磷酸鹽水泥薄層修補技術在機場道面病害處理中的應用

王曉娟 WANG Xiao-juan

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著航空運輸事業的快速發展，跑道作為機場的基礎設施，其質量及使用性對機場正常運營有著決定性影響。機場跑道在投入運營后，經長期使用，難免會因為自然因素、飛機荷載及材料自身老化等因素影響而出現裂縫、破損等病害，若處理不到位，會對飛機起降帶來很大安全威脅[1]。因此，研究機場道面快速修復技術有著重要意義。鑒于此，文章結合實例對磷酸鹽水泥薄層修補技術在機場道面病害修復中的應用及效果進行了論述分析。

1 磷酸鹽水泥薄層修補技術概述

磷酸鹽水泥是一種利用金屬氧化物及酸式磷酸鹽在酸堿環境下進行反應而形成的磷酸鹽無機膠凝材料，因其具有快硬早強、低收縮變形及高粘結強度等特點，所以在機場道面等對施工效率要求高的項目中應用越來越廣泛。傳統水泥混凝土薄層修補過程中，需要先使用高壓水對路面進行清洗，并經晾干或者吹干之后，再涂刷一層界面劑，接著使用配制的砂漿對修補位置進行刮鋪、抹光、壓紋、拉/壓縫等，以保障修補質量；最后對修補位置進行保濕養護，待修補砂漿達到要求強度后，開放交通通行即可[2]。而磷酸鹽水泥薄層修補技術實際應用中，則無需使用高壓水槍對路面進行預處理、無需涂刷界面劑及灑水養護。僅需要根據修補面積大小選擇合適清理設備（比如銑刨機、拋丸機、鑿毛機等）對路面病害位置做簡單處理，直接鋪筑磷酸鹽水泥修補料即可，并采取自然養護，不用灑水養護。這樣可以有效節省工序，提高施工效率，施工條件允許及設備齊全的情況下，磷酸鹽水泥薄層修補效率可達100m2/h；同時，磷酸鹽水泥薄層修補技術的操作更為便捷，技術難度小，質量易控制，工后效果比較好。

2 工程概況

某機場為4E 級機場，建成投產于2010 年，其跑道長度為3600m，寬度為60m，跑道兩端800m 范圍內路面厚度為45cm，跑道中間1000m 范圍內路面的厚度為40cm。該機場自投產至今已經運行23 年，航空交通量呈持續增長趨勢，近兩年旅客吞吐量達1532 萬人次，增速達12%，這增大了機場跑道的運行壓力。

2.1 道面破損類型調查

該機場跑道隨著使用年限的增長及運行壓力的增加，跑道路面出現了多種病害及損壞，包括起皮、裂縫、板角剝落及角隅斷裂等，經技術人員現場勘測統計得出各中病害的發生情況，結果見圖1 所示。從圖1 中可知，該機場道面的病害主要為起皮、龜裂及細微裂縫。同時，嚴重的部位存在細骨料及粗骨料脫落情況，若處理不及時、不到位，脫落的粗骨料易成為外來入侵物（FOD），對航班安全運行造成嚴重威脅。

圖1 道面破損類型及數量統計

2.2 機場道面平整度分析

為了路面病害對機場跑道平整度的具體影響，采用車載激光平整度檢測儀對病害路面的平整度進行檢測，并將檢測結果繪制成平整度變化曲線，具體見圖2 所示。圖中D1 代表跑道中心線西側約10m 處，D2 為跑道中心線西側5m 處，D3 為跑道中心線東側約5m 處，D4 為跑道中心線東側約10m 處。

圖2 平整度測試結果

從圖2 中可以看出，該機場跑道的大部分路面IRI 值均低于4.0m/km，由此可以判斷跑道路面平整度為中等水平，總體狀況良好。但是該機場跑道北側的800m 范圍內，道路IRI 值出現峰值，說明該段跑道路面的平整度比較差，病害問題相對嚴重。

