特种胶结料在机场跑道修补工程中的应用

【摘要】针对机场道面混凝土所处频繁高冲击荷载的环境及对修补材料的特殊要求，成功研发出适用于机场道面修补的超早强水泥基修补材料。测试结果表明，该材料在2h抗压强度>25MPa，抗折强度>4.0MPa，粘结强度大于1.5MPa，且具有后期强度不衰减，疲劳性能佳的优点；与普通混凝土相比，该修补材料可以有效地减小干缩。该材料环境适应性强，已在西藏贡嘎机场等5个机场道面修补工程中使用，通过跟踪调查，使用效果良好。

【关键词】超早强修补材料；混凝土；机场道面。

0前言

随着我国民用航空事业的发展，机场承担着越来越繁重的客运及货运任务。飞机的总重量和轮胎压力不断提高，因此对起着承载作用的道面提出了更高的质量要求。

作为民用机场飞行区重要组成部分的跑道、联络道及机坪的道面，经受着飞机起降时的冲击荷载、轮子与道面激烈的摩擦，道面承受巨大的压应力和弯拉应力。道面一年四季裸露在自然环境中，经受严寒酷暑、风吹日晒，冬季使用的除雪剂渗透进道面的裂缝和孔隙中，对道面会引起严重的侵蚀，这些因素致使机场道面在使用一段时间后，均会出现不同的病害。现全国民用机场中，75%以上的机场使用水泥。混凝土作为道面的面层，军用机场近乎100%的使用水泥混凝土作为道面的面层。水泥混凝土道面的主要病害有断板、掉边掉角、表面起皮、露石、脱粒等，已严重影响了飞机的飞行安全[1]。

水泥混凝土道面病害不能按照普通的方法修补，其维修的特点是：通常在不▼停航的条件下进行修复，即在当天航班结束后，对病害区域进行修复，并且不能影响次日机场的正常运行。这就需要一整套完善的修补方法，合适的材料选择是第一要素。因此，对于机场修补材料也提出了特殊的要求，即2h～4h抗压强度≥25MPa，抗折强度≥4.5MPa[4]。

国内外对修补材料进行了较为广泛的探索和研究，美国蒙达公司开发的MAC-C系列产品使用性能优良，但造价过高；美国的K.P.Ramesh、S.S.Bang等致力于研究具有生命的混凝土，在微生物的作用下，使矿物自由、自发的聚合，从而填充到混凝土裂缝中，起到修补裂缝的作用[5]，该种修补材料适合修补微裂缝，且修补时间较长；我国在修补材料上也开展了相关的研究，同济大学的杨全兵[6]、长安大学的申爱琴[7]等研发了关于水泥基修补材料的路用性能，但这些修补材料早期强度不足，并且主要用于公路、桥梁、隧道等方面的修补。总体来看，目前适用于机场快速修补的材料存在着一定的局限性，国外修补材料性能优越，但其价格却昂贵；而我国部分产品虽然价格相对较低，但存在着早期强度不足，后期强度易发生倒缩，材料性能不尽人意的现象。

针对机场修补的特殊情况及修补材料的局限性，我们引进了美国弗吉尼亚理工大学的技术，结合国内的实际情况，研发出了固道（GOODONE）水硬性机场道面新型特种胶结材料。并与同类型的美国蒙达MAC-C系列修补材料在某些性能进行了对比。

1试验

1.1原材料

胶结料：主要成分为水泥基复合材料，并将减水组分，早强组分及缓凝组分等按照一定的比例复配。

细集料：水洗砂，细度模数2.8～3.1，泥块含量0%，含泥量小于1.0%。

粗集料：石灰石碎石，粒径5～25♡mm，连续级配；

水：自来水。

试验用混凝土配合比见表1。

2试验结果与讨论

2.1混凝土力学性能

新、旧混凝土间的粘结强度也是修补混凝土所要考虑的问题，本文将特种胶结料拌制的混凝土进行粘结强度测试，并与美国蒙达MAC-C系列产品进行比较，对比结果见表2。试验首先对旧混凝土表面进行凿毛处理，以增大界面粗糙度。由表2可以看出，特种胶结料拌制的混凝土各龄期的粘结强度与美国蒙达MAC-C系列产品相当。

从以上试验结果可以看出，在混凝土成型的数小时之后，无论其抗压强度还是其抗折强度发展都很快，随着龄期的增长，抗压及抗折强度继续发展没有出现倒缩。特种胶结料拌制的混凝土早期抗压强度明显优于美国蒙达MAC-C系列产品，并且修补混凝土与旧混凝土粘结良好。修补混凝土早期强度能够满足国家关于民用运输机场混凝土道面的设计要求，能够快速恢复机场交通。

2.2收缩性能

水泥基复合材料的收缩是其物理力学性能中的一个重要方面，它对路面材料抗裂性、耐久性、承载能力及使用安全有着重要的意义。本文以混凝土配合比表1为基础，对其进行修改提出了砂浆配合比表3，并与普通硅ค酸盐水泥制备的砂浆进行了干燥收缩对比试验，试验结果见图3。

3工程应用实例

拉萨贡嘎机场，海拔3600m，飞行区等级4E，跑道长4000m、宽45m。经多年的使用，机场道面混凝土疏松剥落，边角破损，局部出现跑道面板断裂。现场采用本修补材料进行修ซ补，配合比见表4。

混凝土做面完毕后，及时采用湿法养护，终凝后及时覆盖草袋，保持潮湿状态。达到规定要求后即可开放交通，即抗压强度≥25MPa，抗折强度≥4.0MPa[4]。将预留的混凝土成型，并进行强度测试，测试结果见表5。

从经济和社会效益分析，本修补材料与其它修补材料相比，其特点：①使施工工期缩短，节约原材料及减少工程量后所带来的一切费用；②使用寿命延长，因此节省再次修补的费用；③施工时间可根据实际情况控制，减少时间延误。综合分析，对于旧混凝土跑道，若采用修补混凝土进行修复，则一次性投资的费用比挖掉重建跑道要节省许多。采用本修补混凝土进行修补法，不但可使工程质量得到保证，而且还可提前开放交通，具有显著的经济效益和社会效益。

另外本产品为水泥基复合材料，水化产物稳定，无毒无害，对周围环境与地下水无污染。施工采用机械拌制手工拌制均可，不会受到气候的影响，不会受到水侵害和氧化，不受紫外光降解，耐磨、耐油性能好，不会存在潜伏的脆性断裂，对日后飞机的飞行安全没有影响。

4. 结论

（1）与目前的修补材料相比胶凝材料掺量降低，性价比得到提高，并且与周围环境无污染；

（2）由本文研制的特种胶结料拌制的混凝土2h抗压强度达到29.5MPa，抗折强度达到4.2MPa，可以满足机场开放交通的要求；与相同等级普通混凝土相比，该种混凝土28d干燥收缩率显著降低；

（3）该修补材料已在拉萨贡嘎、陕西延安、湖南长沙等机场进行了实地应用，工程效果验证良好。