繁忙機場道面快速水泥修復材料性能研究

張玉芳

（上海華東民航機場建設監理有限公司，上海200335）

1 引言

我國民航業近20 a 一直處于高速發展期，航空交通量持續增長。國內現有繁忙機場建設時間大多較早，隨著道面結構使用年限的增加，性能衰減迅速，損壞頻繁，且結構性損壞越來越多，對機場安全運行的影響日趨嚴重。因此，機場道面維修工作在機場管理工作中的重要性也日益突出。

為了保證不中斷機場運營，機場道面的維修基本都采取不停航的方式進行，這就意味著維修所采用的材料要在較短的時間內形成穩定的結構，從而保證飛機正常、安全使用的需求。由于我國機場道面結構仍以水泥混凝土結構為主，機場采用的維修材料以快速水泥類材料為主。

用于機場快速修復的水泥砂漿類材料眾多，相關研究也較多，但材料性能優劣、實際使用效果好壞，一般都以各機場經驗總結為主，少有系統的研究與總結。針對這一情況，本文選取了國內機場常用的3 種快速水泥砂漿類材料，按照行業規范要求，根據機場實際使用特點，以試驗研究方法為主，對這3 種常用材料的基本性能及耐久性能進行了研究與驗證，并對機場采用快速水泥砂漿材料進行維修提供了技術建議。

2 材料類型與試驗方法

2.1 材料選型與成分分析

對國內繁忙機場進行調研，選取機場使用最多的A、B、C 3 種快速水泥材料進行試驗研究。3 種材料組成基本情況如下：

1）含砂情況。篩分析試驗結果表明，B 材料中砂的含量相對較高，尤其粒徑為0.3 mm 的中砂含量較高，而A 材料砂偏細，C 材料不含砂。為保證后期試驗結果，采用A、B 材料含砂量的平均值，配入相應比例的砂。3 種材料中，A、B 配有砂子，而C 不含砂。

2）礦物組成。篩除中大顆粒砂后，采用X 射線粉末衍射儀和XRF（X 射線熒光光譜儀）分析其礦物組成和化學組成。結果表明，3 種材料以硅酸鹽水泥為主，且含有一定量的石英。A材料鋁酸鹽礦物較多，B 材料和C 材料則硅酸鹽礦物較多。

2.2 試驗指標及方法

對于機場道面修復材料，首先應保證其基本性能指標滿足機場不停航施工及安全需求。此外，從長治久安與經濟性方面考慮，材料還需具備較好的耐久性。

考慮機場的實際需求，研究快速水泥材料性能的試驗指標包括：

1）基本性能：主要包括修復材料的流動性、凝結時間、保水率、抗壓強度和抗折強度。

2）耐久性：主要包括耐磨性、抗凍性、收縮性和黏結強度。

上述研究的試驗方法參照公路與機場行業規范，以及國家相關標準規范進行[1-3]。

3 材料基本性能研究

3.1 流動性

3 種材料漿體流動性見表1。從表1 可見，在保持一定范圍流動性條件下，A 材料的水膠比相對較大，C 材料的水膠比相對較小。總體而言，C 材料的流動性也最好，可施工性更好。

表1 3 種材料水膠比和流動性試驗結果

3.2 初凝及終凝時間

在水膠比分別為0.36、0.30 和0.21 條件下，3 種材料漿體凝結時間見表2。其中，A 材料凝結較慢，將近1 h，而C 材料相對較快，在22 min 內達到終凝。凝結越快，早期強度也相對較高。

表2 3 種材料凝結時間試驗結果

3.3 保水性

3 種材料漿體保水性見表3。由于水膠比較低，3 種砂漿沒有出現泌水現象，但是從保水性來看，A 材料的保水性較差，而B 材料和C 材料的保水性好，抗開裂能力更強。

表3 3 種材料保水性試驗結果

3.4 抗折和抗壓強度

3 種材料膠砂抗折和抗壓強度見表4。

表4 3 種材料強度試驗結果

從早期抗折和抗壓強度來看，1 h 時，A 材料尚未產生強度，而B 材料剛開始產生強度，C 材料具有非常高的強度；3 h 后，A 材料和B 材料強度快速增加，C 材料的抗壓強度達50 MPa；但是，三者1 d 和3 d 強度相差不是很大；在3 d 和28 d 時，B 和C 的強度相差不大，而A 材料的相對較低。

從水膠比變化的角度來看，強度基本隨著水膠比增加而降低，其中，變化幅度不是很大。這主要是原水膠比變化范圍較小，而成型過程中其他因素對材料性能的影響會超過水膠比的影響。

此外，為了分析試樣尺寸變化的影響，采用邊長為150 mm的立方體試件，A、B、C 3 種材料試件的強度波動率分別為6%、4%和3%。相對而言，A 材料波動較大，B 材料、C 材料波動較小。

從抗壓和抗折強度試驗結果來看，B 材料和C 材料更適合做快速修補材料，相對而言，C 材料的基本性能更好。

4 耐久性能

4.1 耐磨性

3 種材料硬化漿體的耐磨性試驗結果見表5。從數據來看，C 材料的強度最高，耐磨性也最好。

表5 3 種材料耐磨性試驗結果

4.2 收縮率

3 種材料硬化漿體的收縮率見表6，表6 中，“-”表示膨脹。從5 d 的收縮率數據來看，A、B、C 3 種材料均膨脹，C 材料的早期膨脹性較大；28 d 時，A 材料和C 材料收縮，但后者只是稍微收縮，B 材料略微膨脹。

表6 3 種材料收縮率試驗結果

4.3 拉伸黏結強度

拉伸黏結強度試驗結果見表7。3 種材料拉伸黏結強度在干燥狀態均最大，當經過凍融和浸水處理后，黏結層之間的強度受到影響。相比而言，C 材料在未處理、浸水處理、25 次凍融循環的拉伸黏結強度均最大。

表7 3 種材料拉伸黏結強度試驗結果MPa

4.4 抗鹽凍性

將成型試樣水養26 d 后，用鹽水浸泡48 h 后，放入快凍試驗，經過200 次循環后，結果顯示，在試件兩頭采用膠密封的情況下，A 材料試件發生開裂，B 材料試件和C 材料試件保持完好除去表面水分，進行抗壓強度測試。在200 次鹽凍循環中，A 材料試件的強度損失率達50%，而B 材料試件和C 材料試件相對較小，其中，C 材料試件強度損失率滿足小于5%的要求。

5 結論與建議

通過上述試驗研究，對比3 種材料的各項性能指標，有如下主要結論：

1）從基本性能指標而言，B 材料和C 材料相較A 材料流動性和抗開裂能力更好，凝結更快，強度更高；

2）從耐久性而言，B 材料和C 材料的耐磨性、收縮性、拉伸強度及抗凍融能力均較A 材料更好；

3）綜合比較A、B 和C 3 種材料的各項指標，以C 材料性能最優，推薦采用C 類或相近材料進行機場道面的快速維修。

在試驗過程中，通過對快速水泥材料凝結特點、拉伸破壞模式等的總結，對于機場采用快速水泥材料進行道面維修，提出如下建議：

1）性能全面的快速水泥材料凝結時間一般較短，因此，現場施工速度必須加快，且適合小批量使用[4]。如果施工量大，應分次攪拌，同時需做好接縫處理。

2）拉伸試驗時，快速水泥材料均在與基層混凝土結合處破壞，因此，現場施工時應做好原始混凝土的處理，增強黏結性[5]。

3）快速水泥材料對于氣候條件具有一定的敏感性，各機場應在使用某類材料前進行充分試驗，以明確該類材料實際的性能指標。