2.3 道面病害原因分析

經現場查看，該機場道面的病害主要因為當地降雨比較多，跑道路面長期受雨水侵蝕而逐漸產生不同程度的剝落現象，同時，雨水中含有的酸性物質會降低混凝土中的堿濃度，導致路面發生耐久性破壞，進而引發路面破損起皮，甚至路面破損嚴重的區域已經有粗骨料出露。在現場勘察過程中，發現該病害大都集中在一條作業倉中，這說明早期施工時質量控制存在不到位的情況。比如，跑道施工過程中，水灰比過大；或者表層砂漿存在泌水提漿情況，導致面層強度比較低、耐磨性差。同時，施工人員在向外刮表層的泌水時，也導致大量水泥漿液隨泌水被刮走，致使作業面起砂；或者路面施工中，施工人員人為減少抹面工序，導致抹面質量存在隱患，再加上面層泌水后，采用撒干水泥的方式進行處理，導致路面表層剝落；或者跑道路面低洼處補漿處理不合理，再加上外界環境原因導致面層收水過快，引起假凝；等等[3]，都是引起跑道路面起皮露骨的原因（具體見圖3 所示）。另外，飛機起飛及降落的過程中產生的沖擊荷載，或者飛機滑行過程中機輪跟跑道路面之間產生劇烈摩擦，或者采用噴丸方式進行除膠作業等，都會引起粗骨料出露問題。

圖3 道面病害原因示意圖

3 磷酸鹽水泥配制

為確保磷酸鹽水泥性能滿足施工要求，采用試驗法對磷酸鹽水泥的強度、耐磨性、干縮率及熱膨脹系數等進行測試，具體如下：

3.1 試件制備

磷酸鹽水泥修復料采用鄭州某建筑材料有限公司生產的薄層型磷酸鹽水泥修復材料，該品牌修復材料是由A、B 兩個部分構成，試件按照修復材料A∶修復材料B∶水=100∶100∶7 的配合比進行制備，并通過自然養護使試件達到試驗齡期，其28d 抗折強度要求為9.0MPa、28d 抗壓強度要求為51.6MPa。同時，按照水泥∶水∶砂子∶石子=1∶0.5∶1.65∶3.08 的配合比制作水泥混凝土標準塊和水泥混凝土標準板，水泥混凝土中的砂子選用中等細度的河砂，石子選用粒徑5mm～10mm 的大理石[4]。

3.2 試驗方法

為了保障該薄層磷酸鹽水泥修復材料強度（包括抗折強度、黏結抗折強度、黏結拉拔強度）、耐磨性、干縮率及熱膨脹系數等性能指標評價科學性及規范性，根據JTGE30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》中規定的T0506、T0510 和T0511 方法對該薄層磷酸鹽水泥修復材料的抗壓強度、抗折強度、耐磨性、干縮率進行測試及評價[5]。同時，根據AC—140—CA—2010—3《民用機場飛行區場地維護技術指南》附錄D2 及DL/T5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗規程》中規定的有關試驗方法對薄層磷酸鹽水泥修復材料跟水泥混凝土試件之間的黏結抗折強度進行測試及評價（見圖4 所示）。另外，為準確測定薄層磷酸鹽水泥修復材料的熱膨脹系數，又制作40mm×40mm×160mm 的薄層磷酸鹽水泥試件，并在試件兩端安裝測試銅頭，自然條件下對試件養護28d。為了防止試驗過程中試件干縮影響熱膨脹系數測試結果，在正式試驗前將試件放入干燥箱中用100℃對試件做烘干處理后，又放到干燥器內使試件冷卻到正常溫度，以備試驗使用。最后使用專業的凍融試驗箱對薄層磷酸鹽水泥修復材料的抗鹽剝蝕凍性能進行測試，并選擇30 次測試結果的平均值作為評價修復材料的抗鹽剝蝕凍性能的依據。若30 次凍融循環后的剝落量低于1.0kg/m2，則說明該修復材料的抗鹽凍剝蝕性滿足要求，反之則不滿足要求。

圖4 黏結拉拔強度試驗示意圖

3.3 試驗結果分析

3.3.1抗壓強度及抗折強度

經試驗測得薄層磷酸鹽水泥修復材料的抗壓強度及抗折強度變化值，見表1 所示。同時，在試驗過程中發現薄層磷酸鹽水泥修復材料在早期強度增長速度迅速，特別是抗壓強度在1h 后其抗壓強度便能達到31.4MPa，1d 后抗壓強度便可達到57.3MPa，雖然7d 后修復材料的強度增長速度減緩，但依然處于持續增長趨勢，且28d 后抗壓強度及抗折強度分別達到74.2MPa、13.5MPa，均大于要求的強度值。由此可知，采用薄層磷酸鹽水泥修復材料進行機場跑道修復滿足快速開放交通要求。

