jīng)工廠精確配比預(yù)拌制成的高性能混凝土快修料，是一種能夠快速修復(fù)水泥混凝土結(jié)構(gòu)表層破損的薄層罩面技術(shù)，厚度一般為2～6mm。

2 高性能混凝土快修料原材料及試驗方法

2.1 原材料

高性能混凝土快修料是一種特殊膠凝材料，是由A組份與B組份之間通過酸-堿反應(yīng)而快速凝結(jié)硬化的一種特種水泥，具有凝結(jié)硬化快、強度高、體積穩(wěn)定性好等優(yōu)點。硬化后材料密度約為 2400kg/m3，固體粉料用量約為2250kg/m3。

(1)高性能混凝土快修料A組份

本工程所用A組份比表面積230m2/kg，密度為3.25g/cm3，外觀呈棕黃色,屬于膠凝材料，經(jīng)過1500℃高溫煅燒、破碎、粉磨后得到。

(2)高性能混凝土快修料B組份

ADP為白色結(jié)晶性狀粉末，含量在97.5%以上，在空氣中穩(wěn)定，其水溶液呈酸性，PH值約為4.3，相對密度1.083kg/cm3，20℃ 水中溶解度為37.4g。

(3)改性材料

目前高性能混凝土快修料的改性材料應(yīng)用最多的是粉煤灰，可提高流動性，改善硬化后的顏色，并且除“形態(tài)效應(yīng)”、“活性效應(yīng)”、“微集料效應(yīng)”外，還存在著“吸附效應(yīng)”，粉煤灰可吸附延緩A、B兩組份的水化反應(yīng)。粉煤灰來源廣泛，可以就地取材，實現(xiàn)固體廢物回收再利用，保護了環(huán)境。但粉煤灰的化學(xué)成分復(fù)雜，選用的粉煤灰是鞍鋼高爐I級粉煤灰，質(zhì)量符合GBJ146-90中規(guī)定，需水量比小于100%，密度和比表面積分別為2160kg/m3和3675cm2/g。

(4)細(xì)集料

細(xì)集料選用河砂，細(xì)度為3.1，平均粒徑約為0.5mm以上，含泥量0.8%，表觀密度為2750kg/m3，無泥塊。

(5)緩凝劑

高性能混凝土快修料A、B材料水化屬于放熱反應(yīng)，伴隨劇烈的放熱，若不使用緩凝劑延緩其水化發(fā)熱速度，無法滿足施工要求。因此，緩凝劑是水泥不可缺少的，因此本工程選用營口產(chǎn)的五水硼砂做為緩凝劑，屬于強堿弱酸鹽，為工業(yè)出口級，含量≥99%。

2.2 試驗方法

(1)試件的制備：先按粉狀的A組份、B組份和其它材料按比例一起在砂漿攪拌機中低速攪拌 60s，攪拌均勻后，按試驗水料比計量加入拌和水，低速攪拌30s 后，再高速攪拌30s，停拌30s，用橡皮刮將攪拌葉和鍋壁上的砂漿刮入鍋中間，繼續(xù)高速攪拌90s完成，立即裝入試模成型。

(2)凝結(jié)時間從加水拌和開始計時，臨近初凝時每隔20 s 測一次，由于高性能混凝土快修料凝結(jié)硬化快，初凝和終凝相隔很短，因此統(tǒng)一用初凝時間表征凝結(jié)時間，單位為min。

(3)流動度將截錐圓模垂直向上輕松提起后，讓拌和物自由流動(不開起跳桌)30s±1s，立刻用卡尺測量拌和物底面互相垂直的兩個方向直徑，計算平均值，取整數(shù)，單位為mm。流動度從與水接觸開始到測量結(jié)束，應(yīng)在5min內(nèi)完成。

(4)抗折/壓強度。早期強度高是高性能混凝土快修料最大的應(yīng)用特點和優(yōu)勢之一，早期強度十分重要，試驗測試早期 3h 以及 3d和 28d 的抗折/壓強度。

