機場道面快速薄層修補技術試驗研究

杜 偉

（內(nèi)蒙古交通設計研究院有限責任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1 引言

由于水泥混凝土道路具有強度高、壽命長、耐久性好、抗滑性能好且成本低等優(yōu)勢，成為許多機場道面的首選材料[1]。然而機場道面直接承受著飛機荷載作用及周邊氣候環(huán)境的影響，在兩者的重復作用下，道面會出現(xiàn)不同程度的劣化、損傷或損壞，從而直接影響機場道面的運營安全、使用壽命和經(jīng)濟效益[2]。因此，必須采取相應的養(yǎng)護或修補措施，以恢復其使用性能，延長機場跑道使用壽命，確保飛機的運行安全。

快速薄層修補技術作為一種新的維修技術，被應用于國內(nèi)外水泥混凝土道面養(yǎng)護作業(yè)中。薄層修補方法是在老混凝土道面上鋪筑新的混凝土修補薄層，依靠新老混凝土粘結，形成統(tǒng)一的整體結構，共同承擔荷載和環(huán)境對機場道面的影響[3]。該方法充分利用老混凝土強度，使新老混凝土之間充分結合，這樣的做法減少了新鋪混凝土的用量，不僅能夠大幅度降低工程費用，而且縮短工程工期，迅速提高道面結構承載力，恢復路表使用性能[4-6]。

在行車荷載下，新老混凝土粘結面上產(chǎn)生很大的剪切破壞力，是引起水泥混凝土修補層破壞的主要因素。本文就混凝土粗糙程度與界面抗剪粘結強度的關系進行試驗研究[6-8]。

2 試驗材料

試驗材料主要有：水泥、細骨料、粗骨料和水。

①水泥：采用P·O42.5 級普通硅酸鹽水泥，由內(nèi)蒙古蒙西水泥有限公司生產(chǎn)，物理性能見表1。

表1 P·O42.5級普通硅酸鹽水泥物理性能

②細骨料：采用河砂，細度模數(shù)Mx為2.8，屬于Ⅱ級中砂，級配合適，基本性能指標見表2。

表2 砂的技術指標試驗結果

③粗骨料：采用碎石，粒徑范圍為5mm～10mm，粗骨料的粒形、粒徑、壓碎值等指標要求滿足《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》（JTG F30-2019）中的相關規(guī)定。

④水：采用自來水對混凝土進行拌合和養(yǎng)護，水質(zhì)符合現(xiàn)行《生活水衛(wèi)生標準》（GB5749）的規(guī)定。

3 混凝土直剪試驗

3.1 試驗方案

依據(jù)《公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30-2017）及相關研究方法，進行混凝土直剪試驗，測定混凝土抗剪粘結強度，確定混凝土粗糙度與抗剪粘結強度的關系。該試驗只研究混凝土粗糙度對界面抗剪粘結強度的影響，為單一變量[8-10]。

試驗設定了6種表面粗糙度，其中表面平均構造深度分別為：1mm～2mm、2mm～3mm、3mm～4mm、4mm～5mm、5mm～6mm 和6mm～7mm。采用混凝土直剪試驗可用來評定混凝土界面抗剪粘結強度，能真實反映水泥混凝薄層修補的實際工作狀態(tài)。試驗中混凝土表面粗糙度的測定采用鋪砂法，其指標為表面平均構造深度，計算公式如式（1）所示。

依據(jù)水泥混凝土修補薄層的實際工作應力狀態(tài)，采用直接剪切試驗評定新老混凝土界面抗剪粘結強度，如圖1所示。

圖1 新老混凝土界面抗剪粘結強度試驗方法

3.2 試件制作

①老混凝土鑿毛。

制作抗折強度為5.0MPa 的老混凝土試件，尺寸為100mm×100mm×300mm，試件配合比見表3。

表3 設計抗折強度5.0MPa的老混凝土試塊配合比

放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28d后，將其兩側(cè)面鑿成6種粗糙度，老混凝土表面鑿毛后的平均構造深度控制在1mm～2mm、2mm～3mm、3mm～4mm、4mm～5mm、5mm～6mm 和6mm～7mm 范圍內(nèi)，每種粗糙度表面的試件制作5塊。

②新老混凝土粘結試件制作。

用試驗前期制作的專用試模來制作新老混凝土粘結試件，將鑿毛后的老混凝土試件放入試模中，在其兩側(cè)澆筑鋼纖維混凝土，配合比見表4。

表4 鋼纖維混凝土配合比

新混凝土試件尺寸為100mm×100mm×290mm。在澆筑新混凝土前，應保證表面的潔凈，對表面做噴濕處理（20min）后，清除表面上的可見水。將做好的新老混凝土粘結試件放入標準養(yǎng)護室，養(yǎng)護28d 后，進行直剪試驗。

4 試驗結果及分析

直接剪切試驗中，新老混凝土層抗剪粘結強度計算，公式如式（2）所示。

式中：f—新老混凝土層間抗剪粘結強度，MPa。

F—試驗的壓力值，N。

將養(yǎng)護后的粘結試件置于壓力機上，進行直剪試驗，得到不同粗糙程度新老混凝土抗剪粘結強度，見表5和式（2）所示。

表5 不同粗糙度的新老混凝土抗剪粘結強度

由表5 可以得出，在一定范圍內(nèi)，新老混凝土抗剪粘結強度隨著平均構造深度的增加而增長，當平均構造深度達到某一值時，新老混凝土抗剪粘結強度達到最大，隨后新老混凝土抗剪粘結強度隨著平均構造深度的增加而降低，但降低速率較小，趨于穩(wěn)定。分析其原因：隨著平均構造深度的增加，老混凝鑿毛形成的凸起深度逐漸增加，增加了新老混凝土的咬合力，從而增大了新老混凝土抗剪粘結強度。當繼續(xù)增大平均構造深度，將對下層老混凝土造成擾動，降低了強度薄弱過渡區(qū)中下層老混凝土的強度，從而使得新老混凝土抗剪粘結強度降低。

5 結語

由表5 可以得出，當平均構造深度在3mm～4mm時，新老混凝土抗剪粘結強度達到最大，而整體來看平均構造深度在2mm～6mm 時，新老混凝土抗剪粘結強度大致在一個穩(wěn)定的范圍。綜合得出：

①混凝土粘結面粗糙度對新老混凝土抗剪粘結強度影響較大，在平均構造深度小于3mm時，新老混凝土抗剪粘結強度隨著粗糙度的增大而增長，當平均構造深度大于4mm 時，新老混凝土抗剪粘結強度隨著粗糙度的增大而略有降低。

②老混凝土平均構造深度在2mm～6mm 時，能獲得較高的新老混凝土抗剪粘結強度，推薦老混凝土平均構造深度為3mm～4mm。

③粘結試件破壞面大都發(fā)生在新老混凝土粘結界面上或新澆筑鋼纖維混凝土表面，老混凝土表面發(fā)生破壞的現(xiàn)象很少。