表1 薄層磷酸鹽水泥修復材料強度試驗結果

3.3.2黏結強度

薄層磷酸鹽水泥修復材料黏結強度試驗結果見表2所示。由表2 數據可知，薄層磷酸鹽水泥修復材料與水泥混凝土的黏結強度良好，3h 后修復材料的黏結抗折強度達到4.8MPa，黏結拉拔強度達到2.3MPa。同時，1d 后修復材料的黏結拉拔強度超過水泥混凝土試件強度，7d 后修復材料的黏結抗折強度超過水泥混凝土試件的抗折強度，說明修復材料跟水泥混凝土試件已牢固黏結成一個整體。這主要是由于薄層磷酸鹽水泥修復材料除了可以跟水泥混凝土道面實現常規物理黏結之外，修復材料中的磷酸鹽成分也可以跟水泥混凝土內的鈣、鎂等成分發生化學反應，并實現集料之間的相互交織及黏結，最終達到修復要求。

表2 薄層磷酸鹽水泥修復材料的黏結強度

同時，為測試薄層磷酸鹽水泥修復材料在潮濕工況下的黏結效果，將試件浸水24h，然后擦干試件表面水分后，馬上進行黏結測試，發現薄層磷酸鹽水泥修復材料的7d黏結抗折強度由原來的9.5MPa 下降到8.2MPa，下降幅度較大。因此，在使用薄層磷酸鹽水泥修復材料進行機場跑道薄層修復時要在干燥狀態下進行。

3.3.3其它性能指標

薄層磷酸鹽水泥修復材料的干縮率、熱膨脹系數、耐磨性及抗鹽凍性的試驗結果見表3 所示。由表3 數據可知，薄層磷酸鹽水泥修復材料耐久性及使用壽命均滿足機場跑道修復要求。

表3 薄層磷酸鹽水泥修復材料的其它性能指標試驗結果

4 薄層磷酸鹽水泥修復技術要點

薄層磷酸鹽水泥修復工藝主要包括拋丸處理、修復漿液拌制、刮鋪、抹面、拉毛、養護與開放交通。

4.1 拋丸處理

選用Q376 拋丸機對機場跑道原有水泥混凝土路面的破損位置進行處理，將拋丸機調至2～3 檔，并按照5～7m/min 的速度向前行走，逐一將機場道面上強度不達標或松散的水泥混凝土塊、浮灰及油污等全面清理干凈，直至露出下層堅硬且均勻的混凝土基層。拋丸處理過程中必須要確保清理徹底，為修補后磷酸鹽水泥料與混凝土基層牢固黏結奠定基礎。

4.2 修復漿液拌制

按照上述試驗確定的配合比（修復材料A∶修復材料B∶水=100∶100∶7）拌制修復漿液。首先將A、B 兩種修復料干拌均勻，然后再加入7%的自來水，繼續拌制，直至修復漿液的流動性及粘度達到施工要求。

4.3 刮鋪、抹面、拉毛

把拌制好的修復漿液倒灌至擬修補區域，并使用專業刮板將修復漿液刮鋪均勻，再抹面，直至表面平整度達到施工要求為止。待修復漿液流動性下降后，做拉毛處理，且要在初凝前做完所有的拉毛工作，保障機場道面修復質量。

4.4 養護與開放交通

完成拉毛工作且磷酸鹽水泥修復料初凝之后，對其進行養護。由于磷酸鹽水泥修復料初凝后會在表面形成一層薄膜，可以阻止修復料水分向外擴散，再加上磷酸鹽水泥修復料的干縮率比較低，不會因收縮而出現開裂情況。因此，養護過程中不用做覆蓋及灑水保濕等措施，只需在自然條件下養護2h 便能夠開放交通正常使用。養護完成后，現場檢測修復后的機場道面IRI 值均≤1.5m/km，有效解決了路面病害，且修復效果良好。

5 總結

綜上所述，磷酸鹽水泥薄層修復技術在機場道面病害修復中應用，不僅能夠保障修復效果，而且修復工序比傳統修復技術少，施工效率更快。同時由于磷酸鹽水泥修復料具有良好的黏結性、抗折強度、抗壓強度及耐磨性，且干縮率、熱膨脹系數更低，因此磷酸鹽水泥修復料的耐久性更好，且不易開裂，能夠有效延長機場道面使用壽命。另外，磷酸鹽水泥修復料無需特殊養護，可在完成自然養護2h 后即可開放交通。因此，磷酸鹽水泥薄層修復技術在機場道面病害處理中有著良好的應用及推廣價值。