機場道面快速薄層修補技術試驗研究

杜 偉

（內蒙古交通設計研究院有限責任公司，內蒙古 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境的影響，在兩者的重復作用下，道面會出現不同程度的劣化、損傷或損壞，從而直接影響機場道面的運營安全、使用壽命和經濟效益[2]。因此，必須采取相應的養護或修補措施，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，被應用于國內外水泥混凝土道面養護作業中。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，形成統一的整體結構，共同承擔荷載和環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，由內蒙古蒙西水泥有限公司生產，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范》（JTG F30-2019）中的相關規定。

④水：采用自來水對混凝土進行拌合和養護，水質符合現行《生活水衛生標準》（GB5749）的規定。

3 混凝土直剪試驗

3.1 試驗方案

依據《公路工程水泥混凝土試驗規程》（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。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。

依據水泥混凝土修補薄層的實際工作應力狀態，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

放入標準養護室養護28d后，將其兩側面鑿成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，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護室，養護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，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，老混凝土表面發生破壞的現象很少。