繁忙机场道面快速水泥修复材料性能研究

张玉芳

（上海华东民航机场建设监理有限公司，上海200335）

1 引言

我国民航业近20 a 一直处于高速发展期，航空交通量持续增长。国内现有繁忙机场建设时间大多较早，随着道面结构使用年限的增加，性能衰减迅速，损坏频繁，且结构性损坏越来越多，对机场安全运行的影响日趋严重。因此，机场道面维修工作在机场管理工作中的重要性也日益突出。

为了保证不中断机场运营，机场道面的维修基本都采取不停航的方式进行，这就意味着维修所采用的材料要在较短的时间内形成稳定的结构，从而保证飞机正常、安全使用的需求。由于我国机场道面结构仍以水泥混凝土结构为主，机场采用的维修材料以快速水泥类材料为主。

用于机场快速修复的水泥砂浆类材料众多，相关研究也较多，但材料性能优劣、实际使用效果好坏，一般都以各机场经验总结为主，少有系统的研究与总结。针对这一情况，本文选取了国内机场常用的3 种快速水泥砂浆类材料，按照行业规范要求，根据机场实际使用特点，以试验研究方法为主，对这3 种常用材料的基本性能及耐久性能进行了研究与验证，并对机场采用快速水泥砂浆材料进行维修提供了技术建议。

2 材料类型与试验方法

2.1 材料选型与成分分析

对国内繁忙机场进行调研，选取机场使用最多的A、B、C 3 种快速水泥材料进行试验研究。3 种材料组成基本情况如下：

1）含砂情况。筛分析试验结果表明，B 材料中砂的含量相对较高，尤其粒径为0.3 mm 的中砂含量较高，而A 材料砂偏细，C 材料不含砂。为保证后期试验结果，采用A、B 材料含砂量的平均值，配入相应比例的砂。3 种材料中，A、B 配有砂子，而C 不含砂。

2）矿物组成。筛除中大颗粒砂后，采用X 射线粉末衍射仪和XRF（X 射线荧光光谱仪）分析其矿物组成和化学组成。结果表明，3 种材料以硅酸盐水泥为主，且含有一定量的石英。A材料铝酸盐矿物较多，B 材料和C 材料则硅酸盐矿物较多。

2.2 试验指标及方法

对于机场道面修复材料，首先应保证其基本性能指标满足机场不停航施工及安全需求。此外，从长治久安与经济性方面考虑，材料还需具备较好的耐久性。

考虑机场的实际需求，研究快速水泥材料性能的试验指标包括：

1）基本性能：主要包括修复材料的流动性、凝结时间、保水率、抗压强度和抗折强度。

2）耐久性：主要包括耐磨性、抗冻性、收缩性和黏结强度。

上述研究的试验方法参照公路与机场行业规范，以及国家相关标准规范进行[1-3]。

3 材料基本性能研究

3.1 流动性

3 种材料浆体流动性见表1。从表1 可见，在保持一定范围流动性条件下，A 材料的水胶比相对较大，C 材料的水胶比相对较小。总体而言，C 材料的流动性也最好，可施工性更好。

表1 3 种材料水胶比和流动性试验结果

3.2 初凝及终凝时间

在水胶比分别为0.36、0.30 和0.21 条件下，3 种材料浆体凝结时间见表2。其中，A 材料凝结较慢，将近1 h，而C 材料相对较快，在22 min 内达到终凝。凝结越快，早期强度也相对较高。

表2 3 种材料凝结时间试验结果

3.3 保水性

3 种材料浆体保水性见表3。由于水胶比较低，3 种砂浆没有出现泌水现象，但是从保水性来看，A 材料的保水性较差，而B 材料和C 材料的保水性好，抗开裂能力更强。

表3 3 种材料保水性试验结果

3.4 抗折和抗压强度

3 种材料胶砂抗折和抗压强度见表4。

表4 3 种材料强度试验结果

从早期抗折和抗压强度来看，1 h 时，A 材料尚未产生强度，而B 材料刚开始产生强度，C 材料具有非常高的强度；3 h 后，A 材料和B 材料强度快速增加，C 材料的抗压强度达50 MPa；但是，三者1 d 和3 d 强度相差不是很大；在3 d 和28 d 时，B 和C 的强度相差不大，而A 材料的相对较低。

从水胶比变化的角度来看，强度基本随着水胶比增加而降低，其中，变化幅度不是很大。这主要是原水胶比变化范围较小，而成型过程中其他因素对材料性能的影响会超过水胶比的影响。

此外，为了分析试样尺寸变化的影响，采用边长为150 mm的立方体试件，A、B、C 3 种材料试件的强度波动率分别为6%、4%和3%。相对而言，A 材料波动较大，B 材料、C 材料波动较小。

从抗压和抗折强度试验结果来看，B 材料和C 材料更适合做快速修补材料，相对而言，C 材料的基本性能更好。

4 耐久性能

4.1 耐磨性

3 种材料硬化浆体的耐磨性试验结果见表5。从数据来看，C 材料的强度最高，耐磨性也最好。

表5 3 种材料耐磨性试验结果

4.2 收缩率

3 种材料硬化浆体的收缩率见表6，表6 中，“-”表示膨胀。从5 d 的收缩率数据来看，A、B、C 3 种材料均膨胀，C 材料的早期膨胀性较大；28 d 时，A 材料和C 材料收缩，但后者只是稍微收缩，B 材料略微膨胀。

表6 3 种材料收缩率试验结果

4.3 拉伸黏结强度

拉伸黏结强度试验结果见表7。3 种材料拉伸黏结强度在干燥状态均最大，当经过冻融和浸水处理后，黏结层之间的强度受到影响。相比而言，C 材料在未处理、浸水处理、25 次冻融循环的拉伸黏结强度均最大。

表7 3 种材料拉伸黏结强度试验结果MPa

4.4 抗盐冻性

将成型试样水养26 d 后，用盐水浸泡48 h 后，放入快冻试验，经过200 次循环后，结果显示，在试件两头采用胶密封的情况下，A 材料试件发生开裂，B 材料试件和C 材料试件保持完好除去表面水分，进行抗压强度测试。在200 次盐冻循环中，A 材料试件的强度损失率达50%，而B 材料试件和C 材料试件相对较小，其中，C 材料试件强度损失率满足小于5%的要求。

5 结论与建议

通过上述试验研究，对比3 种材料的各项性能指标，有如下主要结论：

1）从基本性能指标而言，B 材料和C 材料相较A 材料流动性和抗开裂能力更好，凝结更快，强度更高；

2）从耐久性而言，B 材料和C 材料的耐磨性、收缩性、拉伸强度及抗冻融能力均较A 材料更好；

3）综合比较A、B 和C 3 种材料的各项指标，以C 材料性能最优，推荐采用C 类或相近材料进行机场道面的快速维修。

在试验过程中，通过对快速水泥材料凝结特点、拉伸破坏模式等的总结，对于机场采用快速水泥材料进行道面维修，提出如下建议：

1）性能全面的快速水泥材料凝结时间一般较短，因此，现场施工速度必须加快，且适合小批量使用[4]。如果施工量大，应分次搅拌，同时需做好接缝处理。

2）拉伸试验时，快速水泥材料均在与基层混凝土结合处破坏，因此，现场施工时应做好原始混凝土的处理，增强黏结性[5]。

3）快速水泥材料对于气候条件具有一定的敏感性，各机场应在使用某类材料前进行充分试验，以明确该类材料实际的性能指标。