(5)拉伸粘結(jié)強度測定14d拉伸粘結(jié)強度。試件在試驗環(huán)境下養(yǎng)護6h后脫模，用適宜的高強粘結(jié)劑將拉拔接頭粘在試件上，繼續(xù)將試件在試驗環(huán)境下養(yǎng)護至13d，測定14d拉伸粘結(jié)強度，結(jié)果見表1。

表1 抗壓/抗折強度、凝結(jié)時間、拉伸粘結(jié)強度

3 施工條件

(1)避免雨、雪天施工。

(2)避免高溫施工。適宜在 30℃以下施工，(溫度高于 30 ℃不宜施工，)如果環(huán)境溫度超過 35℃時除非采取適當(dāng)降溫措施才可使用，降溫措施包括采用冰水拌和。夏季施工時應(yīng)注意保持所有原材料處于陰涼狀態(tài)。

(3)冬季施工時，當(dāng)材料溫度低于 5 ℃，應(yīng)延長拌和時間，可采用溫水拌和，水溫不得超過 40 ℃。

4 施工機具

混凝土病害快速修補宜使用機械化施工，以提高施工效率，保證施工質(zhì)量，宜根據(jù)需要配備常用的小型機具。主要有切割、銑刨、破碎、除塵、攪拌、振搗、抹平、拉毛等設(shè)備。

5 施工工藝

5.1 施工工藝流程圖

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

5.2 施工準(zhǔn)備

施工前封閉指定施工作業(yè)區(qū)域，設(shè)置安全警示拉旗和安全標(biāo)志牌圍護，防止人員、車輛等破壞成品。所有進(jìn)入飛行區(qū)的施工人員、機械設(shè)備必須按指定路線行駛。

5.3 修補面積選取

修補面積宜在表層病害破損區(qū)向外延伸5～10cm后,將修補面積取整為正方形或矩形。若病害破損面積超過整塊板面積的1/2以上，宜對整塊板做表層修復(fù)處理。切割示意圖，見圖2。

圖2 不同維修面積表面病害

5.4 裂縫處理

當(dāng)被修補板表面存在通長的裂縫時，沿裂縫方向切割5cm厚、5cm寬的凹槽，同時鑿除凹槽內(nèi)混凝土。切割示意圖見圖3。

圖3 帶有裂縫表面病害維修示意圖

5.5 道面銑刨

基層必須干凈、堅實、平整、可承重，無疏松物；基層抗壓強度在20 MPa 以上，基層的表面拉撥強度不小于 1.5 MPa；如果原有基層混凝土地面強度太低、表面有浮漿或起砂嚴(yán)重，則須精銑刨，直至露出堅實的表面，由表2可以得出，控制銑刨厚度2～6mm。

表2 不同粗糙度的新老混凝土抗剪粘接強度[1]

5.6 清理碎屑及浮沉

采用背負(fù)式吹風(fēng)機將銑刨病害部位灰塵及松動混凝土清除。用高壓水沖刷干凈，對底面的浮土等雜物清掃干凈，沖刷時應(yīng)將泥漿沖出作業(yè)面并防止回流。

5.7 表面水潤

用水洗刷干凈后，應(yīng)將水保留在作業(yè)面一段時間，將作業(yè)面充分潤透，如有明水需用海綿及拖布把明水清理干凈，施工時不能有明水(施工涂抹時必須保持作業(yè)面是在濕潤狀態(tài))。

5.8 高性能混凝土快修補的配制、拌和、攤鋪

(1)材料配比：用水量固定，配比為 A 料∶B 料∶水=1∶1∶(0.150～0.155)，嚴(yán)禁隨意增加用水，攪拌用水應(yīng)符合普通混凝土攪拌用水質(zhì)量。

(2)攪拌方式

用量較小(或一次拌料小于 50 kg)時，可采用手提式攪拌機以方便施工。投料順序為：先加入 B 料和一半 A 料，干拌和 1min混勻，加入規(guī)定用水量，拌和 1min成漿后，再加入另一半 A 料，再拌和 2～3min后，立即使用。

用量較大時，應(yīng)采用強制式臥軸攪拌機或移動式拌和機，攪拌機葉片與壁之間的間隙不大于 3 mm，保證攪拌均勻?？梢淮涡酝读习韬?，干混 30s均勻后，再加水?dāng)嚢瑁瑪嚢钑r間控制 3～4min；也可按照手提式攪拌投料順序拌和。一次攪拌量根據(jù)實際情況確定，確保連續(xù)施工。

攪拌澆注完成，及時清理機具，防止材料粘附機具硬化后無法清理。

(3)物料攤鋪：稀粘狀態(tài)的拌和料澆注在道面修補部位，工人應(yīng)立即進(jìn)行抹平工藝。物料凝結(jié)時間約為15～20min，在施工過程中要控制好施工節(jié)奏。斷面5m時，攤鋪瓦工不少于4人。一定要將物料攤開抹平，控制好抹平物料的厚度，薄層施工控制厚度2mm，物料自帶自流平效果，抹平時不需壓光。本工程修補區(qū)域大或較長時，材料用量大且不能一次澆注完，采用分區(qū)域澆注。本產(chǎn)品與自身粘結(jié)非常強，前面澆注料硬化后再澆注新拌料，硬化后不會影響整體性。

(4)施工一次成活，成活后不能再進(jìn)行二次擾動，硬化后的修補層呈棕黑色，隨著強度的上升，顏色逐漸變灰白。

(5)硬化后的修補層自然養(yǎng)護即可，嚴(yán)禁澆水和濕養(yǎng)護。如遇突發(fā)下雨應(yīng)采取防雨措施進(jìn)行覆蓋，養(yǎng)生期嚴(yán)禁通行。

圖4 高性能混凝土快修料攤鋪抹平

5.9 表面拉毛

高性能混凝土快修料補澆注后，拉毛在抹平施工后1～5min之內(nèi)進(jìn)行，觀察已施工表面形成棕黑色且呈現(xiàn)膠狀感時即可進(jìn)行拉毛工藝的施工。

5.10 養(yǎng)生及恢復(fù)通車標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)場測試方法)

采用高性能混凝土快修料進(jìn)行薄層表面修補后無需采取養(yǎng)生措施?；謴?fù)通車標(biāo)準(zhǔn)：采用小錘敲擊修補表面層時，敲擊點周圍無微裂紋、無空鼓、無錘痕時可開放交通。

6 混凝土結(jié)構(gòu)表層缺陷修復(fù)技術(shù)優(yōu)勢

(1)技術(shù)方面

如采用傳統(tǒng)水泥修補材料，需對缺損部位進(jìn)行鑿除、細(xì)石混凝土修補、濕養(yǎng)護等修補工序，從開始修補至滿足機場運營不少于 7 d 時間。 高性能混凝土快修料修補后的水泥混凝土道面在 3h后即具備運行條件，大大縮短了修補的作業(yè)時間，提高了機場的運營能力。

(2)社會效益

采用該修補工藝，大大降低了修補作業(yè)給機場運營造成的影響，提升了機場運營維護方面的靈活機動的作業(yè)能力，同時該施工方法安全環(huán)保，具有較好的前景。

7 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)表層缺陷修復(fù)技術(shù)是今后的發(fā)展方向，自主研發(fā)的高性能混凝土快修料，在工程實際應(yīng)用中表明，該材料具有高早強、耐磨、后期穩(wěn)定等優(yōu)點，有利于道面水泥混凝土更大規(guī)模的使用，也有利于提高混凝土道面的使用品質(zhì)，延長其使用壽命以及避免或減少修補工程產(chǎn)生的各種不良影響，有較好的經(jīng)濟和社會效益。